Crédito da imagem da capa - Serviço retratado: Força Aérea
Operador de câmera: SSGT LOUIS COMEGER, Antena Hammer Ace SATCOM, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons
Pontos de Discussão
- Introdução
- Análise Geométrica e Configurações
- Modos Operacionais
- Modo normal
- Modo Axial
- Projeto de antena helicoidal
- Aplicações de antena helicoidal
Introdução à antena helicoidal
Para definir uma antena helicoidal, devemos saber a definição correta da antena previamente. De acordo com as definições padrão IEEE de antenas ou radiadores,
“Uma antena é um meio de transmissão e recepção de ondas de rádio”.
Existem várias adaptações de antenas. Alguns deles são - antenas dipolo, antenas de chifre, antenas log-periódicas, antenas de patch, antenas de banda larga, etc.
"Antenas de feixe helicoidal, 1951”(CC BY-NC-ND 2.0) por NASA JPL
As antenas helicoidais ou antenas helicoidais são uma das categorias de antenas de banda larga. É uma das antenas mais simples, primárias e realistas com uma estrutura helicoidal, composta por fios condutores enrolados.
O que é uma antena em forma de chifre? Explorar aqui!
Análise geométrica e configuração
Antenas helicoidais ou antenas helicoidais geralmente vêm com um plano de aterramento que tem a capacidade de aceitar formas distintas. Para estabelecer uma conexão helicoidal típica com o plano de aterramento, o diâmetro do plano de aterramento deve ser mínimo de 3 * λ / 4. Embora, o avião possa ser transfundido em uma cratera de formato cilíndrico. No ponto de alimentação, as linhas de transmissão se encontram com a antena.
A descrição geométrica de uma antena helicoidal geralmente consiste em um número N de voltas, o diâmetro D e a distância entre dois laços helicoidais S.
Todo o comprimento é dado por -> L = N S.
Todo o comprimento do fio condutor é dado por -> Ln = NL0 (Ele carrega a corrente principalmente obviamente!)
Ou, Ln = N √ (C2 + S2); eu0 = √ (C2 + S2)
L0 representa a dimensão do fio entre dois loops helicoidais. Na verdade, dá o comprimento.
C representa toda a circunferência de um loop espiral, e é dado por -> π D.
Existe outro parâmetro da antena em espiral ou hélice, que também é muito importante. É representado pelo alfabeto grego alfa (α) e denominado como 'ângulo de inclinação'. Este ângulo é geralmente a medida do ângulo da linha - normal para o fio da hélice e um terreno íngreme para o eixo da hélice. A expressão matemática é fornecida abaixo.
α = bronzeado-1 (S / C)
ou, α = tan-1 (S / π D)
Observando cuidadosamente a equação, pode-se concluir que quando o ângulo tende a 0 grau, o enrolamento é pisoteado; como resultado, a antena helicoidal fica reduzida e se torna semelhante a uma antena de quadro simples. Novamente, quando o ângulo torna-se 90 graus, a antena se torna um fio linear. Quando o ângulo é menor que 90 graus e maior que 0 graus, uma hélice prática tem um valor finito de circunferência.
Os parâmetros arquitetônicos podem alterar as propriedades de radiação das antenas helicoidais. O controle dos parâmetros geométricos irá variar as propriedades de radiação associadas ao comprimento de onda. A impedância de entrada tem relação com o ângulo de passo e tamanho do fio condutor, pois uma mudança nos valores do ângulo de passo, e o tamanho do fio irá alterar os valores de impedância de entrada.
Antenas helicoidais normalmente mostram polarização elíptica, embora possam ser projetadas para mostrar polarização circular e linear.
Modos Operacionais
As antenas Helix têm a capacidade de funcionar em muitos tipos de modos operacionais. Existem dois modos operacionais importantes e essenciais que discutiremos em detalhes na última parte deste artigo. Os dois modos são -
As figuras tridimensionais de ambos os tipos de modo de operação são fornecidas a seguir.
Como podemos ver na figura padrão, ele tem um máximo em um plano imaginário que é normal ao eixo e seu nulo está ao longo do eixo. O padrão de energia tem uma semelhança próxima com a forma do loop circular.
Agora, o máximo está ao longo do comprimento da hélice para o modo final de disparo, e o padrão de energia é semelhante ao da matriz final de disparo. É por isso que o modo é denominado 'End Fire Mode'.
O modo axial de operação tem mais preferência sobre o modo padrão de operação porque é mais realista ou prático, tem melhor eficiência e pode mostrar polarização circular com uma largura de banda mais ampla. Uma antena elipticamente polarizada pode ser descrita como a soma dos dois mecanismos estranhos alinhados em quadratura de fase-tempo.
O que uma linha de transmissão faz? Explorar!
Modo Normal de Antenas Helix
Conforme discutido anteriormente, o modo helicoidal da antena tem sua radiação máxima direcionada para um plano normal ao eixo da hélice, e a radiação nula está ao longo de seu eixo. O modo normal de operação da antena helicoidal ou operação no modo broadside é alcançável comparando o comprimento de onda, que é NL0 << λ0.
A arquitetura da hélice se reduz a um loop de diâmetro D quando o ângulo de inclinação chega a 0 para um fio revestido com comprimento S enquanto se aproxima de 90 graus. Nos, como a geometria da hélice, tornou-se um loop e um dipolo, a radiação de campo distante neste modo de operação pode ser representada respectivamente por Eϕ e Eϴ componentes do dipolo e do loop espiral.
A hélice pode ser descrita como um número N de pequenas voltas e o mesmo número de pequenos dipolos. Eles estão ligados entre si de uma maneira em série. As arenas são calculadas a partir da superposição dos demais campos das partes rudimentares. Os eixos do loop e os eixos do dipolo coincidem com o eixo da hélice.
Como este modelo tem dimensões pequenas, a corrente é considerada constante. Seu funcionamento pode ser definido pelo somatório dos campos irradiados por loops menores, com diâmetro D e dipolo curto, com comprimento S.
O campo elétrico de campo distante é dado como -
Eϴ = j * η * k * eu0 *S* e-jkr Sinϴ / 4πr
Teϕ parte é dada por -
Eϕ = η * k2 * (D / 2)2 * EU0 * e-jkr Sinϴ / 4r
A relação de Eϴ e Eϕ fornece a relação axial. A expressão matemática é fornecida abaixo.
AR = | Eϴ | / | Eϕ |
Ou AR = 4S / πkD2
Ou, AR = 2λS / (πD)2
O ângulo de inclinação é dado como - α = bronzeado-1 (π D / 2λ0)
Modo axial de operação para antena helicoidal
O modo axial de operação tem mais preferência sobre o modo padrão de operação porque é mais realista ou prático, tem melhor eficiência e pode mostrar polarização circular com uma largura de banda mais ampla.
Este modo é obtido configurando S e D. grandes. Existem alguns requisitos para alcançar a polarização circular. A faixa da circunferência da hélice deve estar na faixa abaixo fornecida.
4/3> λ0/ C> ¾
O ângulo de inclinação também tem um alcance limitado. A faixa do ângulo de inclinação é fornecida abaixo.
12o ≤ α ≤ 14o
A faixa de impedância do terminal para este modo de operação é entre cem ohms a duzentos ohms.
A seguinte operação matemática calcula o ganho. Para a equação a seguir, S fornece a distância entre duas voltas e N representa o número total de voltas em uma antena helicoidal.
G = 15 (C/λ) 2 * (NS/λ)
A largura de banda de meia potência da antena helicoidal para este modo de operação é dada pela seguinte expressão matemática.
HPBW = 52 / [(C / λ) * √ {(NS / λ)}]
A largura de banda nula total da antena helicoidal para este modo de operação é dada pela seguinte expressão matemática.
FNBW = 115 λ3/2 / C * √ (X)
Confira o padrão de radiação da Antena Yagi Uda!
Design de antena helicoidal
- A impedância de entrada é representada como 'R'. A equação matemática para 'R' é - R = 140 (C / λ0).
- A largura de banda de meia potência da antena helicoidal para este modo de operação é dada pela seguinte expressão matemática. Ele tem uma precisão de cerca de mais-menos vinte por cento. É uma medida de ângulo e tem uma unidade em graus.
HPBW = 52λ3/2 / C * √ (X)
- A largura de banda nula total da antena helicoidal para este modo de operação é dada pela seguinte expressão matemática. Ele representa a medida da largura do feixe entre os nulos. Também possui unidades em graus.
FNBW = 115 λ3/2 / C * √ (X)
- D0 representa a diretividade da antena. A equação matemática é -
D0 = 15 * N * C2S/λ03
- O seguinte termo matemático fornece a relação axial ou o AR.
AR = 2N + 1 / 2N
- As seguintes expressões fornecem o padrão de campo distante generalizado.
E = sin (π / 2N) cosϴ sin [(N / 2) * Ψ] / sin (Ψ / 2)
Ψ é dado por outra equação matemática, e isso é dado ainda como Ψ =k0[S * cos ϴ - (L0/ p)]
O valor de 'p' para a matriz geral de fim de incêndio é
p = (L0/λ0) * (S / λ0 + 1)
O valor de 'p' para a radiação final do incêndio no pátio de madeira de Hansen é
p = (L0/λ0) * [S / λ0 + {(2N + 1) / 2N)}]
Aplicações de antena helicoidal
A antena helicoidal tem diversas aplicações em tecnologias de comunicação modernas. Ele tem algumas aplicações exclusivas devido ao seu design e padrões de radiação. Algumas das aplicações de antena espiral estão listadas abaixo.
Uma antena helicoidal de rastreamento de satélite,
Crédito da imagem - Rei bastardo, Aquisição Traqueur, CC BY-SA 3.0
- Antenas helicoidais são eficientes em irradiar sinais de faixa de frequência muito alta.
- Antenas helicoidais são freqüentemente usadas para comunicações espaciais e comunicações de satélites.
- As comunicações entre dois planetas são possíveis devido a esses tipos de antenas.
Olá, meu nome é Sudipta Roy. Eu fiz B. Tecnologia em Eletrônica. Sou um entusiasta da eletrônica e atualmente me dedico à área de Eletrônica e Comunicações. Tenho grande interesse em explorar tecnologias modernas, como IA e aprendizado de máquina. Meus escritos são dedicados a fornecer dados precisos e atualizados a todos os alunos. Ajudar alguém a adquirir conhecimento me dá imenso prazer.
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