Novinky - Špirálová anténa: Ideálna voľba pre širokopásmovú kruhovú polarizáciu

AŠpirálová anténaje typickým príkladom drôtovej antény, ktorá sa vyznačuje špirálovitou štruktúrou. Je to širokopásmová anténa vhodná pre pásma VHF a UHF.

Špirálová anténa pracuje vo frekvenčnom rozsahu približne 30 MHz až 3 GHz, pokrývajúc predovšetkým pásma VHF a UHF.

Konštrukcia a princípy fungovania špirálovej antény

Špirálová anténa sa vytvorí navinutím vodiča do špirálového tvaru a jeho pripojením k uzemňovacej rovine pomocou napájacieho vedenia. Vďaka jednoduchej štruktúre prirodzene generuje kruhovo polarizované vlny a je široko používaná v mimozemskej komunikácii, ako sú satelitné reléové systémy.

Obrázok vyššie znázorňuje systém špirálovej antény používaný pre satelitnú komunikáciu. Takéto antény zvyčajne vyžadujú dostatočný priestor na vonkajšiu inštaláciu.

Špirálová anténa pozostáva z cievky z hrubého medeného drôtu alebo trubice tvarovanej do špirály, ktorá pracuje v spojení s plochou kovovou uzemňovacou rovinou. Jeden koniec špirály je pripojený k strednému vodiču koaxiálneho kábla, zatiaľ čo vonkajší vodič je pripevnený k uzemňovacej rovine.

Obrázok vyššie znázorňuje štruktúru špirálovej antény s detailným pohľadom na jej komponenty.

Vyžarovacie charakteristiky špirálovej antény sú primárne určené priemerom špirály, rozstupom medzi závitmi (rozstupom) a uhlom sklonu.

Uhol sklonu je definovaný ako uhol medzi dotyčnicou k špirále a rovinou kolmou na os špirály a je daný vzťahom:

Kde:

•D je priemer špirály

• S je rozstup (rozstup medzi stredmi susedných závitov)

•α je uhol sklonu

Prevádzkový režim

Špirálové antény fungujú v dvoch hlavných režimoch:

• Normálny režim (tiež známy ako režim kolmého žiarenia)

• Axiálny režim (tiež známy ako režim koncového ohňa alebo režim vyžarovania lúča)

Každý režim je podrobne opísaný nižšie.

V normálnom režime žiarenia je vyžarované pole kolmé na os špirály a vyžarovaná vlna je kruhovo polarizovaná. Tento režim sa dosiahne, keď sú rozmery špirály malé v porovnaní s vlnovou dĺžkou. V tomto prípade možno vyžarovacie charakteristiky špirálovej antény považovať za kombináciu krátkej dipólovej antény a slučkovej antény.

Obrázok vyššie znázorňuje vyžarovací diagram špirálovej antény pracujúcej v normálnom režime.

Tento režim je určený priemerom špirály D a rozostupom medzi závitmi S. Nevýhodou tohto prevádzkového režimu je nízka účinnosť žiarenia a úzka šírka pásma, preto sa v praktických aplikáciách používa zriedkavo.

Axiálny režim

V axiálnom režime žiarenia vykazuje vyžarované pole charakteristiky koncového ohňa pozdĺž osi špirály a vyžarovaná vlna je kruhovo alebo takmer kruhovo polarizovaná. Tento režim sa dosiahne, keď sa obvod špirály zväčší rádovo na jednu vlnovú dĺžku (λ) a rozostup medzi závitmi je približne λ/4. Za týchto podmienok je vyžarovací diagram široký pozdĺž osi so smerovými charakteristikami a bočné laloky sa objavujú v uhloch odsadených od osi.

Obrázok vyššie znázorňuje vyžarovací diagram špirálovej antény pracujúcej v axiálnom režime.

Keď je anténa navrhnutá pre pravostranné kruhovo polarizované (RHCP) vlny, nebude prijímať ľavostranné kruhovo polarizované (LHCP) vlny a naopak. Tento prevádzkový režim sa ľahko implementuje a častejšie sa používa v praktických aplikáciách.

Hlavné výhody špirálovej antény sú nasledovné:

• Jednoduchá štruktúra a jednoduchý dizajn

• Vysoká smerovosť

• Široká šírka pásma

• Schopný kruhovej polarizácie

• Vhodné pre pásma HF a VHF

Hlavné aplikácie špirálovej antény sú nasledovné:

• Na vysielanie a príjem signálu VHF sa používajú jednotlivé špirálové antény alebo ich sústavy

• Široko používaný v komunikačných systémoch satelitov a hlbokomorských sond

• Používa sa v telemetrických prepojeniach medzi balistickými raketami, satelitmi a pozemnými stanicami

• Používa sa na nadviazanie komunikácie medzi Mesiacom a Zemou

• Hrá tiež dôležitú úlohu v aplikáciách rádioastronómie