Novinky - Spirálová anténa: Ideální volba pro širokopásmovou kruhovou polarizaci

ASpirálová anténaje typickým příkladem drátové antény, charakterizované spirálovou strukturou. Jedná se o širokopásmovou anténu vhodnou pro pásma VHF a UHF.

Spirálová anténa pracuje ve frekvenčním rozsahu přibližně 30 MHz až 3 GHz, primárně v pásmech VHF a UHF.

Konstrukce a principy fungování spirální antény

Spirálová anténa se vytvoří navinutím vodiče do spirálového tvaru a jeho připojením k uzemňovací rovině pomocí napájecího vedení. Díky jednoduché struktuře přirozeně generuje kruhově polarizované vlny a je široce používána v mimozemské komunikaci, jako jsou satelitní reléové systémy.

Obrázek výše znázorňuje systém spirální antény používaný pro satelitní komunikaci. Takové antény obvykle vyžadují dostatek venkovního instalačního prostoru.

Spirálová anténa se skládá z cívky z tlustého měděného drátu nebo trubice tvarované do šroubovice, která pracuje ve spojení s plochou kovovou zemnící rovinou. Jeden konec spirály je připojen ke střednímu vodiči koaxiálního kabelu, zatímco vnější vodič je připojen k zemnící rovině.

Obrázek výše znázorňuje strukturu spirální antény s detailním pohledem na její komponenty.

Vyzařovací charakteristiky spirálové antény jsou primárně určeny průměrem šroubovice, roztečí mezi závity (roztečí) a úhlem stoupání.

Úhel stoupání je definován jako úhel mezi tečnou ke šroubovici a rovinou kolmou k ose šroubovice a je dán vztahem:

Kde:

•D je průměr šroubovice

• S je rozteč (rozteč mezi středy sousedních závitů)

•α je úhel sklonu

Provozní režim

Spirálové antény fungují ve dvou primárních režimech:

• Normální režim (také známý jako režim kolmého záření)

• Axiální režim (také známý jako režim koncového ohně nebo režim vyzařování paprsku)

Každý režim je podrobně popsán níže.

V normálním režimu vyzařování je vyzařované pole kolmé k ose spirály a vyzařovaná vlna je kruhově polarizovaná. Tohoto režimu je dosaženo, když jsou rozměry spirály malé vzhledem k vlnové délce. V tomto případě lze vyzařovací charakteristiky spirálové antény považovat za kombinaci krátké dipólové antény a smyčkové antény.

Obrázek výše znázorňuje vyzařovací diagram spirální antény pracující v normálním režimu.

Tento režim je určen průměrem spirály D a roztečí mezi závity S. Nevýhodami tohoto provozního režimu je nízká účinnost záření a úzká šířka pásma, proto se v praktických aplikacích používá jen zřídka.

Axiální režim

V axiálním vyzařovacím režimu vykazuje vyzařované pole charakteristiky koncového záření podél osy šroubovice a vyzařovaná vlna je kruhově nebo téměř kruhově polarizovaná. Tohoto režimu je dosaženo, když se obvod šroubovice zvětší řádově na jednu vlnovou délku (λ) a rozteč mezi závity je přibližně λ/4. Za těchto podmínek je vyzařovací diagram široký podél osy se směrovými charakteristikami a postranní laloky se objevují v úhlech odsazených od osy.

Obrázek výše znázorňuje vyzařovací diagram spirální antény pracující v axiálním režimu.

Pokud je anténa navržena pro pravostranné kruhově polarizované vlny (RHCP), nebude přijímat levostranné kruhově polarizované vlny (LHCP) a naopak. Tento provozní režim se snadno implementuje a v praktických aplikacích se používá častěji.

Hlavní výhody spirální antény jsou následující:

• Jednoduchá struktura a snadný návrh

• Vysoká směrovost

• Široká šířka pásma

• Schopný kruhové polarizace

• Vhodné pro pásma HF a VHF

Hlavní aplikace spirální antény jsou následující:

• Pro vysílání a příjem signálu VHF se používají jednoduché spirálové antény nebo jejich soustavy

• Široce používaný v komunikačních systémech satelitů a sond pro hluboký vesmír

• Používá se v telemetrických spojeních mezi balistickými raketami, satelity a pozemními stanicemi

• Slouží k navázání komunikace mezi Měsícem a Zemí

• Hraje také důležitou roli v radioastronomických aplikacích