Новини - Спирална антена: Идеалният избор за широколентова кръгова поляризация

АСпирална антенае типичен пример за жична антена, характеризираща се със спираловидна структура. Това е широколентова антена, подходяща за VHF и UHF диапазони.

Спиралната антена работи в честотен диапазон от приблизително 30 MHz до 3 GHz, покривайки предимно VHF и UHF диапазоните.

Конструкцията и принципите на работа на спиралната антена

Спиралната антена се формира чрез навиване на проводник в спирална форма и свързването му към заземителна повърхност чрез захранваща линия. С проста структура, тя естествено генерира кръгово поляризирани вълни и се използва широко в извънземни комуникации, като например сателитни релейни системи.

Фигурата по-горе показва спирална антенна система, използвана за сателитни комуникации. Такива антени обикновено изискват достатъчно място за монтаж на открито.

Спиралната антена се състои от намотка от дебела медна тел или тръба, оформена като спирала, работеща заедно с плоска метална заземителна повърхност. Единият край на спиралата е свързан към централния проводник на коаксиалния кабел, докато външният проводник е прикрепен към заземителната повърхност.

Изображението по-горе илюстрира структурата на спирална антена с подробен изглед на нейните компоненти.

Характеристиките на излъчване на спирална антена се определят главно от диаметъра на спиралата, разстоянието между навивките (стъпката) и ъгъла на наклона.

Ъгълът на наклона се определя като ъгъл между допирателната към спиралата и равнината, нормална към оста на спиралата, и се дава от:

Къде:

•D е диаметърът на спиралата

•S е стъпката (разстояние между центрове и съседни навивки)

•α е ъгълът на наклона

Режим на работа

Спиралните антени работят в два основни режима:

• Нормален режим (известен също като режим на перпендикулярно излъчване)

• Аксиален режим (известен също като режим на крайно излъчване или режим на лъчево излъчване)

Всеки режим е описан подробно по-долу.

В нормален режим на излъчване, излъченото поле е перпендикулярно на оста на спиралата, а излъчената вълна е кръгово поляризирана. Този режим се постига, когато размерите на спиралата са малки спрямо дължината на вълната. В този случай, характеристиките на излъчване на спиралната антена могат да се разглеждат като комбинация от къса диполна антена и рамкова антена.

Фигурата по-горе илюстрира диаграмата на излъчване на спирална антена, работеща в нормален режим.

Този режим се определя от диаметъра на спиралата D и разстоянието между навивките S. Недостатъците на този режим на работа включват ниска ефективност на излъчване и тясна честотна лента; следователно той рядко се използва в практически приложения.

Аксиален режим

В аксиалния режим на излъчване, излъченото поле проявява характеристики на крайно запалване по оста на спиралата, а излъчената вълна е кръгово или почти кръгово поляризирана. Този режим се постига, когато обиколката на спиралата се увеличи до порядъка на една дължина на вълната (λ) и разстоянието между навивките е приблизително λ/4. При тези условия диаграмата на излъчване е широка по оста с насочени характеристики, а страничните лобове се появяват под ъгли, изместени от оста.

Фигурата по-горе илюстрира диаграмата на излъчване на спирална антена, работеща в аксиален режим.

Когато антената е проектирана за дясно кръгово поляризирани (RHCP) вълни, тя няма да приема ляво кръгово поляризирани (LHCP) вълни и обратно. Този режим на работа е лесен за изпълнение и се използва по-често в практически приложения.

Основните предимства на спиралната антена са следните:

• Проста структура и лесен дизайн

• Висока насоченост

•Широка честотна лента

•Способен за кръгова поляризация

• Подходящ за HF и VHF диапазони

Основните приложения на спиралната антена са следните:

• Единични спирални антени или техните решетки се използват за предаване и приемане на VHF сигнал

• Широко използван в сателитни и космически комуникационни системи

• Прилага се в телеметрични връзки между балистични ракети, спътници и наземни станции

•Използва се за установяване на комуникация между Луната и Земята

• Играе важна роля и в приложенията на радиоастрономията