Zer da antena helikoidal bat?
Antena helikoidala, helix antena bezala ere ezaguna, hari edo hodi eroale bat hiru dimentsioko helize batean kiribilduz eratutako hari-antena bat da. Helizearen mutur bat normalean elikatze-lerroaren erdiko eroaleari konektatuta dago, eta kanpoko eroalea, berriz, lur-plano metaliko edo islatzaile bati konektatuta dago.
Bere geometria bereziak antena erradiazio modu desberdinetan funtzionatzea ahalbidetzen du, helizearen dimentsioen eta funtzionamendu-uhin-luzeraren arteko erlazioaren arabera.
Modu hauen artean,axial moduaBereziki garrantzitsua da RF eta mikrouhinen ingeniaritzan, erradiazio norabideduna, banda-zabalera nahiko zabala eta polarizazio zirkularra eman ditzakeelako. Ezaugarri hauek helikoidal antenak erabilgarriak bihurtzen dituzte satelite bidezko loturetan, telemetrian, jarraipenan, espazioko komunikazioan, irrati-astronomian eta antenen orientazioa alda daitekeen beste aplikazio batzuetan.
Antena helikoidal baten funtzionamendu-maiztasuna ez dago banda finko bakar batera mugatuta. Horren ordez, batez ere bere dimentsio fisikoek zehazten dute uhin-luzerarekiko. Beraz, egitura helikoidalak VHF eta UHF sistemetarako diseinatu daitezke, baita maiztasun handiko RF eta mikrouhin aplikazioetarako ere.
1. irudia. Norabideko komunikazio-sistema batean erabiltzen diren antena helikoidalen adibidea.
Antena helikoidal baten oinarrizko egitura
Ohiko antena helikoidal batek lau atal nagusi ditu:
- Eroale helikoidala
- Lurreko planoa edo islatzailea
- RF elikatze puntua
- euskarri mekanikoaren egitura
Helizea normalean kobrezko alanbrez, hodiz edo beste material eroale batez egina izaten da. Mutur bat transmisio-linea koaxial baten erdiko eroaleari konektatuta dago, eta kanpoko eroale koaxiala, berriz, lur-planoari elektrikoki konektatuta dago.
Lurreko planoak erradiazioaren norabidea kontrolatzen laguntzen du eta antenaren elikatze-egituraren parte gisa jokatzen du. Diseinu praktikoetan, bere dimentsioek eragin handia izan dezakete inpedantzian, aurrealdetik atzerako errendimenduan eta ondoriozko erradiazio-ereduan.
Hainbat parametro geometrikok zehazten dute antenaren portaera elektrikoa:
- D — Helizearen diametroa
- C — Bira baten zirkunferentzia
- S — Aldameneko birak arteko tartea
- N — Bira kopurua
- α — Inklinazio angelua
- L — Ardatz-luzera osoa
Zirkunferentzia hau da:
[C=\pi D]
Inklinazio angelua honela adieraz daiteke:
[\alpha=\tan^{-1}\ezkerrean(\frac{S}{\pi D}\eskuinean)]
Parametro hauek ezin dira modu independentean kontuan hartu, dimentsio bat aldatzeak antenaren inpedantzia, polarizazioa, habe-zabalera, irabazia eta funtzionamendu-maiztasuna aldatzen baititu.
2. irudia. Helikoi-formako antena-egitura tipikoa, helikoidal-eroalearekin eta lur-planoko islatzailearekin.
Bi erradiazio modu nagusi
Antena helikoidal baten ezaugarri interesgarrienetako bat da oinarrizko egitura berak erradiazio-eredu oso desberdinak sor ditzakeela bere tamaina elektrikoaren arabera.
Bi funtzionamendu modu ohikoenak hauek dira:
- Modu normala
- Ardatz modua
Bi modu hauen arteko aldea ulertzea ezinbestekoa da antena helikoidal bat hautatzerakoan edo diseinatzerakoan.
Modu Normaleko Antena Helikoidala
In modu normala, helizearen diametro orokorra eta tartea elektrikoki txikiak dira uhin-luzerarekin alderatuta.
Erradiazioa batez ere helize-ardatzaren perpendikularrean zuzentzen da, eta ez haren zehar. Portaera elektromagnetikoa dipolo elektriko labur batek eta begizta txiki batek sortutako eremuen konbinazio gisa uler daiteke.
Helizearen geometriaren, inklinazio angeluaren, elikadura antolamenduaren eta behaketa norabidearen arabera, ondoriozko polarizazioa lineala, eliptikoa edo, diseinu batzuetan, ia zirkularra izan daiteke.
Modu normaleko helizeak normalean trinkoak dira, baina haien dimentsio elektriko txikiek erradiazioarekiko erresistentzia nahiko baxua eragiten dute. Horrek erradiazio-eraginkortasun txikiagoa eta banda-zabalera estuagoa ekar dezake modu axialeko diseinu batekin alderatuta.
Beraz, erabilgarriak dira antenaren tamaina muga handia denean eta irabazi oso handia behar ez denean.
3. irudia. Modu normaleko antena helikoidal baten erradiazio-eredu ilustratiboa.
Antena helikoidal axial modukoa
Theaxial modua, batzuetan end-fire modua deitua, errendimendu handiko antena helikoidalekin gehien lotzen den konfigurazioa da.
Modu honetan, energia elektromagnetikoa helizearen ardatzean zehar igortzen da batez ere, izpi norabidedun bat osatuz.
Ardatz-moduko diseinu tipiko batek helize-zirkunferentzia bat erabiltzen du, gutxi gorabehera uhin-luzera baten parekoa:
[C λ gutxi gorabehera]
Biraketa-tartea askotan honen ingurukoa da:
[S \gutxi gorabehera 0,2\lambda \text{ -tik } 0,3\lambda-ra]
gutxi gorabehera uhin-luzeraren laurden bat abiapuntu arrunta izanik.
Ohiko ardatz-moduko diseinu askotan, 12°-14° inguruko inklinazio angeluak erabiltzen dira maiz.
Baldintza geometriko egokietan, bira jarraituek sortutako eremuak helize-ardatzean zehar modu eraikitzailean konbinatzen dira. Horrek izpi direkzional bat sortzen du, polarizazio zirkular edo ia zirkularrarekin batera.
Bira kopuruak ere eragina du antenaren errendimenduan. Bira kopurua handitzeak, oro har, direktibotasuna eta irabazia handitu ditzake izpi nagusia estutzen den bitartean, nahiz eta diseinu praktikoek luzera mekanikoa, eroaleen galera, inpedantzia egokitzea eta instalazio mugak ere kontuan hartu behar dituzten.
4. irudia. Izpi nagusi norabidedun batekin axial-moduko antena helikoidalaren erradiazio-eredu ilustratiboa.
Eskuineko eta ezkerreko polarizazio zirkularra
Modu axialeko antena helikoidal baten abantaila nagusietako bat polarizazio zirkularra sortzeko duen gaitasun naturala da.
Kiraketa-norabidearen eta erradiazioaren norabidearen arabera, helize bat honako hau sortzeko diseinatu daiteke:
- RHCP — Eskuineko Polarizazio Zirkularra
- LHCP — Ezkerreko Polarizazio Zirkularra
Polarizazio zirkularra bereziki erabilgarria da igorle eta hartzailearen antenen arteko orientazio erlatiboa finko mantendu ezin denean.
Adibidez, sateliteek, espazio-ontziak, aireko plataformek, biraketa-sistemek eta komunikazio-ekipo mugikorrek etengabe alda dezakete orientazioa. Antena zirkularki polarizatuak komunikazio-loturaren sentikortasuna murriztu dezake angelu-aldaketa horren aurrean.
Polarizazioaren parekatzea oraindik ere garrantzitsua da. RHCP antena batek, idealki, RHCP antena batekin komunikatzen du, eta LHCP antena, berriz, normalean LHCP antena batekin parekatuta egon beharko litzateke. Kontrako polarizazio zirkularrek polarizazio galera nabarmena eragin dezakete.
Ingeniaritza ebaluaziorako,ardatz-erlazioapolarizazio zirkularraren kalitatea deskribatzeko erabili ohi da. Zirkularki polarizatutako uhin ideal batek 0 dB-ko ardatz-erlazioa du, eta zirkularki polarizatutako antena praktikoak, berriz, maiztasun eta angelu-tarte jakin batean zehar zehaztutako ardatz-erlazio-eskakizun baten arabera ebaluatzen dira.
Antena helikoidalen errendimenduan eragina duten faktoreak
Antena helikoidal baten portaera bere geometriarekin estuki lotuta dago.
Diseinu-parametro garrantzitsuen artean hauek daude:
Helizearen zirkunferentzia
Zirkunferentziaren eta uhin-luzeraren arteko erlazioak zeregin garrantzitsua du antena modu normalean edo modu axialean funtzionatzen duen zehazteko.
Biraketa tartea
Tarteak alboko biretako korronteen arteko fase-erlazioan eragiten du eta, beraz, habearen norabidean, inpedantzian eta polarizazioan eragina du.
Inklinazio angelua
Helizearen abiadura bere ardatzean zehar zein azkar aurrera egiten duen deskribatzen du inklinazio angeluak. Ardatz-moduko portaera egonkorra mantentzeko parametro garrantzitsua da.
Bira kopurua
Bira gehiagok, oro har, irekidura elektrikoa handitzen dute eta direktibitate handiagoa eman dezakete, baina antenaren luzera eta konplexutasun mekanikoa ere handitzen dituzte.
Lur-planoa
Islatzailearen tamainak eta formak eragina dute aurreranzko erradiazio-ereduan, inpedantzian eta atzeranzko erradiazioan.
Elikadura eta inpedantzia parekatzea
Helizearen dimentsio zuzenak izan arren, inpedantzia egokitzapen eskasak islatutako potentzia handitu eta antenaren errendimendua murriztu dezake. Beraz, diseinu praktikoek itzulera-galera edo VSWR ebaluatu behar dute erradiazio-ezaugarriekin batera.
Erradiazio-eredua eta irabazia
Modu axialean, antena helikoidal batek helize-ardatzean gutxi gorabehera zentratutako izpi nagusi bat sortzen du.
Luzera elektrikoa eta bira kopurua handitzen diren heinean, izpi nagusia estuagoa bihurtzen da eta antenaren direktibotasuna handitu egiten da. Alboko lobuluak ere ager daitezke, batez ere egitura luzeagoetan edo optimizatu gabeetan.
Beraz, antena ez da irabaziaren arabera bakarrik ebaluatu behar. Ingeniariek normalean hainbat ezaugarri batera hartzen dituzte kontuan:
- Irabazi
- Irabazi lortua
- Erdi-potentziako habe-zabalera
- Ardatz-erlazioa
- VSWR edo itzulera-galera
- Aurrealdearen eta atzealdearen arteko erlazioa
- Alboko lobulu maila
- Polarizazio purutasuna
- Erradiazio-eraginkortasuna
Parametroen konbinazio honek antenaren errendimenduaren irudi askoz osoagoa eskaintzen du irabazi-balio bakar batek baino.
Antena helikoidalen abantailak
Antena helikoidalek hainbat abantaila tekniko eskaintzen dituzte:
- Eraikuntza mekaniko nahiko sinplea
- Modu axialean polarizazio zirkular naturalaren gaitasuna
- Banda-zabalera erabilgarria funtzionamenduan
- Norabide-errendimendu ona
- Geometria eskalagarria maiztasun-tarte desberdinetarako
- RHCP edo LHCP inplementazio malgua
- Antena indibidualetarako edo antena-multzoetarako egokia
Diseinuaren mugak
Hainbat faktore ere kontuan hartu behar dira:
- Ardatz-moduko diseinuek luzera fisiko handia behar izan dezakete
- Irabazi handiagoak normalean bira gehiago behar ditu eta, beraz, antena luzeagoa.
- Errendimendua zehaztasun geometrikoaren araberakoa da neurri handi batean
- Lur-planoaren dimentsioek erradiazio-ezaugarrietan eragina dute
- Jarioen parekatzea behar bezala diseinatu behar da
- Bira kopuru handiagoetan laguntza mekanikoa garrantzitsuagoa da
- Polarizazio zirkularreko kontrako zentzuek polarizazio desadostasun galera handia sor dezakete.
Aplikazio tipikoak
Antena helikoidalak RF sistema ugaritan aurki daitezke, besteak beste:
- Satelite bidezko komunikazioa
- Espazio-ontzien telemetria eta jarraipena
- Lurreko estazio-komunikazioa
- Irrati-astronomia
- Aireko eta aeroespazialeko komunikazio sistemak
- RF telemetria
- VHF eta UHF lotura direkzionalak
- Urruneko detekzioa
- Antenen neurketa eta ikerketa
- Polarizazio zirkularreko esperimentuak
- Komunikazio sistemaren probak
Zergatik dira garrantzitsuak antena helikoidalak RF ingeniaritzan
Antena helikoidala adibide bikaina da antenaren geometriak portaera elektromagnetikoa nola kontrolatzen duen erakusteko.
Zirkunferentzia, tartea, pitch angelua eta bira kopurua bezalako parametroak aldatuz, ingeniariek albo zabaleko erradiadore trinko batetik antena zirkular polarizatu direkzional batera igaro daitezke.
Geometria fisikoaren eta errendimendu elektrikoaren arteko erlazio hau garrantzitsua da antena-teknologia aurreratuagoak aztertzerakoan, hala nola, zirkularki polarizatutako adarren antenak, antena-multzoak, satelite-antenak, banda zabaleko neurketa-antenak eta mikrouhin-komunikazio-sistemak.
RF MISOk antenak eta mikrouhin-osagaiak garatzen ditu RF probak, komunikazioa, radarra, antenen neurketa eta sistema integrazio aplikazioetarako. Oinarrizko antenen egiturak ulertzeak, hala nola antena helikoidalak, ingeniariei parametro garrantzitsuak hobeto ebaluatzen laguntzen die, besteak beste, maiztasun-tartea, irabazia, polarizazioa, ardatz-erlazioa, habe-zabalera, VSWR eta erradiazio-eredua.
Antenei buruz gehiago jakiteko, bisitatu:
Argitaratze data: 2026ko abuztuak 7
