Νέα - Ελικοειδής κεραία: Η ιδανική επιλογή για κυκλική πόλωση ευρείας ζώνης

ΕΝΑΣπειροειδής κεραίαείναι ένα τυπικό παράδειγμα ενσύρματης κεραίας, που χαρακτηρίζεται από τη σπειροειδή δομή της. Είναι μια κεραία ευρείας ζώνης κατάλληλη για ζώνες VHF και UHF.

Η ελικοειδής κεραία λειτουργεί σε μια περιοχή συχνοτήτων από περίπου 30 MHz έως 3 GHz, καλύπτοντας κυρίως τις ζώνες VHF και UHF.

Η κατασκευή και οι αρχές λειτουργίας της σπειροειδούς κεραίας

Μια σπειροειδής κεραία σχηματίζεται τυλίγοντας έναν αγωγό σε σπειροειδές σχήμα και συνδέοντάς τον με ένα επίπεδο γείωσης μέσω μιας γραμμής τροφοδοσίας. Με μια απλή δομή, παράγει φυσικά κυκλικά πολωμένα κύματα και χρησιμοποιείται ευρέως σε εξωγήινες επικοινωνίες, όπως συστήματα δορυφορικής αναμετάδοσης.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει ένα σύστημα σπειροειδούς κεραίας που χρησιμοποιείται για δορυφορικές επικοινωνίες. Τέτοιες κεραίες συνήθως απαιτούν άφθονο εξωτερικό χώρο εγκατάστασης.

Η σπειροειδής κεραία αποτελείται από ένα πηνίο από χοντρό χάλκινο σύρμα ή σωλήνα σε σχήμα έλικας, που λειτουργεί σε συνδυασμό με ένα επίπεδο μεταλλικό επίπεδο γείωσης. Το ένα άκρο της έλικας συνδέεται με τον κεντρικό αγωγό του ομοαξονικού καλωδίου, ενώ ο εξωτερικός αγωγός είναι συνδεδεμένος με το επίπεδο γείωσης.

Η παραπάνω εικόνα απεικονίζει τη δομή μιας σπειροειδούς κεραίας, με λεπτομερή προβολή των εξαρτημάτων της.

Τα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας μιας σπειροειδούς κεραίας καθορίζονται κυρίως από τη διάμετρο της έλικας, την απόσταση μεταξύ των στροφών (βήμα) και τη γωνία βήματος.

Η γωνία κλίσης ορίζεται ως η γωνία μεταξύ της εφαπτομένης στην έλικα και του επιπέδου που είναι κάθετο στον άξονα της έλικας και δίνεται από τον τύπο:

Οπου:

•D είναι η διάμετρος της έλικας

•S είναι το βήμα (απόσταση από κέντρο σε κέντρο μεταξύ γειτονικών στροφών)

•α είναι η γωνία κλίσης

Λειτουργία λειτουργίας

Οι σπειροειδείς κεραίες λειτουργούν με δύο κύριους τρόπους:

•Κανονική λειτουργία (γνωστή και ως λειτουργία κάθετης ακτινοβολίας)

•Αξονική λειτουργία (γνωστή και ως λειτουργία τελικής πυρκαγιάς ή λειτουργία ακτινοβολίας δέσμης)

Κάθε λειτουργία περιγράφεται λεπτομερώς παρακάτω.

Στην κανονική λειτουργία ακτινοβολίας, το ακτινοβολούμενο πεδίο είναι κάθετο στον άξονα της έλικας και το ακτινοβολούμενο κύμα είναι κυκλικά πολωμένο. Αυτή η λειτουργία επιτυγχάνεται όταν οι διαστάσεις της έλικας είναι μικρές σε σχέση με το μήκος κύματος. Σε αυτήν την περίπτωση, τα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας της ελικοειδούς κεραίας μπορούν να θεωρηθούν ως συνδυασμός μιας βραχείας διπολικής κεραίας και μιας κεραίας βρόχου.

Το παραπάνω σχήμα απεικονίζει το διάγραμμα ακτινοβολίας μιας σπειροειδούς κεραίας που λειτουργεί σε κανονική λειτουργία.

Αυτή η λειτουργία καθορίζεται από τη διάμετρο της έλικας D και την απόσταση μεταξύ των στροφών S. Τα μειονεκτήματα αυτής της λειτουργίας περιλαμβάνουν τη χαμηλή απόδοση ακτινοβολίας και το στενό εύρος ζώνης. Επομένως, σπάνια χρησιμοποιείται σε πρακτικές εφαρμογές.

Αξονική λειτουργία

Στην αξονική λειτουργία ακτινοβολίας, το ακτινοβολούμενο πεδίο εμφανίζει χαρακτηριστικά τελικής βολής κατά μήκος του άξονα της έλικας και το ακτινοβολούμενο κύμα είναι κυκλικά ή σχεδόν κυκλικά πολωμένο. Αυτή η λειτουργία επιτυγχάνεται όταν η περιφέρεια της έλικας αυξάνεται στην τάξη του ενός μήκους κύματος (λ) και η απόσταση μεταξύ των στροφών είναι περίπου λ/4. Υπό αυτές τις συνθήκες, το διάγραμμα ακτινοβολίας είναι ευρύ κατά μήκος του άξονα με κατευθυντικά χαρακτηριστικά και οι πλευρικοί λοβοί εμφανίζονται σε γωνίες μετατοπισμένες από τον άξονα.

Το παραπάνω σχήμα απεικονίζει το διάγραμμα ακτινοβολίας μιας σπειροειδούς κεραίας που λειτουργεί σε αξονική λειτουργία.

Όταν η κεραία έχει σχεδιαστεί για κύματα δεξιόστροφης κυκλικής πόλωσης (RHCP), δεν θα λαμβάνει κύματα αριστερόστροφης κυκλικής πόλωσης (LHCP) και αντίστροφα. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας είναι εύκολος στην εφαρμογή και χρησιμοποιείται συχνότερα σε πρακτικές εφαρμογές.

Τα κύρια πλεονεκτήματα της σπειροειδούς κεραίας είναι τα εξής:

• Απλή δομή και εύκολος σχεδιασμός

•Υψηλή κατευθυντικότητα

• Ευρύ εύρος ζώνης

• Ικανό για κυκλική πόλωση

• Κατάλληλο για ζώνες HF και VHF

Οι κύριες εφαρμογές της σπειροειδούς κεραίας είναι οι εξής:

•Μονές ελικοειδής κεραίες ή οι συστοιχίες τους χρησιμοποιούνται για μετάδοση και λήψη σήματος VHF

• Χρησιμοποιείται ευρέως σε συστήματα επικοινωνίας δορυφόρων και ανιχνευτών βαθέος διαστήματος

•Εφαρμόζεται σε τηλεμετρικές συνδέσεις μεταξύ βαλλιστικών πυραύλων, δορυφόρων και επίγειων σταθμών

•Χρησιμοποιείται για την επικοινωνία μεταξύ Σελήνης και Γης

•Παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στις εφαρμογές της ραδιοαστρονομίας