Спиральды антенна дегеніміз не?
Спиральды антенна, сондай-ақ спиральды антенна деп те аталады, өткізгіш сымды немесе түтікті үш өлшемді спиральға орау арқылы пайда болған сым антеннасы. Спиральдың бір ұшы әдетте қоректендіру желісінің орталық өткізгішіне, ал сыртқы өткізгіш металл жерге қосу жазықтығына немесе шағылыстырғышқа қосылған.
Оның ерекше геометриясы антеннаның спираль өлшемдері мен жұмыс толқын ұзындығы арасындағы байланысқа байланысты әртүрлі сәулелену режимдерінде жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.
Осы режимдердің ішінде,осьтік режимәсіресе радиожиілік және микротолқынды инженерияда маңызды, себебі ол бағыттаушы сәулеленуді, салыстырмалы түрде кең өткізу қабілеттілігін және дөңгелек поляризацияны қамтамасыз ете алады. Бұл сипаттамалар спиральды антенналарды спутниктік байланыстарда, телеметрияда, бақылауда, ғарыштық байланыста, радиоастрономияда және антеннаның бағыты өзгеруі мүмкін басқа қолданбаларда пайдалы етеді.
Спиральды антеннаның жұмыс жиілігі бір бекітілген диапазонмен шектелмейді. Керісінше, ол негізінен толқын ұзындығына қатысты физикалық өлшемдерімен анықталады. Сондықтан спиральды құрылымдарды VHF және UHF жүйелеріне, сондай-ақ жоғары жиілікті RF және микротолқынды қолданбаларға арналған етіп жобалауға болады.
1-сурет. Бағытталған байланыс жүйесінде қолданылатын спиральды антенналардың мысалы.
Спиральды антеннаның негізгі құрылымы
Әдеттегі спиральды антенна төрт негізгі бөліктен тұрады:
- Спиральды өткізгіш
- Жерге орналастыру жазықтығы немесе шағылыстырғыш
- Радиожиілік беру нүктесі
- Механикалық тірек құрылымы
Спираль әдетте мыс сымнан, түтіктен немесе басқа өткізгіш материалдан жасалады. Бір ұшы коаксиалды беру желісінің орталық өткізгішіне, ал коаксиалды сыртқы өткізгіш жерге қосу жазықтығына электрлік түрде қосылған.
Жерге қосу жазықтығы сәулелену бағытын басқаруға көмектеседі және антеннаның қоректендіру құрылымының бөлігі ретінде әрекет етеді. Практикалық конструкцияларда оның өлшемдері импедансқа, алдыңғы және артқы көрсеткіштерге және нәтижесінде пайда болатын сәулелену үлгісіне айтарлықтай әсер етуі мүмкін.
Антеннаның электрлік мінез-құлқын бірнеше геометриялық параметрлер анықтайды:
- D — Спираль диаметрі
- C — Бір айналымның шеңбері
- S — Көршілес бұрылыстар арасындағы аралық
- N — Орындар саны
- α — Көлбеу бұрышы
- L — Жалпы осьтік ұзындық
Айналым шеңбері:
[C=\pi D]
Көлбеу бұрышын келесідей көрсетуге болады:
[\alpha=\tan^{-1}\left(\frac{S}{\pi D}\right)]
Бұл параметрлерді бір өлшемді өзгерту антеннаның кедергісін, поляризациясын, сәуле енін, күшейту коэффициентін және жұмыс жиілігін өзгертетіндіктен, оларды бөлек қарастыру мүмкін емес.
2-сурет. Спираль өткізгіші және жерге тұйықталған рефлекторы бар типтік спиральды антенна құрылымы.
Радиацияның екі негізгі режимі
Спиральды антеннаның ең қызықты сипаттамаларының бірі - бірдей негізгі құрылым оның электрлік өлшеміне байланысты өте әртүрлі сәулелену үлгілерін тудыруы мүмкін.
Ең жиі талқыланатын екі жұмыс режимі:
- Қалыпты режим
- Осьтік режим
Спиральды антеннаны таңдағанда немесе жобалағанда осы екі режимнің айырмашылығын түсіну өте маңызды.
Қалыпты режимдегі спиральды антенна
In қалыпты режим, спиральдың жалпы диаметрі мен арақашықтығы толқын ұзындығымен салыстырғанда электрлік тұрғыдан аз.
Сәулелену негізінен спираль осі бойымен емес, оған шамамен перпендикуляр бағытталған. Электромагниттік мінез-құлықты қысқа электр диполі мен кіші контур тудыратын өрістердің тіркесімі ретінде түсінуге болады.
Спираль геометриясына, көлбеу бұрышына, беру орналасуына және бақылау бағытына байланысты, нәтижесінде пайда болған поляризация сызықтық, эллиптикалық немесе дөңгелекке жақын кейбір конструкцияларда болуы мүмкін.
Қалыпты режимдегі спиральдар әдетте жинақы болады, бірақ олардың электрлік жағынан шағын өлшемдері салыстырмалы түрде төмен сәулелену кедергісіне әкеледі. Бұл осьтік режимдегі дизайнға қарағанда сәулелену тиімділігінің төмендеуіне және өткізу қабілеттілігінің тарылуына әкелуі мүмкін.
Сондықтан олар антеннаның өлшемі негізгі шектеу болған кезде және өте жоғары күшейту қажет болмаған кезде пайдалы.
3-сурет. Қалыпты режимдегі спиральды антеннаның иллюстрациялық сәулелену үлгісі.
Осьтік режимдегі спиральды антенна
Theосьтік режимкейде «соңғы ату режимі» деп аталады, жоғары өнімді спиральды антенналармен жиі байланысты конфигурация.
Бұл режимде электромагниттік энергия негізінен спираль осі бойымен сәулеленіп, бағыттаушы сәуле түзеді.
Әдеттегі осьтік режимдегі дизайн шамамен бір толқын ұзындығына тең спираль шеңберін пайдаланады:
[C \approx \lambda]
Бұрылыс аралығы көбінесе шамамен:
[S \approx 0.2\lambda \text{ to } 0.3\lambda]
шамамен төрттен бір толқын ұзындығы жалпы бастапқы нүкте болып табылады.
Көптеген дәстүрлі осьтік режимдегі конструкциялар үшін 12°–14° айналасындағы көлбеу бұрыштары жиі қолданылады.
Тиісті геометриялық жағдайларда, тізбекті бұрылыстармен пайда болған өрістер спираль осі бойымен конструктивті түрде біріктіріледі. Бұл дөңгелек немесе дөңгелекке жақын поляризациямен бірге бағыттаушы сәулені тудырады.
Орамдар саны антеннаның жұмысына да әсер етеді. Орамдар санын көбейту, әдетте, негізгі сәулені тарылта отырып, бағыттылық пен күшейтуді арттыра алады, дегенмен практикалық жобалар механикалық ұзындықты, өткізгіштің жоғалуын, кедергіні сәйкестендіруді және орнату шектеулерін де ескеруі керек.
4-сурет. Бағытталған негізгі сәулесі бар осьтік режимдегі спиральды антеннаның сәулеленуінің иллюстрациялық үлгісі.
Оң және сол жақ дөңгелек поляризация
Осьтік режимдегі спиральды антеннаның негізгі артықшылықтарының бірі - оның дөңгелек поляризацияны тудыру қабілеті.
Орама бағыты мен сәулелену бағытына байланысты спираль келесілердің бірін жасау үшін жобалануы мүмкін:
- RHCP — Оң жақ дөңгелек поляризация
- LHCP — сол жақ дөңгелек поляризация
Айналмалы поляризация әсіресе таратушы және қабылдайтын антенналар арасындағы салыстырмалы бағдар тұрақты болып қала алмаған кезде пайдалы.
Мысалы, спутниктер, ғарыш кемелері, әуе платформалары, айналмалы жүйелер және мобильді байланыс жабдықтары бағытын үздіксіз өзгертуі мүмкін. Дөңгелек поляризацияланған антенна байланыс буынының бұл бұрыштық өзгеріске сезімталдығын төмендетуі мүмкін.
Поляризацияны сәйкестендіру әлі де маңызды. RHCP антеннасы RHCP антеннасымен идеалды түрде байланысады, ал LHCP антеннасы әдетте LHCP антеннасымен жұптастырылуы керек. Қарама-қарсы дөңгелек поляризациялар поляризацияның айтарлықтай жоғалуына әкелуі мүмкін.
Инженерлік бағалау үшін,осьтік қатынасдөңгелек поляризация сапасын сипаттау үшін жиі қолданылады. Идеал дөңгелек поляризацияланған толқынның осьтік қатынасы 0 дБ болады, ал практикалық дөңгелек поляризацияланған антенналар көбінесе қажетті жиілік пен бұрыштық диапазондағы көрсетілген осьтік қатынас талабына сәйкес бағаланады.
Спиральды антеннаның жұмысына әсер ететін факторлар
Спиральды антеннаның жұмыс істеу принципі оның геометриясымен тығыз байланысты.
Маңызды дизайн параметрлеріне мыналар жатады:
Спираль шеңбері
Антеннаның қалыпты режимде немесе осьтік режимде жұмыс істейтінін анықтауда шеңбер ұзындығы мен толқын ұзындығы арасындағы байланыс маңызды рөл атқарады.
Бұрылыс аралығы
Аралық көршілес орамдардағы токтар арасындағы фазалық қатынасқа әсер етеді және сондықтан сәуленің бағытына, кедергісіне және поляризациясына әсер етеді.
Көлбеу бұрышы
Көлбеу бұрышы спиральдың өз осі бойымен қаншалықты жылдам қозғалатынын сипаттайды. Бұл тұрақты осьтік режимді сақтау үшін маңызды параметр.
Бұрылыстар саны
Көп бұрылыстар әдетте электрлік диафрагманы арттырады және жоғары бағытталуды қамтамасыз ете алады, бірақ олар антеннаның ұзындығын және механикалық күрделілікті де арттырады.
Жер үсті жазықтығы
Шағылыстырғыштың өлшемі мен пішіні алға қарай сәулелену үлгісіне, кедергіге және кері сәулеленуге әсер етеді.
Беру және кедергіні сәйкестендіру
Тіпті дұрыс спираль өлшемдерімен де, импеданстың нашар сәйкестігі шағылысқан қуатты арттырып, антеннаның іске асырылған өнімділігін төмендетуі мүмкін. Сондықтан практикалық жобаларда қайтару шығынын немесе VSWR сәулелену сипаттамаларымен бірге бағалау қажет.
Радиациялық үлгі және күшейту
Осьтік режимде спиральды антенна шамамен спираль осі бойымен орталықтандырылған негізгі сәулені шығарады.
Электр ұзындығы мен орамдар саны артқан сайын, негізгі сәуле жалпы алғанда тарылып, антеннаның бағытталуы артады. Бүйірлік бөліктер де пайда болуы мүмкін, әсіресе ұзын немесе оңтайландырылмаған құрылымдарда.
Сондықтан антеннаны тек күшейту коэффициентімен бағалауға болмайды. Инженерлер әдетте бірнеше сипаттамаларды бірге қарастырады:
- Пайда
- Қол жеткізілген пайда
- Жартылай қуатты сәуле ені
- Осьтік қатынас
- VSWR немесе қайтару шығыны
- Алдыңғы және артқы қатынасы
- Бүйірлік бөлік деңгейі
- Поляризация тазалығы
- Радиациялық тиімділік
Параметрлердің бұл тіркесімі бір күшейту мәніне қарағанда антеннаның жұмысының әлдеқайда толық көрінісін береді.
Спиральды антенналардың артықшылықтары
Спиральды антенналар бірнеше пайдалы инженерлік артықшылықтарды ұсынады:
- Салыстырмалы түрде қарапайым механикалық құрылым
- Осьтік режимдегі табиғи дөңгелек поляризация мүмкіндігі
- Пайдалы жұмыс өткізу қабілеті
- Жақсы бағыттық өнімділік
- Әртүрлі жиілік диапазондары үшін масштабталатын геометрия
- Икемді RHCP немесе LHCP енгізу
- Жеке антенналарға немесе антенна массивтеріне жарамды
Дизайн шектеулері
Сондай-ақ ескеру қажет бірнеше факторлар бар:
- Осьтік режимдегі конструкциялар айтарлықтай физикалық ұзындықты қажет етуі мүмкін
- Жоғары күшейту әдетте көбірек айналымдарды қажет етеді, сондықтан антенна ұзағырақ болады
- Өнімділік геометриялық дәлдікке қатты байланысты
- Жер жазықтығының өлшемдері радиациялық сипаттамаларға әсер етеді
- Азықтандыруды сәйкестендіру дұрыс жобалануы керек
- Механикалық тірек бұрылыс саны жоғары болған кезде маңыздырақ болады
- Қарама-қарсы дөңгелек поляризация сенсорлары поляризация сәйкессіздігінің жоғары жоғалуына әкелуі мүмкін
Әдеттегі қолданбалар
Спиральды антенналарды көптеген радиожиілік жүйелерінен табуға болады, соның ішінде:
- Спутниктік байланыс
- Ғарыш кемесінің телеметриясы және бақылауы
- Жер үсті станциясы арқылы байланыс
- Радиоастрономия
- Әуе және аэроғарыштық байланыс жүйелері
- Радиожиілік телеметриясы
- Бағытталған VHF және UHF байланыстары
- Қашықтықтан зондтау
- Антеннаны өлшеу және зерттеу
- Циркулярлық поляризация эксперименттері
- Байланыс жүйесін сынау
Неліктен радиожиілік инженерияда спиральды антенналар маңызды?
Спиральды антенна антенна геометриясының электромагниттік әрекетті қалай басқаратынын көрсететін тамаша мысал болып табылады.
Шеңбер, аралық, бұрыш және бұрылыстар саны сияқты параметрлерді өзгерту арқылы инженерлер ықшам кең жақты радиатордан бағыттаушы дөңгелек поляризацияланған антеннаға ауыса алады.
Физикалық геометрия мен электрлік сипаттамалар арасындағы бұл байланыс дөңгелек поляризацияланған мүйізді антенналар, антенна массивтері, спутниктік антенналар, кең жолақты өлшеу антенналары және микротолқынды байланыс жүйелері сияқты озық антенна технологияларын зерттеу кезінде де маңызды.
RF MISO компаниясы радиожиілікті сынау, байланыс, радар, антеннаны өлшеу және жүйелік интеграция қолданбалары үшін антенналар мен микротолқынды компоненттерді әзірлейді. Спиральды антенна сияқты негізгі антенна құрылымдарын түсіну инженерлерге жиілік диапазоны, күшейту, поляризация, осьтік қатынас, сәуле ені, VSWR және сәулелену үлгісі сияқты маңызды параметрлерді жақсы бағалауға көмектеседі.
Антенналар туралы көбірек білу үшін мына сайтқа кіріңіз:
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 7 тамыз
