Helikal Anten nədir?
Spiral antenna, həmçinin spiral antenna kimi də tanınır, keçirici məftili və ya borunu üçölçülü spirala dolamaqla əmələ gələn tel antennadır. Spiralın bir ucu normal olaraq qidalandırıcı xəttin mərkəzi keçiricisinə, xarici keçirici isə metal torpaqlama müstəvisinə və ya reflektora qoşulur.
Onun fərqli həndəsəsi, antenanın spiral ölçüləri ilə işləmə dalğa uzunluğu arasındakı əlaqədən asılı olaraq müxtəlif radiasiya rejimlərində işləməsinə imkan verir.
Bu rejimlər arasında,oxlu rejimistiqamətli şüalanma, nisbətən geniş bant genişliyi və dairəvi polyarizasiya təmin edə bildiyi üçün xüsusilə RF və mikrodalğalı mühəndislikdə vacibdir. Bu xüsusiyyətlər spiral antenaları peyk rabitələrində, telemetriyada, izləmədə, kosmik rabitədə, radio astronomiyasında və anten istiqamətinin dəyişə biləcəyi digər tətbiqlərdə faydalı edir.
Spiral antenanın işləmə tezliyi tək sabit diapazonla məhdudlaşmır. Bunun əvəzinə, o, əsasən dalğa uzunluğuna nisbətən fiziki ölçüləri ilə müəyyən edilir. Buna görə də, spiral strukturlar VHF və UHF sistemləri, eləcə də daha yüksək tezlikli RF və mikrodalğalı tətbiqlər üçün dizayn edilə bilər.
Şəkil 1. İstiqamətli rabitə sistemində istifadə olunan spiral antenaların nümunəsi.
Helikal Antenanın Əsas Quruluşu
Tipik bir spiral anten dörd əsas hissədən ibarətdir:
- Helikal keçirici
- Torpaq müstəvisi və ya reflektor
- RF qidalanma nöqtəsi
- Mexaniki dəstək strukturu
Sarmal adətən mis məftildən, borudan və ya digər keçirici materialdan hazırlanır. Bir ucu koaksial ötürmə xəttinin mərkəzi keçiricisinə, koaksial xarici keçirici isə elektriklə torpaqlama müstəvisinə qoşulub.
Torpaq müstəvisi radiasiya istiqamətini idarə etməyə kömək edir və anten qidalanma strukturunun bir hissəsi kimi çıxış edir. Praktik dizaynlarda onun ölçüləri impedansa, öndən arxaya performansa və nəticədə yaranan radiasiya modelinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər.
Antenin elektrik davranışını bir neçə həndəsi parametr müəyyən edir:
- D — Helix diametri
- C — Bir növbənin dairəsi
- S — Bitişik dönüşlər arasındakı məsafə
- N — Növbələrin sayı
- α — Meydança bucağı
- L — Ümumi ox uzunluğu
Çevrənin uzunluğu belədir:
[C=\pi D]
Meydan bucağı aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:
[\alpha=\tan^{-1}\left(\frac{S}{\pi D}\right)]
Bu parametrlər müstəqil şəkildə nəzərdən keçirilə bilməz, çünki bir ölçünün dəyişdirilməsi antenin impedansını, polyarizasiyasını, şüa enini, qazancını və işləmə tezliyini dəyişdirir.
Şəkil 2. Sarmal keçirici və yer müstəvisi reflektorlu tipik spiral antenna quruluşu.
İki əsas radiasiya rejimi
Spiral antenanın ən maraqlı xüsusiyyətlərindən biri də eyni əsas strukturun elektrik ölçüsündən asılı olaraq çox fərqli radiasiya nümunələri yarada bilməsidir.
Tez-tez müzakirə olunan iki iş rejimi bunlardır:
- Normal rejim
- Eksenel rejim
Spiral anten seçərkən və ya dizayn edərkən bu iki rejim arasındakı fərqi anlamaq vacibdir.
Normal Rejimli Helixal Anten
In normal rejim, spiralın ümumi diametri və məsafəsi dalğa uzunluğu ilə müqayisədə elektrik baxımından kiçikdir.
Şüalanma əsasən spiral oxu boyunca deyil, ona təxminən perpendikulyar istiqamətdə yönəlir. Elektromaqnit davranışı qısa elektrik dipolu və kiçik bir döngə tərəfindən yaradılan sahələrin kombinasiyası kimi başa düşülə bilər.
Sarmal həndəsəsindən, meydança bucağından, qidalanma düzülüşündən və müşahidə istiqamətindən asılı olaraq, yaranan polyarizasiya xətti, elliptik və ya dairəvi formaya yaxın müəyyən dizaynlarda ola bilər.
Normal rejimli spirallar adətən kompakt olur, lakin onların elektrik baxımından kiçik ölçüləri nisbətən aşağı radiasiya müqavimətinə səbəb olur. Bu, ox rejimli dizayna nisbətən daha aşağı radiasiya səmərəliliyinə və daha dar bant genişliyinə səbəb ola bilər.
Buna görə də, onlar anten ölçüsü əsas məhdudiyyət olduqda və çox yüksək qazanc tələb olunmadıqda faydalıdırlar.
Şəkil 3. Normal rejimli spiral antenanın illüstrativ şüalanma nümunəsi.
Eksenel Rejimli Helikal Anten
Theoxlu rejimBəzən atəşin son rejimi adlanan , ən çox yüksək performanslı spiral antenalarla əlaqəli konfiqurasiyadır.
Bu rejimdə elektromaqnit enerjisi əsasən spiralın oxu boyunca şüalanır və istiqamətli şüa əmələ gətirir.
Tipik bir eksenel rejim dizaynı təxminən bir dalğa uzunluğuna bərabər olan bir spiral dairəsindən istifadə edir:
[C \approx \lambda]
Dönüş məsafəsi çox vaxt təxminən belədir:
[S \approx 0.2\lambda \text{ to } 0.3\lambda]
təxminən dörddə biri dalğa uzunluğunun ortaq başlanğıc nöqtəsi olması ilə.
Bir çox ənənəvi ox rejimli dizaynlar üçün tez-tez 12°–14° ətrafındakı bucaqlar istifadə olunur.
Müvafiq həndəsi şərtlər altında, ardıcıl dönüşlər nəticəsində yaranan sahələr spiral oxu boyunca konstruktiv şəkildə birləşir. Bu, dairəvi və ya dairəvi polyarizasiya ilə birlikdə istiqamətli şüa yaradır.
Dönmələrin sayı da antenin işinə təsir göstərir. Dönmələrin sayının artırılması ümumiyyətlə istiqaməti və qazancı artıra bilər, eyni zamanda əsas şüanı daraldır, baxmayaraq ki, praktik dizaynlar mexaniki uzunluğu, keçirici itkisini, impedans uyğunluğunu və quraşdırma məhdudiyyətlərini də nəzərə almalıdır.
Şəkil 4. İstiqamətli əsas şüa ilə illüstrativ ox rejimli spiral antenna şüalanma nümunəsi.
Sağ və Sol Əl Dairəvi Polyarizasiya
Eksenel rejimli spiral antenanın əsas üstünlüklərindən biri onun dairəvi qütbləşmə yaratmaq üçün təbii qabiliyyətidir.
Sarma istiqamətindən və şüalanma istiqamətindən asılı olaraq, bir spiral aşağıdakılardan birini istehsal etmək üçün dizayn edilə bilər:
- RHCP — Sağ Əl Dairəvi Polyarizasiya
- LHCP — Sol Əl Dairəvi Polyarizasiya
Dairəvi polyarizasiya, ötürücü və qəbuledici antenalar arasındakı nisbi istiqamət sabit qala bilmədikdə xüsusilə faydalıdır.
Məsələn, peyklər, kosmik gəmilər, hava platformaları, fırlanan sistemlər və mobil rabitə avadanlığı istiqamətini davamlı olaraq dəyişə bilər. Dairəvi polyarlaşdırılmış anten rabitə əlaqəsinin bu bucaq dəyişikliyinə həssaslığını azalda bilər.
Polyarizasiya uyğunluğu hələ də vacibdir. RHCP antenası ideal olaraq RHCP antenası ilə əlaqə qurur, LHCP antenası isə normal olaraq LHCP antenası ilə qoşalaşdırılmalıdır. Əks dairəvi polyarizasiyalar əhəmiyyətli dərəcədə polyarizasiya itkisinə səbəb ola bilər.
Mühəndislik qiymətləndirməsi üçün,ox nisbətidairəvi polyarizasiya keyfiyyətini təsvir etmək üçün adətən istifadə olunur. İdeal dairəvi polyarizasiya olunmuş dalğanın ox nisbəti 0 dB-dir, praktik dairəvi polyarizasiya olunmuş antenalar isə tez-tez istənilən tezlik və bucaq diapazonunda müəyyən edilmiş ox nisbəti tələbinə qarşı qiymətləndirilir.
Helikal Anten Performansına Təsir Edən Faktorlar
Spiral antenanın davranışı onun həndəsəsi ilə sıx bağlıdır.
Əhəmiyyətli dizayn parametrlərinə aşağıdakılar daxildir:
Helix dövrəsi
Çevrənin uzunluğu və dalğa uzunluğu arasındakı əlaqə, antenanın normal və ya ox rejimində işləməsini müəyyən etməkdə əsas rol oynayır.
Dönüş Aralığı
Aralıq bitişik döngələrdəki cərəyanlar arasındakı faz əlaqəsinə təsir göstərir və buna görə də şüanın istiqamətinə, impedansına və polyarizasiyasına təsir göstərir.
Meydança bucağı
Meyil bucağı, spiralın öz oxu boyunca nə qədər sürətlə irəlilədiyini təsvir edir. Bu, sabit ox rejimində davranışı qorumaq üçün vacib bir parametrdir.
Növbələrin sayı
Daha çox dönüş ümumiyyətlə elektrik aperturasını artırır və daha yüksək istiqamət təmin edə bilər, lakin onlar həmçinin anten uzunluğunu və mexaniki mürəkkəbliyi artırır.
Yerüstü Təyyarə
Reflektorun ölçüsü və forması irəli şüalanma modelinə, impedansa və geri şüalanmaya təsir göstərir.
Qidalanma və İmpedans Uyğunluğu
Düzgün spiral ölçüləri ilə belə, zəif impedans uyğunluğu əks olunan gücü artıra və antenin real performansını azalda bilər. Buna görə də, praktik dizaynlar radiasiya xüsusiyyətləri ilə birlikdə geri dönüş itkisini və ya VSWR-ni qiymətləndirməlidir.
Radiasiya Nümunəsi və Qazanc
Ox rejimində, spiral anten təxminən spiral oxu boyunca mərkəzləşdirilmiş əsas şüa yaradır.
Elektrik uzunluğu və döngələrin sayı artdıqca, əsas şüa ümumiyyətlə daralır və anten istiqaməti artır. Yan paylar da, xüsusən də daha uzun və ya optimallaşdırılmamış strukturlarda görünə bilər.
Buna görə də, anten yalnız gücləndirmə ilə qiymətləndirilməməlidir. Mühəndislər adətən bir neçə xüsusiyyəti birlikdə nəzərə alırlar:
- Qazanc
- Əldə edilmiş qazanc
- Yarım güc şüa eni
- Eksenel nisbət
- VSWR və ya geri dönüş itkisi
- Öndən arxaya nisbət
- Yan lob səviyyəsi
- Polyarizasiya təmizliyi
- Radiasiya səmərəliliyi
Parametrlərin bu kombinasiyası, tək bir qazanc dəyərindən daha çox anten performansının daha tam mənzərəsini təmin edir.
Helikal Antenlərin Üstünlükləri
Helikal antenalar bir sıra faydalı mühəndislik üstünlükləri təklif edir:
- Nisbətən sadə mexaniki konstruksiya
- Eksenel rejimdə təbii dairəvi polyarizasiya qabiliyyəti
- Faydalı əməliyyat bant genişliyi
- Yaxşı istiqamətli performans
- Müxtəlif tezlik diapazonları üçün ölçeklenebilir həndəsə
- Çevik RHCP və ya LHCP tətbiqi
- Fərdi antenalar və ya anten massivləri üçün uyğundur
Dizayn məhdudiyyətləri
Həmçinin nəzərə alınmalı bir neçə amil var:
- Eksenel rejimli dizaynlar əhəmiyyətli fiziki uzunluq tələb edə bilər
- Daha yüksək qazanc adətən daha çox növbə və buna görə də daha uzun anten tələb edir
- Performans həndəsi dəqiqlikdən çox asılıdır
- Yer səthinin ölçüləri radiasiya xüsusiyyətlərinə təsir göstərir
- Yem uyğunluğu düzgün şəkildə hazırlanmalıdır
- Daha yüksək dönüş saylarında mexaniki dəstək daha vacib olur
- Əks dairəvi polyarizasiya hissləri yüksək polyarizasiya uyğunsuzluğu itkisinə səbəb ola bilər
Tipik Tətbiqlər
Helikal antenalar aşağıdakılar da daxil olmaqla geniş çeşiddə RF sistemlərində tapıla bilər:
- Peyk rabitəsi
- Kosmik gəmilərin telemetriyası və izlənilməsi
- Yerüstü stansiya rabitəsi
- Radio astronomiyası
- Hava və aerokosmik rabitə sistemləri
- RF telemetriyası
- İstiqamətli VHF və UHF əlaqələri
- Uzaqdan zondlama
- Anten ölçülməsi və tədqiqatı
- Dairəvi polyarizasiya təcrübələri
- Rabitə sisteminin sınağı
RF mühəndisliyində niyə spiral antenalar vacibdir
Spiral antenna, anten həndəsəsinin elektromaqnit davranışını necə idarə etdiyinə dair əla bir nümunədir.
Mühəndislər dairə, məsafə, addım bucağı və dönüş sayı kimi parametrləri dəyişdirərək kompakt geniş radiatordan istiqamətli dairəvi polyarlaşdırılmış antenaya keçə bilərlər.
Fiziki həndəsə və elektrik performansı arasındakı bu əlaqə, dairəvi polyarlaşdırılmış buynuzlu antenaları, antena massivləri, peyk antenaları, genişzolaqlı ölçmə antenaları və mikrodalğalı rabitə sistemləri kimi daha inkişaf etmiş antena texnologiyalarını öyrənərkən də vacibdir.
RF MISO, RF testi, rabitə, radar, antenna ölçmə və sistem inteqrasiyası tətbiqləri üçün antenalar və mikrodalğalı komponentlər hazırlayır. Spiral antenna kimi fundamental anten strukturlarını anlamaq mühəndislərə tezlik diapazonu, qazanc, polyarizasiya, ox nisbəti, şüa eni, VSWR və radiasiya modeli daxil olmaqla vacib parametrləri daha yaxşı qiymətləndirməyə kömək edir.
Antenlər haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün zəhmət olmasa, ziyarət edin:
Yazı vaxtı: 07 Avqust 2026
