Новости - Спиральная антенна: идеальный выбор для широкополосной круговой поляризации

АСпиральная антеннаЭто типичный пример проволочной антенны, характеризующейся спиралевидной структурой. Это широкополосная антенна, подходящая для диапазонов ОВЧ и УВЧ.

Спиральная антенна работает в диапазоне частот приблизительно от 30 МГц до 3 ГГц, охватывая преимущественно диапазоны ОВЧ и УВЧ.

Конструкция и принципы работы спиральной антенны

Спиральная антенна образуется путем наматывания проводника в спиральную форму и соединения его с заземляющей плоскостью посредством питающей линии. Благодаря простой конструкции она естественным образом генерирует волны с круговой поляризацией и широко используется в системах внеземной связи, таких как спутниковые ретрансляционные системы.

На рисунке выше показана спиральная антенная система, используемая для спутниковой связи. Для установки таких антенн обычно требуется достаточно места на открытом воздухе.

Спиральная антенна представляет собой катушку из толстой медной проволоки или трубки, имеющую форму спирали, работающую совместно с плоской металлической заземляющей пластиной. Один конец спирали соединен с центральным проводником коаксиального кабеля, а внешний проводник прикреплен к заземляющей пластине.

Изображение выше иллюстрирует структуру спиральной антенны, с подробным обзором ее компонентов.

Характеристики излучения спиральной антенны в основном определяются диаметром спирали, расстоянием между витками (шагом) и углом шага.

Угол шага определяется как угол между касательной к спирали и плоскостью, перпендикулярной оси спирали, и задается формулой:

Где:

•D — диаметр спирали

•S — это шаг виражей (расстояние между центрами соседних витков).

•α — угол тангажа

Режим работы

Спиральные антенны работают в двух основных режимах:

•Нормальный режим (также известный как режим перпендикулярного излучения)

• Осевой режим (также известный как режим торцевого излучения или режим излучения пучка)

Каждый режим подробно описан ниже.

В нормальном режиме излучения излучаемое поле перпендикулярно оси спирали, а излучаемая волна имеет круговую поляризацию. Этот режим достигается, когда размеры спирали малы по сравнению с длиной волны. В этом случае характеристики излучения спиральной антенны можно рассматривать как комбинацию короткой дипольной антенны и петлевой антенны.

На рисунке выше показана диаграмма направленности спиральной антенны, работающей в нормальном режиме.

Этот режим работы определяется диаметром спирали D и расстоянием между витками S. Недостатками этого режима работы являются низкая эффективность излучения и узкая полоса пропускания; поэтому он редко используется в практических приложениях.

Осевой режим

В режиме осевого излучения излучаемое поле имеет торцевые характеристики вдоль оси спирали, а излучаемая волна поляризована круговой или почти круговой поляризацией. Этот режим достигается, когда длина окружности спирали увеличивается до порядка одной длины волны (λ), а расстояние между витками составляет приблизительно λ/4. В этих условиях диаграмма направленности излучения широкая вдоль оси и имеет направленные характеристики, а боковые лепестки появляются под углами, смещенными относительно оси.

На рисунке выше показана диаграмма направленности спиральной антенны, работающей в осевом режиме.

Если антенна разработана для волн с правой круговой поляризацией (RHCP), она не будет принимать волны с левой круговой поляризацией (LHCP), и наоборот. Этот режим работы легко реализовать, и он чаще используется в практических приложениях.

Основные преимущества спиральной антенны заключаются в следующем:

•Простая структура и легкость проектирования

•Высокая направленность

•Широкая полоса пропускания

• Способен к круговой поляризации

•Подходит для диапазонов ВЧ и ОВЧ

Основные области применения спиральной антенны следующие:

• Для передачи и приема сигналов в диапазоне ОВЧ используются одиночные спиральные антенны или их антенные решетки.

• Широко используется в системах связи спутников и космических зондов.

• Применяется в системах телеметрии между баллистическими ракетами, спутниками и наземными станциями.

•Используется для установления связи между Луной и Землей.

•Также играет важную роль в приложениях радиоастрономии.