اخبار - آنتن مارپیچی: انتخاب ایده‌آل برای قطبش دایره‌ای پهن‌باند

الفآنتن مارپیچییک نمونه معمول از آنتن سیمی است که با ساختار مارپیچی شکل خود مشخص می‌شود. این یک آنتن پهن باند مناسب برای باندهای VHF و UHF است.

آنتن مارپیچی در محدوده فرکانسی تقریباً 30 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز عمل می‌کند و عمدتاً باندهای VHF و UHF را پوشش می‌دهد.

ساختار و اصول کار آنتن مارپیچی

آنتن مارپیچی با پیچیدن یک رسانا به شکل مارپیچ و اتصال آن به صفحه زمین از طریق یک خط تغذیه تشکیل می‌شود. این آنتن با ساختار ساده خود، به طور طبیعی امواج با قطبش دایره‌ای تولید می‌کند و به طور گسترده در ارتباطات فرازمینی مانند سیستم‌های رله ماهواره‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شکل بالا یک سیستم آنتن مارپیچی را نشان می‌دهد که برای ارتباطات ماهواره‌ای استفاده می‌شود. چنین آنتن‌هایی معمولاً به فضای نصب کافی در فضای باز نیاز دارند.

آنتن مارپیچی از یک سیم‌پیچ یا لوله مسی ضخیم به شکل مارپیچ تشکیل شده است که در ارتباط با یک صفحه زمین فلزی مسطح کار می‌کند. یک سر مارپیچ به رسانای مرکزی کابل کواکسیال متصل است، در حالی که رسانای بیرونی به صفحه زمین متصل است.

تصویر بالا ساختار یک آنتن مارپیچی را به همراه جزئیات اجزای آن نشان می‌دهد.

ویژگی‌های تابشی یک آنتن مارپیچی در درجه اول توسط قطر مارپیچ، فاصله بین دورها (گام) و زاویه گام تعیین می‌شود.

زاویه گام به صورت زاویه بین خط مماس بر مارپیچ و صفحه عمود بر محور مارپیچ تعریف می‌شود و به صورت زیر بیان می‌شود:

کجا:

•D قطر مارپیچ است

•S گام پیچ (فاصله مرکز تا مرکز بین پیچ‌های مجاور) است.

•α زاویه گام است

حالت عملیاتی

آنتن‌های مارپیچی در دو حالت اصلی عمل می‌کنند:

• حالت عادی (همچنین به عنوان حالت تابش عمودی شناخته می‌شود)

• حالت محوری (همچنین به عنوان حالت آتش نهایی یا حالت تابش پرتو شناخته می‌شود)

هر حالت در زیر به تفصیل شرح داده شده است.

در حالت تابش عادی، میدان تابشی عمود بر محور مارپیچ است و موج تابشی به صورت دایره‌ای قطبیده می‌شود. این حالت زمانی حاصل می‌شود که ابعاد مارپیچ نسبت به طول موج کوچک باشد. در این حالت، ویژگی‌های تابشی آنتن مارپیچی را می‌توان ترکیبی از یک آنتن دوقطبی کوتاه و یک آنتن حلقه‌ای در نظر گرفت.

شکل بالا الگوی تابش یک آنتن مارپیچی را که در حالت عادی کار می‌کند، نشان می‌دهد.

این حالت توسط قطر مارپیچ D و فاصله بین دورها S تعیین می‌شود. معایب این حالت عملیاتی شامل راندمان تابشی پایین و پهنای باند باریک است؛ بنابراین، به ندرت در کاربردهای عملی استفاده می‌شود.

حالت محوری

در حالت تابش محوری، میدان تابش‌شده ویژگی‌های انتهایی را در امتداد محور مارپیچ نشان می‌دهد و موج تابش‌شده به صورت دایره‌ای یا تقریباً دایره‌ای قطبیده می‌شود. این حالت زمانی حاصل می‌شود که محیط مارپیچ به مرتبه یک طول موج (λ) افزایش یابد و فاصله بین دورها تقریباً λ/4 باشد. تحت این شرایط، الگوی تابش در امتداد محور پهن و دارای ویژگی‌های جهت‌دار است و لوب‌های جانبی در زوایایی خارج از محور ظاهر می‌شوند.

شکل بالا الگوی تابش یک آنتن مارپیچی را که در حالت محوری کار می‌کند، نشان می‌دهد.

وقتی آنتن برای امواج با قطبش دایره‌ای راست‌دست (RHCP) طراحی شده باشد، امواج با قطبش دایره‌ای چپ‌دست (LHCP) را دریافت نخواهد کرد و برعکس. پیاده‌سازی این حالت عملیاتی آسان است و بیشتر در کاربردهای عملی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزایای اصلی آنتن مارپیچی به شرح زیر است:

• ساختار ساده و طراحی آسان

• جهت‌گیری بالا

• پهنای باند وسیع

• قابلیت قطبش دایره‌ای

•مناسب برای باندهای HF و VHF

کاربردهای اصلی آنتن مارپیچی به شرح زیر است:

•آنتن‌های مارپیچی تکی یا آرایه‌های آنها برای ارسال و دریافت سیگنال VHF استفاده می‌شوند.

• به طور گسترده در سیستم‌های ارتباطی ماهواره‌ای و کاوشگرهای اعماق فضا استفاده می‌شود

• کاربرد در ارتباطات تله‌متری بین موشک‌های بالستیک، ماهواره‌ها و ایستگاه‌های زمینی

•برای برقراری ارتباط بین ماه و زمین استفاده می‌شود

•همچنین نقش مهمی در کاربردهای نجوم رادیویی ایفا می‌کند