Credito immagine di copertina - Servizio raffigurato: Air Force
Operatore della telecamera: SSGT LOUIS COMEGER, Antenna SATCOM Hammer Ace, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons
Punti di discussione
- Introduzione
- Analisi geometriche e configurazioni
- Modalità operative
- Modalità normale
- Modalità assiale
- Design dell'antenna elicoidale
- Applicazioni con antenna elicoidale
Introduzione all'antenna elicoidale
Per definire un'antenna elicoidale, dobbiamo conoscere in precedenza la definizione corretta dell'antenna. Secondo le definizioni standard IEEE di antenne o radiatori,
"Un'antenna è un mezzo per trasmettere e ricevere onde radio".
Esistono diversi adattamenti delle antenne. Alcuni di loro sono: antenne dipolari, antenne a tromba, antenne log-periodiche, antenne patch, antenne a banda larga ecc.
"Antenne a fascio elicoidale, 1951"(CC BY-NC-ND 2.0) di NASAJPL
Le antenne elicoidali o antenne elicoidali sono una delle categorie di antenne a banda larga. È una delle antenne più semplici, primarie e realistiche con una struttura elicoidale, costituita da fili conduttori avvolti.
Cos'è un'antenna a tromba? Esplorare qui!
Analisi e configurazione geometrica
Le antenne elicoidali o le antenne elicoidali generalmente sono dotate di un piano di massa che ha la capacità di accettare forme distinte. Per stabilire una tipica connessione ad elica con il piano di massa, il diametro del piano di massa deve essere minimo 3 * λ / 4. Tuttavia, l'aereo può essere trasfuso in un cratere di forma cilindrica. Nel punto di alimentazione, le linee di trasmissione si incontrano con l'antenna.
La descrizione geometrica di un'antenna elicoidale consiste tipicamente di N numero di spire, il diametro D e la distanza tra due spirali elicoidali S.
L'intera lunghezza è data da -> L = N S.
L'intera lunghezza del filo conduttivo è data da -> Ln = NL0 (Trasporta la corrente principalmente ovviamente!)
Oppure, Ln = N (C2 + S2); l0 = (C2 + S2)
L0 rappresenta la dimensione del filo tra due spire elicoidali. In realtà dà la lunghezza.
C rappresenta l'intera circonferenza di una spirale ed è data da -> D.
C'è un altro parametro dell'antenna a spirale o elica, che è anche molto importante. È rappresentato dall'alfabeto greco alfa (α) e definito come "angolo di beccheggio". Questo angolo è generalmente la misura dell'angolo della linea, normale al filo dell'elica e un terreno ripido all'asse dell'elica. L'espressione matematica è fornita di seguito.
α = abbronzatura-1 (S / C)
o, α = tan-1 (S / π D)
Osservando attentamente l'equazione, si può concludere che quando l'angolo tende a 0 gradi, l'avvolgimento viene calpestato; di conseguenza, l'antenna elicoidale si riduce e diventa simile a una semplice antenna ad anello. Ancora una volta, quando l'angolo diventa di 90 gradi, l'antenna diventa un filo lineare. Quando l'angolo è inferiore a 90 gradi e maggiore di 0 gradi, un'elica pratica ha un valore finito di circonferenza.
I parametri architettonici possono modificare le proprietà di radiazione delle antenne elicoidali. Il controllo dei parametri geometrici varierà le proprietà di radiazione associate alla lunghezza d'onda. L'impedenza di ingresso ha una relazione con l'angolo di inclinazione e le dimensioni del filo conduttore, poiché una variazione dei valori dell'angolo di inclinazione e la dimensione del filo cambieranno i valori di impedenza di ingresso.
L'antenna elicoidale mostra tipicamente la polarizzazione ellittica, sebbene possa essere progettata per mostrare la polarizzazione circolare e lineare.
Modalità operative
Le antenne Helix hanno la capacità di funzionare in molti tipi di modalità operative. Ci sono due modalità operative significative ed essenziali che discuteremo in dettaglio nell'ultima parte di questo articolo. Le due modalità sono:
Di seguito sono riportate le figure tridimensionali di entrambi i tipi di modalità di funzionamento.
Come possiamo vedere nella figura standard, ha un massimo in un piano immaginario normale all'asse, e il suo nullo è lungo l'asse. Il modello di alimentazione ha una stretta somiglianza con la forma dell'anello circolare.
Ora, il massimo è lungo la lunghezza dell'elica per la modalità di fuoco finale e il modello di potenza è simile all'array di fuoco finale. Questo è il motivo per cui la modalità è denominata "End Fire Mode".
La modalità di funzionamento assiale ha una maggiore preferenza rispetto alla modalità di funzionamento standard perché è più realistica o pratica, ha una migliore efficienza e può mostrare polarizzazione circolare con una larghezza di banda più ampia. Un'antenna polarizzata ellitticamente può essere descritta come la somma dei due meccanismi rivestiti estranei in quadratura fase-tempo.
Cosa fa una linea di trasmissione? Esplorare!
Modalità normale delle antenne Helix
Come discusso in precedenza, la modalità elicoidale dell'antenna ha la sua radiazione massima diretta a un piano normale all'asse dell'elica e la radiazione nulla è lungo il suo asse. La normale modalità di funzionamento dell'antenna elicoidale o il funzionamento in modalità broadside è ottenibile confrontando la lunghezza d'onda, ovvero NL0 << λ0.
L'architettura dell'elica si riduce a un anello di diametro D quando l'angolo di inclinazione arriva a 0 su un filo rivestito con una lunghezza di S mentre si avvicina a 90 gradi. Nos, poiché la geometria dell'elica, divenne un loop e un dipolo, la radiazione di campo lontano in questa modalità di funzionamento può essere rappresentata rispettivamente da Eϕ ed Eϴ componenti del dipolo e dell'anello a spirale.
L'elica può essere descritta come un numero N di piccoli anelli e lo stesso numero di piccoli dipoli. Sono collegati tra loro in modo serie. Le arene vengono calcolate utilizzando la sovrapposizione degli altri campi dalle parti rudimentali. Gli assi del loop e gli assi del dipolo coincidono con l'asse dell'elica.
Poiché questo modello ha dimensioni ridotte, si presume che la corrente sia costante. Il suo funzionamento può essere definito dalla somma dei campi irradiati da un anello più piccolo, avente un diametro di D e un dipolo corto avente una lunghezza di S.
Il campo elettrico di campo lontano è dato come -
Eϴ = j * η * k * io0 *S* e-jkr Sinϴ / 4πr
l'Eϕ parte è data da -
Eϕ = η * k2 * (D / 2)2 * I0 * e-jkr Sinϴ / 4r
Il rapporto tra Eϴ ed Eϕ fornisce il rapporto assiale. L'espressione matematica è fornita di seguito.
AR = | eϴ | / | eϕ |
Oppure AR = 4S / πkD2
Oppure AR = 2λS / (πD)2
L'angolo di beccheggio è dato come - α = abbronzatura-1 (π D / 2λ0)
Modalità di funzionamento assiale per antenna elicoidale
La modalità di funzionamento assiale ha una maggiore preferenza rispetto alla modalità di funzionamento standard perché è più realistica o pratica, ha una migliore efficienza e può mostrare la polarizzazione circolare con una larghezza di banda più ampia.
Questa modalità si ottiene impostando grandi S e D. Ci sono alcuni requisiti per ottenere la polarizzazione circolare. L'intervallo della circonferenza dell'elica dovrebbe essere compreso nell'intervallo indicato di seguito.
4/3> λ0/ C> ¾
Anche l'angolo di beccheggio ha una gamma limitata. La gamma dell'angolo di beccheggio è fornita di seguito.
12o α ≤ 14o
L'intervallo di impedenza del terminale per questa modalità di funzionamento è compreso tra cento ohm e duecento ohm.
La seguente operazione matematica calcola il guadagno. Per la seguente equazione, S fornisce la distanza tra due giri e N rappresenta il numero totale di giri in un'antenna elicoidale.
G = 15 (C / ) 2 * (NS / )
La larghezza di banda di metà potenza dell'antenna elicoidale per questa modalità di funzionamento è data dalla seguente espressione matematica.
HPBW = 52 / [(C / λ) * √ {(NS / λ)}]
La larghezza di banda nulla completa dell'antenna elicoidale per questa modalità di funzionamento è data dalla seguente espressione matematica.
FNBW = 1153/2 / C * √ (NS)
Controlla il diagramma di radiazione dell'antenna Yagi Uda!
Design dell'antenna elicoidale
- L'impedenza di ingresso è rappresentata come "R". L'equazione matematica per 'R' è - R = 140 (C / λ0).
- La larghezza di banda a metà potenza dell'antenna elicoidale per questa modalità di funzionamento è data dalla seguente espressione matematica. Ha una precisione di circa il più-meno venti percento. È una misura dell'angolo e ha un'unità in gradi.
PSBW = 52 λ3/2 / C * √ (NS)
- La larghezza di banda nulla completa dell'antenna elicoidale per questa modalità di funzionamento è data dalla seguente espressione matematica. Rappresenta la misura dell'ampiezza del fascio tra i Null. Ha anche unità in gradi.
FNBW = 1153/2 / C * √ (NS)
- D0 rappresenta la direttività dell'antenna. L'equazione matematica è -
D0 = 15*N*C2S /03
- Il seguente termine matematico fornisce il rapporto assiale o AR.
AR = 2N + 1 / 2N
- Le seguenti espressioni forniscono il modello di campo lontano generalizzato.
E = sin (π / 2N) cosϴ sin [(N / 2) * Ψ] / sin (Ψ / 2)
Ψ è dato da un'altra equazione matematica, e questo è ulteriormente dato come = k0[S * cos ϴ - (L0/ p)]
Il valore di 'p' per l'array end-fire generale è
p = (l0/0) * (S / λ0 + 1)
Il valore di 'p' per la radiazione di fine incendio del cantiere Hansen è
p = (l0/0) * [S / λ0 + {(2N + 1) / 2N)}]
Applicazioni con antenna elicoidale
L'antenna elicoidale ha diverse applicazioni nelle moderne tecnologie di comunicazione. Ha alcune applicazioni uniche a causa del suo design e dei modelli di radiazione. Alcune delle applicazioni dell'antenna a spirale sono elencate di seguito.
Un'antenna elicoidale di localizzazione satellitare,
Credito immagine - re bastardo, Acquisizione di Traqueur, CC BY-SA 3.0
- Le antenne elicoidali sono efficienti nell'irradiare segnali in gamma ad altissima frequenza.
- Le antenne elicoidali sono spesso utilizzate per comunicazioni spaziali e comunicazioni satellitari.
- Le comunicazioni tra due pianeti sono possibili a causa di questi tipi di antenne.
Ciao, sono Sudipta Roy. Ho fatto B. Tech in Elettronica. Sono un appassionato di elettronica e attualmente mi dedico al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Nutro un vivo interesse nell'esplorazione delle tecnologie moderne come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico. I miei scritti sono dedicati a fornire dati accurati e aggiornati a tutti gli studenti. Aiutare qualcuno ad acquisire conoscenze mi dà un immenso piacere.
Colleghiamoci tramite LinkedIn –
Ciao amico lettore,
Siamo una piccola squadra alla Techiescience, che lavora duro tra i grandi player. Se ti piace quello che vedi, condividi i nostri contenuti sui social media. Il tuo supporto fa una grande differenza. Grazie!