Quid est antenna helicalis?
Antenna helicalis, etiam antenna helicalis appellata, est antenna filaria formata ex filo vel tubo conductivo in helicem tridimensionalem convoluto. Unum extremum helicis plerumque cum conductore medio lineae alimentationis connectitur, dum conductor exterior cum plano terrae metallico vel reflectore connectitur.
Geometria eius peculiaris permittit antennam in variis modis radiationis operari, pro relatione inter dimensiones helicis et longitudinem undae operantis.
Inter hos modos,modus axialisPraecipue magni momenti est in arte radiophonica et micro-undarum, quia radiationem directionalem, latitudinem frequentiae relative latam, et polarizationem circularem praebere potest. Hae proprietates antennas helicales utiles reddunt in nexibus satellitum, telemetria, vestigatione, communicatione spatiali, radioastronomia, et aliis applicationibus ubi orientatio antennae mutari potest.
Frequentia operationis antennae helicalis non ad unam zonam fixam limitatur. Immo, imprimis a dimensionibus physicis eius respectu longitudinis undae determinatur. Structurae helicales ergo pro systematibus VHF et UHF necnon applicationibus RF et microundarum frequentiae altioris designari possunt.
Figura 1. Exemplum antennarum helicalium in systemate communicationis directionalis adhibitarum.
Structura Fundamentalis Antennae Helicalis
Typica antenna helicalis quattuor partibus principalibus constat:
- Conductor helicalis
- Planum terrestre vel reflector
- Punctum alimentationis RF
- Structura sustentationis mechanicae
Helix vulgo ex filo cupreo, tubo, vel alia materia conductiva fabricatur. Unum extremum cum conductore medio lineae transmissionis coaxialis connectitur, dum conductor exterior coaxialis electrice cum plano terrae connectitur.
Planum terrestre directionem radiationis moderari iuvat et pars structurae antennae alendae fungitur. In consiliis practicis, dimensiones eius impedantiam, functionem a fronte ad tergum, et figuram radiationis resultantem magnopere afficere possunt.
Plures parametri geometrici modum electricum antennae determinant:
- D — Diameter helicis
- C — Circumferentia unius gyri
- S — Spatium inter vices vicinas
- N — Numerus circuituum
- α — Angulus inclinationis
- L — Longitudo axialis totalis
Circumferentia est:
[C = π D]
Angulus inclinationis exprimi potest ut:
[alpha = tan^{-1}\left(\frac{S}{\pi D}\right)]
Hi parametri separatim considerari non possunt, quia mutatio unius dimensionis impedantiam, polarizationem, latitudinem fasciculi, amplificationem, et frequentiam operationis antennae mutat.
Figura 2. Structura antennae helicalis typica cum conductore helicali et reflectore plani terrae.
Duo Modi Radiationis Principales
Una ex proprietatibus antennae helicalis maxime interessante est quod eadem structura fundamentalis formas radiationis valde diversas producere potest, pro magnitudine electrica.
Duo modi operandi vulgo disputati sunt:
- Modus normalis
- Modus axialis
Differentia inter hos duos modos intellegere essentiale est cum antennam helicalem eligis vel designas.
Antenna Helicalis Modi Normalis
In modus normalis, diameter totus et spatium inter se helicis electrice parvi sunt comparati cum longitudine undae.
Radiatio praecipue perpendiculariter ad axem helicis dirigitur, non secundum eum. Modus electromagneticus intelligi potest ut combinatio camporum a dipolo electrico brevi et ansa parva productorum.
Pro geometria helicis, angulo inclinationis, dispositione alimentationis, et directione observationis, polarizatio resultans potest esse linearis, elliptica, vel in quibusdam designis prope circularis.
Helices modi normalis plerumque compactae sunt, sed dimensiones earum electrice parvae resistentiam radiationis relative humilem efficiunt. Hoc ad efficientiam radiationis inferiorem et latitudinem frequentiae angustiorem quam consilium modi axialis ducere potest.
Quapropter utilia sunt cum magnitudo antennae magnum impedimentum est et lucrum altum non requiritur.
Figura 3. Exemplar radiationis antennae helicalis modi normalis.
Antenna Helicalis Modi Axialis
Themodus axialis, interdum modus "end-fire" appellatus, est configuratio quae vulgissime cum antennis helicalibus altae efficaciae coniungitur.
In hoc modo, energia electromagnetica praecipue secundum axem helicis radiatur, fasciculum directionalem formans.
Designatio typica modi axialis utitur circumferentia helicis fere comparabilis uni longitudinis undae:
[C circiter λ]
Spatium conversionum saepe est circa:
[S circiter 0.2\lambda ad 0.3\lambda]
cum circiter quarta parte longitudinis undae initium commune sit.
In multis designis modi axialis conventionalibus, anguli inclinationis circa 12°–14° saepe adhibentur.
Sub condicionibus geometricis aptis, campi a gyris successivis generati secundum axem helicis constructive coniunguntur. Hoc fasciculum directionalem una cum polarizatione circulari vel fere circulari producit.
Numerus spirarum etiam perfunctionem antennae afficit. Numerus spirarum auctus directivitatem et amplificationem plerumque augere potest dum fasciculum principalem angustat, quamquam consilia practica etiam longitudinem mechanicam, iacturam conductoris, adaptationem impedantiae, et restrictiones institutionis considerare debent.
Figura 4. Exemplar radiationis antennae helicalis modi axialis cum radio principali directionali.
Polarizatio Circularis Dextra et Sinistra
Unum ex praecipuis commodis antennae helicalis modi axialis est eius facultas naturalis polarizationem circularem generandi.
Pro directione convolutionis et directione radiationis, helice designari potest ut producat utrumque:
- RHCP — Polarizatio Circularis Dexterae Manus
- LHCP — Polarizatio Circularis Sinistrae
Polarisatio circularis utilis est praesertim cum orientatio relativa inter antennas transmittentem et recipientem fixa manere non potest.
Exempli gratia, satellites, naves spatiales, suggesta aerea, systemata rotantia, et apparatus communicationis mobilis orientationem continuo mutare possunt. Antenna circulariter polarizata sensibilitatem nexus communicationis ad hanc variationem angularem reducere potest.
Adaptatio polarizationis adhuc magni momenti est. Antenna RHCP idealiter cum antenna RHCP communicat, dum antenna LHCP normaliter cum antenna LHCP coniungi debet. Polarizationes circulares oppositae damnum polarizationis significans efficere possunt.
Ad aestimationem ingeniariam,proportio axialisvulgo adhibetur ad qualitatem polarizationis circularis describendam. Unda circulariter polarizata idealis rationem axialem 0 dB habet, dum antennae circulariter polarizatae practicae saepe contra requisitum rationis axialis specificatum per frequentiam et ambitum angularem desideratum aestimantur.
Factores qui Antennae Helicalis Perfunctionem Afficiunt
Modus antennae helicalis arcte cum geometria eius coniunctus est.
Inter parametros designandi magni momenti sunt:
Circumferentia Helicis
Relatio inter circumferentiam et longitudinem undae magnum momentum agit in determinando utrum antenna in modo normali an in modo axiali operetur.
Spatium Vertentium
Spatium relationem phasis inter currentes in spires adiacentes afficit et propterea directionem fasciculi, impedantiam, et polarizationem influit.
Angulus inclinationis
Angulus inclinationis describit quam celeriter helicem secundum axem suum progreditur. Est parametrus magni momenti ad stabilem modum axialem conservandum.
Numerus Circumversionum
Plures gyri plerumque aperturam electricam augent et maiorem directivitatem praebere possunt, sed etiam longitudinem antennae et complexitatem mechanicam augent.
Planum Terrae
Magnitudo et forma reflectoris exemplar radiationis anterioris, impedantiam, et radiationem retrorsum afficiunt.
Congruentia Pastus et Impedentiae
Etiam cum dimensionibus helicis rectis, adaptatio impedantiae deficiente potest potentiam reflexam augere et efficaciam antennae effectam minuere. Designationes practicae igitur debent iacturam reditus seu VSWR una cum proprietatibus radiationis aestimare.
Forma Radiationis et Lucrum
In modo axiali, antenna helicalis fasciculum principalem fere secundum axem helicis centratum producit.
Crescentibus longitudine electrica et numero spirarum, radius principalis plerumque angustior fit et directivitas antennae augetur. Lobi laterales quoque apparere possunt, praesertim in structuris longioribus vel non optimisatis.
Antenna igitur non solum amplificatione aestimanda est. Ingeniarii plerumque plures proprietates simul considerant:
- Lucrum
- Lucrum perceptum
- Latitudo fasciculi dimidiae potentiae
- Ratio axialis
- VSWR sive damnum reditus
- Proportio anterioris ad posteriorem
- Planities loborum lateralium
- Puritas polarizationis
- Efficacia radiationis
Haec parametrorum coniunctio imaginem multo pleniorem functionis antennae praebet quam singularis valor amplificationis.
Commoda Antennarum Helicalium
Antennae helicales plura commoda ingeniaria utilia offerunt:
- Constructio mechanica relative simplex
- Facultas naturalis polarizationis circularis in modo axiali
- Latitudo utilis operandi
- Bona perfunctio directionalis
- Geometria scalabilis pro variis intervallis frequentiarum
- Implementatio RHCP vel LHCP flexibilis
- Idoneum antennis singulis vel ordinibus antennarum
Limitationes Designandi
Sunt etiam plures factores considerandi:
- Designationes modi axialis longitudinem physicam significantem requirere possunt.
- Maior amplificatio plerumque plures vices et ergo antennam longiorem requirit.
- Perficientia magnopere a geometrica accuratione pendet
- Dimensiones plani soli proprietates radiationis afficiunt
- Congruentia pastorum recte designanda est.
- Sustentatio mechanica maioris momenti fit in maioribus numeris conversionum
- Sensus oppositi polarizationis circularis magnum damnum discrepantiae polarizationis producere possunt.
Applicationes Typicae
Antennae helicales in ampla varietate systematum RF inveniri possunt, inter quas:
- Communicatio satellitum
- Telemetria et vestigatio navium spatialium
- Communicatio stationis terrestris
- Radioastronomia
- Systema communicationis aereae et aerospatialis
- Telemetria radiofrequentiae
- Nexus directionales VHF et UHF
- Teledetectio
- Mensura et investigatio antennarum
- Experimenta polarizationis circularis
- Probatio systematis communicationis
Cur Antennae Helicales in Arte Radiophonica Magni Momenti Sunt
Antenna helicalis exemplum praeclarum est quomodo geometria antennae mores electromagneticos regit.
Mutando parametros ut circumferentiam, spatium, angulum inclinationis, et numerum circulorum, ingeniarii a radiatore lato compacto ad antennam directionalem circulariter polarizatam transire possunt.
Haec necessitudo inter geometriam physicam et functionem electricam etiam magni momenti est cum technologiae antennarum provectiores, ut antennae cornua circulariter polarizatae, series antennarum, antennae satellitum, antennae mensurae latae bandae, et systemata communicationis micro-undarum, investigantur.
RF MISO antennas et partes micro-undarum ad probationes RF, communicationem, radar, mensuram antennarum, et applicationes integrationis systematum fabricat. Intellectus structurarum antennarum fundamentalium, ut antennae helicalis, adiuvat ingeniarios melius aestimare parametra magni momenti, inter quae sunt amplitudo frequentiae, amplificatio, polarizatio, proportio axialis, latitudo fasciculi, VSWR, et forma radiationis.
Ut plura de antennis discas, quaeso visita:
Tempus publicationis: VII Augusti, MMXXVI
