Crédito de la imagen de portada - Servicio representado: Fuerza Aérea
Operador de cámara: SSGT LOUIS COMEGER, Antena Hammer Ace SATCOM, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons
Puntos de discusión
- Introducción
- Análisis y configuraciones geométricas
- Modos operativos
- Modo normal
- Modo axial
- Diseño de antena helicoidal
- Aplicaciones de antenas helicoidales
Introducción a la antena helicoidal
Para definir una antena helicoidal, debemos conocer previamente la definición correcta de la antena. Según las definiciones estándar IEEE de antenas o radiadores,
“Una antena es un medio para transmitir y recibir ondas de radio”.
Hay varias adaptaciones de antenas. Algunos de ellos son: antenas dipolo, antenas de bocina, antenas log-periódicas, antenas de parche, antenas de banda ancha, etc.
"Antenas de haz helicoidal, 1951"(CC BY-NC-ND 2.0) por NASAJPL
Las antenas helicoidales o antenas helicoidales son una de las categorías de antenas de banda ancha. Es una de las antenas más sencillas, primarias y realistas con una estructura helicoidal, formada por conductores bobinados.
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Análisis y configuración geométricos
Las antenas helicoidales o antenas helicoidales generalmente vienen con un plano de tierra que tiene la capacidad de aceptar formas distintas. Para establecer una conexión helicoidal típica con el plano de tierra, el diámetro del plano de tierra debe ser como mínimo de 3 * λ / 4. Aunque, el avión puede transfundirse en un cráter de forma cilíndrica. En el punto de alimentación, las líneas de transmisión se encuentran con la antena.
La descripción geométrica de una antena helicoidal generalmente consta de N número de vueltas, el diámetro D y la distancia entre dos bucles helicoidales S.
La longitud total viene dada por -> L = N S.
La longitud total del cable conductor viene dada por -> Ln = NL0 (¡Lleva la corriente principalmente, obviamente!)
O, Ln = norte √ (C2 + S2); l0 = √ (C2 + S2)
L0 representa la dimensión del cable entre dos bucles helicoidales. De hecho, da la longitud.
C representa la circunferencia completa de un bucle en espiral, y está dada por -> πD.
Existe otro parámetro de antena en espiral o helicoidal, que también es muy importante. Está representado por el alfabeto griego alfa (α) y se denomina "ángulo de inclinación". Este ángulo es generalmente la medida del ángulo de la línea: normal al cable de la hélice y un terreno empinado al eje de la hélice. La expresión matemática se da a continuación.
α = bronceado-1 (CAROLINA DEL SUR)
o, α = tan-1 (S / π D)
Observando cuidadosamente la ecuación, se puede concluir que cuando el ángulo tiende a 0 grados, se pisotea el devanado; como resultado, la antena helicoidal se reduce y se vuelve similar a una antena de cuadro simple. Nuevamente, cuando el ángulo se vuelve de 90 grados, la antena se convierte en un cable lineal. Cuando el ángulo es menor de 90 grados y mayor de 0 grados, entonces una hélice práctica tiene un valor finito de circunferencia.
Los parámetros arquitectónicos pueden cambiar las propiedades de radiación de las antenas helicoidales. El control de los parámetros geométricos variará las propiedades de radiación asociadas con la longitud de onda. La impedancia de entrada tiene relación con el ángulo de paso y el tamaño del cable conductor, ya que un cambio en los valores del ángulo de paso, y el tamaño del cable cambiará los valores de impedancia de entrada.
Las antenas helicoidales suelen mostrar polarización elíptica, aunque pueden diseñarse para mostrar polarización circular y lineal.
Modos operativos
Las antenas helicoidales tienen la capacidad de funcionar en muchos tipos de modos operativos. Hay dos modos operativos importantes y esenciales que analizaremos en detalle en la última parte de este artículo. Los dos modos son:
Las figuras tridimensionales de ambos tipos de modos de funcionamiento se dan a continuación.
Como podemos ver en la figura estándar, tiene un máximo en un plano imaginario que es normal al eje, y su nulo está a lo largo del eje. El patrón de potencia tiene una gran similitud con la forma del bucle circular.
Ahora, el máximo está a lo largo de la hélice para el modo de disparo final, y el patrón de potencia es similar al conjunto de disparo final. Es por eso que el modo se denomina 'Modo End Fire'.
El modo de operación axial tiene más preferencia sobre el modo de operación estándar porque es más realista o práctico, tiene una mejor eficiencia y puede mostrar una polarización circular con un ancho de banda más amplio. Una antena polarizada elípticamente puede describirse como la suma de los dos mecanismos forrados extraños en cuadratura fase-tiempo.
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Modo normal de antenas helicoidales
Como se discutió anteriormente, el modo helicoidal de la antena tiene su máxima radiación dirigida a un plano normal al eje de la hélice, y la radiación nula está a lo largo de su eje. El modo normal de funcionamiento de la antena helicoidal o el modo de banda ancha se puede lograr comparando la longitud de onda, es decir, NL0 << λ0.
La arquitectura de la hélice se reduce a un bucle de un diámetro D cuando el ángulo de paso llega a 0 para un cable alineado con una longitud de S mientras se acerca a los 90 grados. Nos, como la geometría de la hélice, se convirtió en un bucle y un dipolo, la radiación de campo lejano en este modo de operación se puede representar respectivamente por Eϕ y Eϴ componentes del dipolo y el bucle en espiral.
La hélice se puede describir como N número de pequeños bucles y el mismo número de pequeños dipolos. Están vinculados entre sí en serie. Las arenas se calculan utilizando la superposición de los otros campos de las partes rudimentarias. Los ejes del bucle y los ejes del dipolo coinciden con el eje de la hélice.
Como este modelo tiene pequeñas dimensiones, se supone que la corriente es constante. Su funcionamiento puede definirse por la suma de los campos irradiados por bucles más pequeños, que tienen un diámetro de D y un dipolo corto que tiene una longitud de S.
El campo eléctrico de campo lejano se da como:
Eϴ = j * η * k * yo0 *S*e-jkr Senoϴ / 4πr
el Eϕ parte viene dada por -
Eϕ = η * k2 * (D / 2)2 * YO0 * e-jkr Sinϴ / 4r
La relación de Eϴ y Eϕ da la relación axial. La expresión matemática se da a continuación.
AR = | miϴ | / | miϕ |
O, AR = 4S / πkD2
O, AR = 2λS / (πD)2
El ángulo de inclinación se da como - α = bronceado-1 (π D / 2λ0)
Modo de funcionamiento axial para antena helicoidal
El modo de operación axial tiene más preferencia sobre el modo de operación estándar porque es más realista o práctico, tiene una mejor eficiencia y puede mostrar una polarización circular con un ancho de banda más amplio.
Este modo se logra configurando S y D grandes. Existen algunos requisitos para lograr la polarización circular. El rango de la circunferencia de la hélice debe estar en el rango que se indica a continuación.
4/3> λ0/ C> ¾
El ángulo de inclinación también tiene un rango limitado. El rango del ángulo de inclinación se da a continuación.
12o ≤ α ≤ 14o
El rango de impedancia del terminal para este modo de operación está entre cien ohmios y doscientos ohmios.
La siguiente operación matemática calcula la ganancia. Para la siguiente ecuación, S da la distancia entre dos vueltas y N representa el número total de vueltas en una antena helicoidal.
G = 15 (C/λ) 2 * (NS/λ)
El ancho de banda de media potencia de la antena helicoidal para este modo de funcionamiento viene dado por la siguiente expresión matemática.
HPBW = 52 / [(C / λ) * √ {(NS / λ)}]
El ancho de banda nulo completo de la antena helicoidal para este modo de funcionamiento viene dado por la siguiente expresión matemática.
FNBW = 115 λ3/2 / C * √ (NS)
¡Vea el patrón de radiación de la antena Yagi Uda!
Diseño de antena helicoidal
- La impedancia de entrada se representa como 'R'. La ecuación matemática para 'R' es - R = 140 (C / λ0).
- El ancho de banda de media potencia de la antena helicoidal para este modo de funcionamiento viene dado por la siguiente expresión matemática. Tiene una precisión de alrededor de más menos veinte por ciento. Es una medida de ángulo y tiene una unidad en grados.
HPBW = 52 λ3/2 / C * √ (NS)
- El ancho de banda nulo completo de la antena helicoidal para este modo de funcionamiento viene dado por la siguiente expresión matemática. Representa la medida del ancho del haz entre los nulos. También tiene unidad en grados.
FNBW = 115 λ3/2 / C * √ (NS)
- D0 representa la directividad de la antena. La ecuación matemática es -
D0 = 15*N*C2S/λ03
- El siguiente término matemático da la relación axial o AR.
AR = 2N + 1 / 2N
- Las siguientes expresiones dan el patrón de campo lejano generalizado.
E = sin (π / 2N) cosϴ sin [(N / 2) * Ψ] / sin (Ψ / 2)
Ψ viene dado por otra ecuación matemática, y que además se da como Ψ = k0[S * cos ϴ - (L0/pags)]
El valor de 'p' para la matriz de fuego final general es
pag = (L0/ λ0) * (S / λ0 + 1)
El valor de 'p' para la radiación de fuego final de Hansen-woodyard es
pag = (L0/ λ0) * [S / λ0 + {(2N + 1) / 2N)}]
Aplicaciones de antena helicoidal
La antena helicoidal tiene varias aplicaciones en las tecnologías de comunicación modernas. Tiene algunas aplicaciones únicas debido a su diseño y patrones de radiación. Algunas de las aplicaciones de antena en espiral se enumeran a continuación.
Una antena helicoidal de seguimiento por satélite,
Credito de imagen - rey bastardo, Adquisición de traqueur, CC BY-SA 3.0
- Las antenas helicoidales son eficientes para irradiar señales de rango de muy alta frecuencia.
- Las antenas helicoidales se utilizan a menudo para comunicaciones espaciales y comunicaciones por satélite.
- Las comunicaciones entre dos planetas son posibles gracias a este tipo de antenas.
Hola, soy Sudipta Roy. He realizado B. Tech en Electrónica. Soy un entusiasta de la electrónica y actualmente me dedico al campo de la Electrónica y las Comunicaciones. Tengo un gran interés en explorar tecnologías modernas como la IA y el aprendizaje automático. Mis escritos están dedicados a proporcionar datos precisos y actualizados a todos los estudiantes. Ayudar a alguien a adquirir conocimientos me produce un inmenso placer.
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