Spiral antenna nima?
Spiral antenna, shuningdek, spiral antenna sifatida ham tanilgan, o'tkazuvchan sim yoki naychani uch o'lchovli spiralga o'rash orqali hosil qilingan simli antennadir. Spiralning bir uchi odatda oziqlantirish liniyasining markaziy o'tkazgichiga, tashqi o'tkazgich esa metall yerga ulash tekisligiga yoki reflektorga ulangan.
Uning o'ziga xos geometriyasi antennaga spiral o'lchamlari va ishchi to'lqin uzunligi o'rtasidagi bog'liqlikka qarab turli xil nurlanish rejimlarida ishlash imkonini beradi.
Bu rejimlar orasida,eksenel rejimayniqsa, RF va mikroto'lqinli muhandislikda muhimdir, chunki u yo'naltirilgan nurlanish, nisbatan keng o'tkazish qobiliyati va dumaloq qutblanishni ta'minlay oladi. Bu xususiyatlar spiral antennalarni sun'iy yo'ldosh aloqalari, telemetriya, kuzatuv, kosmik aloqa, radio astronomiya va antenna yo'nalishi o'zgarishi mumkin bo'lgan boshqa ilovalarda foydali qiladi.
Spiral antennaning ish chastotasi bitta sobit diapazon bilan cheklanmaydi. Buning o'rniga, u asosan uning to'lqin uzunligiga nisbatan fizik o'lchamlari bilan belgilanadi. Shuning uchun spiral tuzilmalar VHF va UHF tizimlari, shuningdek, yuqori chastotali RF va mikroto'lqinli dasturlar uchun mo'ljallangan bo'lishi mumkin.
1-rasm. Yo'nalishli aloqa tizimida ishlatiladigan spiral antennalarga misol.
Spiral antennaning asosiy tuzilishi
Odatda spiral antenna to'rtta asosiy qismdan iborat:
- Spiral o'tkazgich
- Yer tekisligi yoki reflektor
- RF uzatish nuqtasi
- Mexanik qo'llab-quvvatlash tuzilishi
Spiral odatda mis sim, naycha yoki boshqa o'tkazuvchan materialdan tayyorlanadi. Bir uchi koaksial uzatish liniyasining markaziy o'tkazgichiga ulangan, koaksial tashqi o'tkazgich esa yer tekisligiga elektr bilan ulangan.
Yer tekisligi nurlanish yo'nalishini boshqarishga yordam beradi va antennani oziqlantirish tuzilishining bir qismi sifatida ishlaydi. Amaliy dizaynlarda uning o'lchamlari impedansga, olddan orqaga ishlashga va natijada paydo bo'ladigan nurlanish naqshiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin.
Antennaning elektr xususiyatlarini bir nechta geometrik parametrlar aniqlaydi:
- D — spiral diametri
- C — Bir burilishning aylanasi
- S — Qo'shni burilishlar orasidagi masofa
- N — Burilishlar soni
- α — Nishab burchagi
- L — Umumiy eksenel uzunlik
Aylananing uzunligi:
[C=\pi D]
Nishab burchagi quyidagicha ifodalanishi mumkin:
[\alpha=\tan^{-1}\left(\frac{S}{\pi D}\right)]
Bu parametrlarni mustaqil ravishda ko'rib chiqish mumkin emas, chunki bitta o'lchamni o'zgartirish antennaning impedansini, qutblanishini, nur kengligini, kuchaytirishni va ish chastotasini o'zgartiradi.
2-rasm. Spiral o'tkazgich va yer tekisligi reflektoriga ega odatiy spiral antenna tuzilishi.
Ikkita asosiy nurlanish rejimi
Spiral antennaning eng qiziqarli xususiyatlaridan biri shundaki, bir xil asosiy struktura uning elektr o'lchamiga qarab juda turli xil nurlanish naqshlarini hosil qilishi mumkin.
Tez-tez muhokama qilinadigan ikkita ish rejimi:
- Oddiy rejim
- Eksenel rejim
Spiral antennani tanlash yoki loyihalashda ushbu ikki rejim o'rtasidagi farqni tushunish juda muhimdir.
Oddiy rejimdagi spiral antenna
In normal rejim, spiralning umumiy diametri va oralig'i to'lqin uzunligiga nisbatan elektr jihatidan kichik.
Nurlanish asosan spiral o'qi bo'ylab emas, balki unga taxminan perpendikulyar yo'naltirilgan. Elektromagnit xatti-harakatni qisqa elektr dipol va kichik halqa tomonidan hosil qilingan maydonlarning kombinatsiyasi sifatida tushunish mumkin.
Spiral geometriyasiga, burchak burchagiga, uzatish tartibiga va kuzatuv yo'nalishiga qarab, natijada paydo bo'ladigan qutblanish chiziqli, elliptik yoki aylanaga yaqin ba'zi dizaynlarda bo'lishi mumkin.
Oddiy rejimdagi spirallar odatda ixcham, ammo ularning elektr jihatdan kichik o'lchamlari nisbatan past nurlanish qarshiligiga olib keladi. Bu eksenel rejimdagi dizaynga qaraganda pastroq nurlanish samaradorligiga va torroq o'tkazish qobiliyatiga olib kelishi mumkin.
Shuning uchun ular antenna o'lchami asosiy cheklov bo'lganda va juda yuqori kuchaytirish talab qilinmaganda foydalidir.
3-rasm. Normal rejimdagi spiral antennaning illyustrativ nurlanish naqshlari.
Eksenel rejimdagi spiral antenna
Theeksenel rejim, ba'zan olovni o'chirish rejimi deb ataladi, yuqori samarali spiral antennalar bilan eng ko'p bog'liq bo'lgan konfiguratsiyadir.
Bu rejimda elektromagnit energiya asosan spiral o'qi bo'ylab nurlanadi va yo'nalishli nur hosil qiladi.
Odatdagi eksenel rejim dizayni taxminan bitta to'lqin uzunligiga teng keladigan spiral aylanadan foydalanadi:
[C \approx \lambda]
Burilish oralig'i ko'pincha quyidagicha bo'ladi:
[S \approx 0.2\lambda \text{ dan } 0.3\lambda gacha]
taxminan to'rtdan bir qismi to'lqin uzunligi umumiy boshlang'ich nuqtasi hisoblanadi.
Ko'pgina an'anaviy eksenel rejimdagi dizaynlar uchun 12°–14° atrofidagi burchaklar tez-tez ishlatiladi.
Tegishli geometrik sharoitlarda ketma-ket burilishlar natijasida hosil bo'lgan maydonlar spiral o'qi bo'ylab konstruktiv ravishda birlashadi. Bu esa, aylana yoki deyarli aylana shaklidagi qutblanish bilan birga yo'nalishli nur hosil qiladi.
Burilishlar soni antennaning ishlashiga ham ta'sir qiladi. Burilishlar sonini ko'paytirish odatda asosiy nurni toraytirib, yo'nalish va kuchaytirishni oshirishi mumkin, ammo amaliy dizaynlar mexanik uzunlik, o'tkazgichning yo'qolishi, impedans mosligi va o'rnatish cheklovlarini ham hisobga olishi kerak.
4-rasm. Yo'naltirilgan asosiy nurga ega bo'lgan aksial rejimdagi spiral antenna nurlanish naqshining illyustrativ ko'rinishi.
O'ng va chap qo'l aylana qutblanishi
Eksenel rejimdagi spiral antennaning asosiy afzalliklaridan biri uning dumaloq qutblanishni yaratishning tabiiy qobiliyatidir.
O'rash yo'nalishi va nurlanish yo'nalishiga qarab, spiral quyidagilardan birini ishlab chiqarish uchun mo'ljallangan bo'lishi mumkin:
- RHCP — O'ng qo'lli aylana qutblanishi
- LHCP — Chap qo'lli aylana qutblanishi
Aylanma qutblanish, ayniqsa, uzatuvchi va qabul qiluvchi antennalar orasidagi nisbiy yo'nalish o'zgarmas bo'lib qololmagan hollarda foydalidir.
Masalan, sun'iy yo'ldoshlar, kosmik kemalar, havo platformalari, aylanuvchi tizimlar va mobil aloqa uskunalari yo'nalishni doimiy ravishda o'zgartirishi mumkin. Dumaloq qutblangan antenna aloqa aloqasining bu burchak o'zgarishiga sezgirligini kamaytirishi mumkin.
Polarizatsiya mosligi hali ham muhimdir. RHCP antennasi ideal holda RHCP antennasi bilan aloqa qiladi, LHCP antennasi esa odatda LHCP antennasi bilan bog'lanishi kerak. Qarama-qarshi aylana shaklidagi polarizatsiyalar sezilarli darajada polarizatsiya yo'qotilishiga olib kelishi mumkin.
Muhandislik baholash uchun,eksenel nisbatdumaloq polyarizatsiya sifatini tavsiflash uchun odatda ishlatiladi. Ideal dumaloq polyarizatsiyalangan to'lqinning o'q nisbati 0 dB ga teng, amaliy dumaloq polyarizatsiyalangan antennalar esa ko'pincha kerakli chastota va burchak diapazonida belgilangan o'q nisbati talabiga nisbatan baholanadi.
Spiral antennaning ishlashiga ta'sir qiluvchi omillar
Spiral antennaning harakati uning geometriyasi bilan chambarchas bog'liq.
Muhim dizayn parametrlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Spiral aylanasi
Antennaning normal rejimda yoki eksenel rejimda ishlashini aniqlashda aylana va to'lqin uzunligi o'rtasidagi bog'liqlik katta rol o'ynaydi.
Burilish oralig'i
Oraliq qo'shni burilishlardagi toklarning fazaviy munosabatiga ta'sir qiladi va shuning uchun nur yo'nalishiga, impedansga va qutblanishga ta'sir qiladi.
Nishab burchagi
Qiyalik burchagi spiralning o'z o'qi bo'ylab qanchalik tez harakatlanishini tavsiflaydi. Bu barqaror eksenel rejimdagi harakatni saqlab qolish uchun muhim parametrdir.
Burilishlar soni
Ko'proq burilishlar odatda elektr diafragmasini oshiradi va yuqori yo'nalishni ta'minlaydi, ammo ular antenna uzunligi va mexanik murakkablikni ham oshiradi.
Yer tekisligi
Reflektorning o'lchami va shakli oldinga yo'naltirilgan nurlanish naqshiga, impedansga va orqaga yo'naltirilgan nurlanishga ta'sir qiladi.
Besleme va empedansni moslashtirish
To'g'ri spiral o'lchamlari bilan ham, impedansning yomon mos kelishi aks ettirilgan quvvatni oshirishi va antennaning real ishlashini pasaytirishi mumkin. Shuning uchun amaliy dizaynlar qaytish yo'qotilishini yoki VSWRni radiatsiya xususiyatlari bilan birgalikda baholashi kerak.
Radiatsiya naqshlari va daromad
Eksenel rejimda spiral antenna taxminan spiral o'qi bo'ylab markazlashtirilgan asosiy nurni hosil qiladi.
Elektr uzunligi va burilishlar soni oshgani sayin, asosiy nur odatda torayib boradi va antennaning yo'naltirilishi ortadi. Yon loblar ham paydo bo'lishi mumkin, ayniqsa uzunroq yoki optimallashtirilmagan tuzilmalarda.
Shuning uchun antennani faqat kuchaytirish koeffitsienti bilan baholamaslik kerak. Muhandislar odatda bir nechta xususiyatlarni birgalikda ko'rib chiqadilar:
- Daromad
- Amalga oshirilgan foyda
- Yarim quvvatli nur kengligi
- Eksenel nisbat
- VSWR yoki qaytish yo'qotishi
- Olddan orqaga nisbati
- Yon lob darajasi
- Polarizatsiya sofligi
- Radiatsiya samaradorligi
Parametrlarning bu kombinatsiyasi bitta kuchaytirish qiymatiga qaraganda antenna ishlashining ancha to'liqroq tasvirini beradi.
Spiral antennalarning afzalliklari
Spiral antennalar bir qator foydali muhandislik afzalliklarini taklif etadi:
- Nisbatan oddiy mexanik konstruktsiya
- Eksenel rejimda tabiiy dumaloq qutblanish qobiliyati
- Foydali operatsion o'tkazish qobiliyati
- Yaxshi yo'nalishli ishlash
- Turli chastota diapazonlari uchun masshtablanadigan geometriya
- Moslashuvchan RHCP yoki LHCP ni amalga oshirish
- Alohida antennalar yoki antenna massivlari uchun mos keladi
Dizayn cheklovlari
Shuningdek, e'tiborga olish kerak bo'lgan bir nechta omillar mavjud:
- Eksenel rejimdagi dizaynlar sezilarli jismoniy uzunlikni talab qilishi mumkin
- Yuqori daromad odatda ko'proq burilishlarni va shuning uchun uzunroq antennani talab qiladi
- Ishlash geometrik aniqlikka juda bog'liq
- Yer tekisligining o'lchamlari radiatsiya xususiyatlariga ta'sir qiladi
- Oziqlantirish mosligi to'g'ri ishlab chiqilgan bo'lishi kerak
- Mexanik qo'llab-quvvatlash yuqori burilishlarda muhimroq bo'ladi
- Qarama-qarshi dumaloq qutblanish sezgichlari yuqori qutblanish mos kelmasligi yo'qotishiga olib kelishi mumkin
Odatdagi ilovalar
Spiral antennalarni turli xil RF tizimlarida topish mumkin, jumladan:
- Sun'iy yo'ldosh aloqasi
- Kosmik kemalarning telemetriyasi va kuzatuvi
- Yer usti stansiyasi aloqasi
- Radio astronomiyasi
- Havo va aerokosmik aloqa tizimlari
- RF telemetriyasi
- Yo'nalishli VHF va UHF havolalari
- Masofaviy zondlash
- Antennani o'lchash va tadqiq qilish
- Dumaloq qutblanish tajribalari
- Aloqa tizimini sinovdan o'tkazish
Nima uchun RF muhandisligida spiral antennalar muhim?
Spiral antenna antenna geometriyasi elektromagnit xatti-harakatlarni qanday boshqarishining ajoyib namunasidir.
Muhandislar aylana uzunligi, masofa, burchak burchagi va burilishlar soni kabi parametrlarni o'zgartirish orqali ixcham keng qirrali radiatordan yo'naltirilgan aylana shaklida qutblangan antennaga o'tishlari mumkin.
Fizik geometriya va elektr ko'rsatkichlari o'rtasidagi bu bog'liqlik, shuningdek, dumaloq qutblangan shoxli antennalar, antenna massivlari, sun'iy yo'ldosh antennalari, keng polosali o'lchash antennalari va mikroto'lqinli aloqa tizimlari kabi ilg'or antenna texnologiyalarini o'rganishda ham muhimdir.
RF MISO radiochastota sinovlari, aloqa, radar, antenna o'lchovlari va tizim integratsiyasi ilovalari uchun antennalar va mikroto'lqinli komponentlarni ishlab chiqadi. Spiral antenna kabi asosiy antenna tuzilmalarini tushunish muhandislarga chastota diapazoni, kuchaytirish, qutblanish, eksenel nisbat, nurlanish kengligi, VSWR va nurlanish naqshlari kabi muhim parametrlarni yaxshiroq baholashga yordam beradi.
Antennalar haqida ko'proq bilish uchun quyidagi manzilga tashrif buyuring:
Joylashtirilgan vaqt: 2026-yil 7-avgust
