Antena spiralna

Nie mylić z anteną spiralną .

Dwuramienna, ciasno owinięta, logarytmiczna antena spiralna

Dwuramienna, szeroko owinięta logarytmiczna antena spiralna

W systemach mikrofalowych antena spiralna jest rodzajem anteny RF . Ma kształt dwuramiennej spirali lub więcej ramion . Anteny spiralne zostały po raz pierwszy opisane w 1956 roku. logarytmiczne należą do klasy anten niezależnych od częstotliwości; impedancja punktu sterującego, charakterystyka promieniowania i polaryzacja takich anten pozostają niezmienione w dużym zakresie szerokości pasma. Anteny spiralne są z natury spolaryzowane kołowo i mają niski zysk . Tablice antenowe mogą być użyte do zwiększenia wzmocnienia. Anteny spiralne to anteny o zmniejszonych rozmiarach, których uzwojenia sprawiają, że jest to niezwykle mała konstrukcja. Wnęki stratne są zwykle umieszczane z tyłu, aby wyeliminować tylne płaty, ponieważ w takich antenach zwykle preferowany jest wzór jednokierunkowy. Anteny spiralne dzielą się na różne typy; Spirala Archimedesa, spirala logarytmiczna, spirala kwadratowa i spirala gwiaździsta itp. Spirala Archimedesa jest najpopularniejszą konfiguracją.

Zasada

Ogólnie rzecz biorąc, anteny mogą działać w trzech różnych trybach: fala biegnąca, fala szybka i fala wyciekająca. Anteny spiralne wykorzystują wszystkie trzy.

Fala wędrująca, uformowana na ramionach spiralnych, pozwala na uzyskanie szerokopasmowego łącza. Fala szybka jest spowodowana zjawiskiem wzajemnego sprzężenia zachodzącym pomiędzy ramionami spirali. Nieszczelna fala „przecieka” energię podczas propagacji przez ramiona spiralne, aby wytworzyć promieniowanie.

Teoria pierścieni (teoria pasmowa) wyjaśnia zasadę działania anteny spiralnej. Teoria głosi, że spiralna antena promieniuje z aktywnego obszaru , w którym obwód spirali jest równy długości fali.

Projekt

Przy projektowaniu kwadratowej anteny spiralnej należy wziąć pod uwagę różne parametry konstrukcyjne. Parametry obejmują odstęp między zwojami ${1}}$$.$ ramienia promień wewnętrzny $i$ promień zewnętrzny $displaystyle$ \ Wewnętrzny promień jest mierzony od środka spirali do środka pierwszego zakrętu, podczas gdy promień zewnętrzny jest mierzony od środka spirali do środka najbardziej zewnętrznego zakrętu. Poza tymi parametrami konstrukcyjnymi anteny spiralne mają najniższe ( ${\ Displaystyle f _ {\ tekst {niski}} = c / 2 \ pi r_ {2}}}$ i najwyższy ${\ Displaystyle ( ( f_{\text{high}}=c/2\pi r_{1})}$ częstotliwości roboczych. tutaj ${\ Displaystyle c \ równoważnik 299,79 {\ tekst {Mm / s}} = c_ {0}}$ odpowiada prędkości światła w metalu anteny, określanej głównie przez przenikalność elektryczną podłoża, na którym leży spirala, oraz jego powłokę (jeśli występuje).

$osi$ polarnym $.$$współrzędnych$ spirala - _ Często używane spirale Archemedów spełniają szczególnie proste równanie, $displaystyle$ a $a}$$displaystyle b}$ i odpowiada mnożnikowi. Konsekwencją są równe odstępy między kolejnymi zwojami, co ogranicza szerokość ramion spirali, która zwykle jest stała. Można również zastosować inne opcje kształtu spirali, takie jak spirale logarytmiczne , które spełniają ${\ displaystyle r = a + b \, e ^ {m \ theta}}$ ; powstałe ramiona spiralne są szerzej rozmieszczone w zewnętrznych zwojach, co może lepiej pomieścić ramiona, które znacznie się rozszerzają.

Różne konstrukcje anteny spiralnej można uzyskać, zmieniając liczbę zwojów każdego ramienia, liczbę ramion, rodzaj spirali, odstępy między jej zwojami, zmianę szerokości ramienia (ramion) i materiał (-y) ), które go otaczają, takie jak podłoże, na którym leży.

Elementy

Antena ma zwykle dwa przewodzące ramiona spiralne, rozciągające się od środka na zewnątrz. Kierunek obrotu spirali określa kierunek polaryzacji anteny. Można również dołączyć dodatkowe spirale, aby utworzyć strukturę wielospiralną. Antena może być płaską tarczą z przewodami przypominającymi parę luźno ułożonych sprężyn zegarowych lub spirale mogą rozciągać się w trójwymiarowym kształcie jak gwint.

Wyjście dwuramiennej lub czteroramiennej anteny spiralnej to linia zbalansowana . Jeśli wymagana jest pojedyncza linia wejściowa lub wyjściowa - na przykład uziemiona linia koncentryczna - wówczas dodaje się balun lub inny transformator, aby zmienić tryb elektryczny sygnału.

Zwykle spirala jest pokryta wnęką - to znaczy, że za spiralą znajduje się wnęka z powietrza, nieprzewodzącego materiału lub próżni, otoczona przewodzącymi ścianami. Wnęka o odpowiednim kształcie i rozmiarze zmienia wzór anteny, aby odbierać i nadawać w jednym kierunku, z dala od wnęki.

Spiralę można wydrukować lub wytrawić na specjalnie wybranym dielektryku, którego przenikalność można wykorzystać do zmiany częstotliwości dla danego rozmiaru. Media dielektryczne, takie jak Rogers RT Duroid, pomagają zmniejszyć fizyczne rozmiary anteny. Cienkie podłoża o wyższej przenikalności mogą osiągnąć taki sam wynik jak grube podłoża o niższej przenikalności. Jedynym problemem związanym z takimi materiałami jest ich mniejsza dostępność i wysokie koszty.

Aplikacje

Anteny spiralne transmitują fale radiowe spolaryzowane kołowo i odbierają fale spolaryzowane liniowo w dowolnej orientacji, ale drastycznie tłumią sygnały spolaryzowane kołowo odbierane przy przeciwnym obrocie. Antena spiralna odrzuci fale jednego rodzaju spolaryzowane kołowo, a jednocześnie doskonale odbierze fale o innej polaryzacji.

Jednym z zastosowań anten spiralnych jest komunikacja szerokopasmowa. Innym zastosowaniem anten spiralnych jest monitorowanie widma częstotliwości. Jedna antena może odbierać w szerokim paśmie, na przykład stosunek 5:1 między częstotliwością maksymalną i minimalną. Zwykle w tej aplikacji stosuje się parę anten spiralnych o identycznych parametrach z wyjątkiem polaryzacji, która jest przeciwna (jedna jest prawoskrętna, druga lewoskrętna). Anteny spiralne są przydatne do namierzania kierunku mikrofalowego.

Referencje „Praktyczna antena”.

• „Antena spiralna” . Teoria anteny .