Uutiset - Kierukka-antenni: Ihanteellinen valinta laajakaistaiseen pyöreään polarisaatioon

ASpiraaliantennion tyypillinen esimerkki lanka-antennista, jolle on ominaista spiraalimainen rakenne. Se on laajakaista-antenni, joka soveltuu VHF- ja UHF-alueille.

Kierukka-antenni toimii noin 30 MHz - 3 GHz:n taajuusalueella, joka kattaa pääasiassa VHF- ja UHF-kaistat.

Spiraaliantennin rakenne ja toimintaperiaatteet

Spiraaliantenni muodostetaan kiertämällä johdin spiraalimaisesti ja kytkemällä se maatasoon syöttöjohdon kautta. Yksinkertaisen rakenteensa ansiosta se tuottaa luonnollisesti ympyräpolarisoituja aaltoja ja sitä käytetään laajalti maan ulkopuolisessa viestinnässä, kuten satelliittivälitysjärjestelmissä.

Yllä oleva kuva esittää satelliittiviestinnässä käytettävää spiraaliantennijärjestelmää. Tällaiset antennit vaativat tyypillisesti runsaasti ulkoasennustilaa.

Spiraaliantenni koostuu paksusta kuparilangasta tai -putkesta, joka on muotoiltu kierteeksi ja toimii yhdessä litteän metallisen maatason kanssa. Kierteen toinen pää on kytketty koaksiaalikaapelin keskijohtimeen, kun taas ulompi johdin on kiinnitetty maatasoon.

Yllä oleva kuva havainnollistaa spiraaliantennin rakennetta ja sen komponenttien yksityiskohtaista näkymää.

Spiraaliantennin säteilyominaisuudet määräytyvät ensisijaisesti kierteen halkaisijan, kierrosten välisen etäisyyden (pitch) ja nousukulman mukaan.

Nousukulma määritellään kierteen tangentin ja kierteen akselin normaalin tason väliseksi kulmaksi, ja se saadaan kaavasta:

Jossa:

•D on kierteen halkaisija

•S on nousu (vierekkäisten kierrosten keskipisteiden välinen etäisyys)

•α on nousukulma

Toimintatila

Spiraaliantennit toimivat kahdessa päätilassa:

• Normaali tila (tunnetaan myös kohtisuorana säteilytilana)

• Aksiaalinen tila (tunnetaan myös nimellä päätytulen tila tai sädesäteilytila)

Jokainen tila on kuvattu yksityiskohtaisesti alla.

Normaalissa säteilymoodissa säteilevä kenttä on kohtisuorassa heliksin akseliin nähden ja säteilevä aalto on ympyräpolarisoitu. Tämä moodi saavutetaan, kun heliksin mitat ovat pienet aallonpituuteen nähden. Tässä tapauksessa kierukka-antennin säteilyominaisuuksia voidaan pitää lyhyen dipoliantennin ja silmukka-antennin yhdistelmänä.

Yllä oleva kuva havainnollistaa normaalitilassa toimivan spiraaliantennin säteilykuviota.

Tämä toimintatila määräytyy kierteen halkaisijan D ja kierrosten välisen etäisyyden S perusteella. Tämän toimintatilan haittoja ovat alhainen säteilytehokkuus ja kapea kaistanleveys, joten sitä käytetään harvoin käytännön sovelluksissa.

Aksiaalinen tila

Aksiaalisessa säteilymoodissa säteilevällä kentällä on päätytulen ominaisuuksia kierteen akselin suuntaisesti, ja säteilevä aalto on ympyräpolarisoitunut tai lähes ympyräpolarisoitu. Tämä moodi saavutetaan, kun kierteen ympärysmittaa kasvatetaan yhden aallonpituuden (λ) suuruiseksi ja kierrosten välinen etäisyys on noin λ/4. Näissä olosuhteissa säteilykuvio on leveä akselin suuntainen ja sillä on suuntaominaisuudet, ja sivukeilat ilmestyvät akselista poikkeaviin kulmiin.

Yllä oleva kuva havainnollistaa aksiaalisessa tilassa toimivan spiraaliantennin säteilykuviota.

Kun antenni on suunniteltu oikealle ympyräpolarisoiduille (RHCP) aalloille, se ei vastaanota vasemmalle ympyräpolarisoiduille (LHCP) aaltoille, ja päinvastoin. Tämä toimintatila on helppo toteuttaa ja sitä käytetään yleisemmin käytännön sovelluksissa.

Spiraaliantennin tärkeimmät edut ovat seuraavat:

• Yksinkertainen rakenne ja helppo suunnitella

•Korkea suuntaavuus

• Laaja kaistanleveys

• Pystyy ympyräpolarisaatioon

•Sopii HF- ja VHF-taajuuksille

Spiraaliantennin tärkeimmät käyttökohteet ovat seuraavat:

• Yksittäisiä kierukkamaisia antenneja tai niiden ryhmiä käytetään VHF-signaalin lähettämiseen ja vastaanottamiseen

• Laajasti käytössä satelliitti- ja syvän avaruuden luotainjärjestelmissä

• Käytetään telemetriayhteyksissä ballististen ohjusten, satelliittien ja maa-asemien välillä

•Käytetään Kuun ja Maan välisen viestinnän muodostamiseen

•Myös tärkeä rooli radioastronomian sovelluksissa