Wat is in helikale antenne?
In helikale antenne, ek wol bekend as in helixantenne, is in triedantenne dy't foarme wurdt troch in geleidende tried of buis yn in trijediminsjonale helix te wikkeljen. Ien ein fan 'e helix is normaal ferbûn mei de sintrale geleider fan 'e feedline, wylst de bûtenste geleider ferbûn is mei in metalen grûnflak of reflektor.
Syn ûnderskiedende geometry lit de antenne yn ferskate strielingsmodi operearje, ôfhinklik fan 'e relaasje tusken de helixôfmjittings en de wurkgolflingte.
Under dizze modi, deaksiale modusis foaral wichtich yn RF- en mikrogolftechnyk, om't it rjochtingsstrieling, relatyf brede bânbreedte en sirkelfoarmige polarisaasje kin leverje. Dizze skaaimerken meitsje spiraalfoarmige antennes nuttich yn satellytferbiningen, telemetrie, tracking, romtekommunikaasje, radioastronomy en oare tapassingen wêr't de oriïntaasje fan 'e antenne kin feroarje.
De wurkfrekwinsje fan in helikale antenne is net beheind ta ien fêste band. Ynstee dêrfan wurdt it primêr bepaald troch syn fysike ôfmjittings relatyf oan golflingte. Helikale struktueren kinne dêrom ûntwurpen wurde foar VHF- en UHF-systemen, lykas ek hegere-frekwinsje RF- en mikrogolftaplikaasjes.
Figuer 1. Foarbyld fan helikale antennes dy't brûkt wurde yn in rjochtingskommunikaasjesysteem.
Basisstruktuer fan in helikale antenne
In typyske spiraalfoarmige antenne bestiet út fjouwer haadûnderdielen:
- Helikale geleider
- Grûnflak of reflektor
- RF-feedpunt
- Mechanyske stipestruktuer
De helix wurdt meastentiids makke fan koperdraad, buizen, of in oar geliedend materiaal. Ien ein is ferbûn mei de sintrale geleider fan in koaksiale transmissieline, wylst de koaksiale bûtenste geleider elektrysk ferbûn is mei it grûnflak.
It grûnflak helpt de strielingsrjochting te kontrolearjen en fungearret as ûnderdiel fan 'e antenne-fiedingstruktuer. Yn praktyske ûntwerpen kinne de ôfmjittings dêrfan de impedânsje, de prestaasjes fan foar-nei-efter en it resultearjende strielingspatroan signifikant beynfloedzje.
In oantal geometryske parameters bepale it elektryske gedrach fan 'e antenne:
- D - Helixdiameter
- C - Omtrek fan ien draai
- S - Ofstân tusken oanbuorjende bochten
- N - Oantal bochten
- α — Pitchhoeke
- L - Totale axiale lingte
De omtrek is:
[C = π D]
De hellingshoek kin útdrukt wurde as:
[\alpha=\tan^{-1}\left(\frac{S}{\pi D}\right)]
Dizze parameters kinne net ûnôfhinklik beskôge wurde, om't it feroarjen fan ien diminsje de impedânsje, polarisaasje, strielbreedte, fersterking en wurkfrekwinsje fan 'e antenne feroaret.
Figuer 2. Typyske heliksantennestruktuer mei heliksgeleider en grûnflakreflektor.
Twa wichtichste strielingsmodi
Ien fan 'e meast nijsgjirrige skaaimerken fan in helikale antenne is dat deselde basisstruktuer tige ferskillende stralingspatroanen kin produsearje, ôfhinklik fan syn elektryske grutte.
De twa faak besprutsen wurkwizen binne:
- Normale modus
- Aksiale modus
It ferskil tusken dizze twa modi begripe is essensjeel by it selektearjen of ûntwerpen fan in helikale antenne.
Normale modus helyske antenne
In normale modus, de totale diameter en ôfstân fan 'e helix binne elektrysk lyts yn ferliking mei de golflingte.
Strieling wurdt primêr sawat loodrecht op 'e helixas rjochte ynstee fan dêr lâns. It elektromagnetyske gedrach kin begrepen wurde as in kombinaasje fan 'e fjilden produsearre troch in koarte elektryske dipool en in lytse lus.
Ofhinklik fan 'e helixgeometry, pitchhoeke, feedarranzjemint en observaasjerjochting, kin de resultearjende polarisaasje lineêr, elliptysk of yn bepaalde ûntwerpen hast sirkelfoarmich wêze.
Normale-modus heliksen binne typysk kompakt, mar har elektrysk lytse ôfmjittings resultearje yn relatyf lege strielingsresistinsje. Dit kin liede ta legere strielingseffisjinsje en smelle bânbreedte as in ûntwerp yn aksiale modus.
Se binne dêrom nuttich as de grutte fan 'e antenne in grutte beheining is en in heul hege fersterking net nedich is.
Figuer 3. Yllustratyf stralingspatroan fan in normale modus helikale antenne.
Axial-Mode Helical Antenne
Deaksiale modus, soms end-fire-modus neamd, is de konfiguraasje dy't it meast assosjeare wurdt mei hege-prestaasjes helikale antennes.
Yn dizze modus wurdt elektromagnetyske enerzjy benammen lâns de as fan 'e helix útstrieled, wêrtroch in rjochtingsstriel ûntstiet.
In typysk ûntwerp yn axiale modus brûkt in helixomtrek dy't sawat te fergelykjen is mei ien golflingte:
[C \approx \lambda]
De ôfstân tusken de beurten is faak sawat:
[S \approx 0.2\lambda \text{ nei } 0.3\lambda]
mei sawat in kwart golflingte as in mienskiplik útgongspunt.
Foar in protte konvinsjonele ûntwerpen yn aksiale modus wurde faak hellingshoeken om 12°–14° brûkt.
Under passende geometryske omstannichheden kombinearje fjilden dy't generearre wurde troch opienfolgjende windingen konstruktyf lâns de helix-as. Dit produseart in rjochtingsstriel tegearre mei sirkelfoarmige of hast sirkelfoarmige polarisaasje.
It oantal windingen beynfloedet ek de prestaasjes fan 'e antenne. It ferheegjen fan it oantal windingen kin oer it algemien de rjochting en fersterking ferheegje, wylst de haadstriel fersmelle wurdt, hoewol praktyske ûntwerpen ek rekken moatte hâlde mei meganyske lingte, ferlies fan geleiders, impedânsjeoanpassing en ynstallaasjebeperkingen.
Figuer 4. Yllustratyf aksiale-modus helikale antenne-strielingspatroan mei in rjochtingshaadstriel.
Rjochtshânige en loftshânige sirkelfoarmige polarisaasje
Ien fan 'e wichtichste foardielen fan in aksiale modus helikale antenne is syn natuerlike fermogen om sirkelfoarmige polarisaasje te generearjen.
Ofhinklik fan 'e wikkelrjochting en strielingsrjochting kin in helix ûntwurpen wurde om ien fan beide te produsearjen:
- RHCP - Rjochtshânsirkulêre polarisaasje
- LHCP - Sirkulêre polarisaasje oan lofts
Sirkulêre polarisaasje is foaral nuttich as de relative oriïntaasje tusken de stjoer- en ûntfangende antennes net fêst bliuwe kin.
Bygelyks, satelliten, romtefarderskippen, platfoarms yn 'e loft, rotearjende systemen en mobile kommunikaasjeapparatuer kinne kontinu fan oriïntaasje feroarje. In sirkelfoarmich polarisearre antenne kin de gefoelichheid fan 'e kommunikaasjeferbining foar dizze hoekefariaasje ferminderje.
Polarisaasje-oerienkomst is noch altyd wichtich. In RHCP-antenne kommunisearret ideaal mei in RHCP-antenne, wylst in LHCP-antenne normaal keppele wurde moat oan in LHCP-antenne. Tsjinoerstelde sirkelfoarmige polarisaasjes kinne liede ta signifikant polarisaasjeferlies.
Foar yngenieursevaluaasje,aksiale ferhâldingwurdt faak brûkt om de kwaliteit fan sirkulêre polarisaasje te beskriuwen. In ideale sirkulêr polarisearre weach hat in axiale ferhâlding fan 0 dB, wylst praktyske sirkulêr polarisearre antennes faak wurde evaluearre tsjin in spesifisearre axiale ferhâldingseasken oer de winske frekwinsje en hoekeberik.
Faktoaren dy't ynfloed hawwe op de prestaasjes fan spiraalfoarmige antennes
It gedrach fan in helikale antenne is nau besibbe oan syn geometry.
Wichtige ûntwerpparameters omfetsje:
Helix Omtrek
De relaasje tusken omtrek en golflingte spilet in wichtige rol by it bepalen oft de antenne yn normale modus of aksiale modus wurket.
Draaiafstand
Ofstân beynfloedet de fazerelaasje tusken streamingen op oanswettende windingen en beynfloedet dêrom de strielrjochting, impedânsje en polarisaasje.
Pitchhoek
De hellingshoek beskriuwt hoe fluch de helix lâns syn as beweecht. It is in wichtige parameter foar it behâld fan stabyl axiale modusgedrach.
Oantal beurten
Mear windingen fergrutsje oer it algemien de elektryske apertuer en kinne in hegere rjochtingsfermogen leverje, mar se fergrutsje ek de lingte fan 'e antenne en de meganyske kompleksiteit.
Grûnflak
De grutte en foarm fan 'e reflektor beynfloedzje it foarútstrielingspatroan, de impedânsje en de efterútstrieling.
Feed- en impedânsje-oerienkomst
Sels mei juste helixôfmjittings kin minne impedânsjeoanpassing it reflektearre fermogen ferheegje en de realisearre antenneprestaasjes ferminderje. Praktyske ûntwerpen moatte dêrom weromferlies of VSWR tegearre mei strielingseigenskippen evaluearje.
Stralingspatroan en winst
Yn aksiale modus produseart in helikale antenne in haadstriel dy't sawat lâns de heliksas sintraal leit.
As de elektryske lingte en it oantal windingen tanimme, wurdt de haadstriel oer it algemien smeller en nimt de rjochting fan 'e antenne ta. Sydlobben kinne ek ferskine, foaral yn langere of net-optimalisearre struktueren.
De antenne moat dêrom net allinnich op basis fan fersterking evaluearre wurde. Yngenieurs beskôgje normaal ferskate skaaimerken tegearre:
- Winst
- Realisearre winst
- Heal-krêftige strielbreedte
- Aksiale ferhâlding
- VSWR of werombringferlies
- Foar-efter-ferhâlding
- Side-lob nivo
- Polarisaasje suverens
- Stralingseffisjinsje
Dizze kombinaasje fan parameters jout in folle folsleiner byld fan antenneprestaasjes as in inkele winstwearde.
Foardielen fan spiraalfoarmige antennes
Helikale antennes biede ferskate nuttige technyske foardielen:
- Relatyf ienfâldige meganyske konstruksje
- Natuerlike sirkelfoarmige polarisaasjekapasiteit yn aksiale modus
- Nuttige wurkbânbreedte
- Goede rjochtingsprestaasjes
- Skalbere geometry foar ferskate frekwinsjeberik
- Fleksibele RHCP- of LHCP-ymplemintaasje
- Geskikt foar yndividuele antennes of antenne-arrays
Untwerpbeperkingen
Der binne ek ferskate faktoaren om te beskôgjen:
- Aksiale modusûntwerpen kinne in wichtige fysike lingte fereaskje
- Hegere fersterking fereasket normaal mear bochten en dêrom in langere antenne
- Prestaasjes binne sterk ôfhinklik fan geometryske krektens
- Grûnflakôfmjittings beynfloedzje strielingseigenskippen
- Feedmatching moat goed ûntwurpen wurde
- Mechanyske stipe wurdt wichtiger by hegere beurttellingen
- Tsjinoerstelde sirkelfoarmige polarisaasje-sintugen kinne in hege polarisaasje-mismatchferlies produsearje
Typyske tapassingen
Helikale antennes kinne fûn wurde yn in breed oanbod fan RF-systemen, ynklusyf:
- Satellytkommunikaasje
- Telemetrie en folging fan romtefartugen
- Kommunikaasje tusken grûnstasjons
- Radioastronomy
- Loftfeart- en romtefeartkommunikaasjesystemen
- RF-telemetrie
- Rjochtings VHF- en UHF-ferbiningen
- Ofstânsdeteksje
- Antenne-mjitting en ûndersyk
- Sirkulêre polarisaasje-eksperiminten
- Testen fan kommunikaasjesystemen
Wêrom't helikale antennes wichtich binne yn RF-engineering
De helikale antenne is in poerbêst foarbyld fan hoe't antennegeometrie elektromagnetysk gedrach kontrolearret.
Troch parameters lykas omtrek, ôfstân, pitchhoeke en oantal windingen te feroarjen, kinne yngenieurs oerskeakelje fan in kompakte breedside-radiator nei in rjochtingele sirkelfoarmich polarisearre antenne.
Dizze relaasje tusken fysike geometry en elektryske prestaasjes is ek wichtich by it bestudearjen fan mear avansearre antennetechnologyen lykas sirkulêr polarisearre hoarnantennes, antennearrays, satellytantennes, breedbânmjitantennes en mikrogolfkommunikaasjesystemen.
RF MISO ûntwikkelt antennes en mikrogolfkomponinten foar RF-testen, kommunikaasje, radar, antennemjitting en systeemyntegraasje-tapassingen. Begrip fan fûnemintele antennestrukturen lykas de helikale antenne helpt yngenieurs wichtige parameters better te evaluearjen, ynklusyf frekwinsjeberik, fersterking, polarisaasje, axiale ferhâlding, beambreedte, VSWR en strielingspatroan.
Om mear te learen oer antennes, kinne jo terecht op:
Pleatsingstiid: 7 augustus 2026
