Antenne hélicoïdale || Vue d'ensemble et fonctionnement || C'est 3 applications importantes

Antenne hélicoïdale

Crédit d'image de couverture - Service représenté: Air Force
Opérateur caméra: SSGT LOUIS COMEGER, Antenne Hammer Ace SATCOM, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons

Points de discussion

Introduction à l'antenne hélicoïdale

            Pour définir une antenne hélicoïdale, il faut connaître au préalable la définition correcte de l'antenne. Conformément aux définitions standard IEEE des antennes ou des radiateurs,

«Une antenne est un moyen de transmettre et de recevoir des ondes radio».

Il existe plusieurs adaptations d'antennes. Certains d'entre eux sont: des antennes dipôles, des antennes cornet, des antennes log-périodiques, des antennes patch, des antennes à large bande, etc.

Antenne hélicoïdale
Antenne hélicoïdale, crédit d'image -
"Antennes à faisceau hélicoïdal, 1951"(CC BY-NC-ND 2.0) par NASAJPL

          Les antennes hélicoïdales ou antennes hélicoïdales font partie des catégories d'antennes large bande. C'est l'une des antennes les plus simples, primaires et réalistes avec une structure hélicoïdale, composée de fils conducteurs.

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Analyse géométrique et configuration

          Les antennes hélicoïdales ou les antennes hélicoïdales sont généralement livrées avec un plan de masse qui a la capacité d'accepter des formes distinctes. Pour établir une connexion hélicoïdale typique avec le plan de masse, le diamètre du plan de masse doit être au minimum de 3 * λ / 4. Bien que l'avion puisse être transfusé dans un cratère de forme cylindrique. Au point d'alimentation, les lignes de transmission rencontrent l'antenne.

Géométrie de l'antenne hélicoïdale, crédit d'image - UlfbastelPrincipe de l'antenne hélicoïdaleCC BY-SA 3.0

          La description géométrique d'une antenne hélicoïdale se compose typiquement du nombre N de spires, du diamètre D et de la distance entre deux boucles hélicoïdales S.

La longueur entière est donnée par -> L = N S.

La longueur totale du fil conducteur est donnée par -> Ln = NL0 (Il porte le courant surtout évidemment!)

 Ou, Ln = N (C2 + S2); L0 = (C2 + S2)

L0 représente la dimension du fil entre deux boucles hélicoïdales. Cela donne en fait la longueur.

C représente toute la circonférence d'une boucle en spirale, et il est donné par -> D.

Il existe un autre paramètre d'antenne spirale ou hélicoïdale, qui est également très important. Il est représenté par l'alphabet grec alpha (α) et appelé «angle de hauteur». Cet angle est généralement la mesure de l'angle de la ligne - normal au fil de l'hélice et un sol raide à l'axe de l'hélice. L'expression mathématique est donnée ci-dessous.

= bronzage-1 (S / C)

ou, α = tan-1 (S / π D)

En observant attentivement l'équation, on peut conclure que lorsque l'angle tend vers 0 degré, l'enroulement est piétiné; en conséquence, l'antenne hélicoïdale se réduit et devient similaire à une simple antenne cadre. Encore une fois, lorsque l'angle devient 90 degrés, l'antenne devient un fil linéaire. Lorsque l'angle est inférieur à 90 degrés et supérieur à 0 degré, une hélice pratique a une valeur finie de circonférence.

Les paramètres architecturaux peuvent modifier les propriétés de rayonnement des antennes hélicoïdales. Le contrôle des paramètres géométriques fera varier les propriétés de rayonnement associées à la longueur d'onde. L'impédance d'entrée a une relation avec l'angle de pas et la taille du fil conducteur, car un changement des valeurs d'angle de pas, et la taille du fil changera les valeurs d'impédance d'entrée.

L'antenne hélicoïdale présente généralement une polarisation elliptique, bien qu'elle puisse être conçue pour montrer une polarisation circulaire et linéaire.

Modes de fonctionnement

Les antennes Helix ont la capacité de fonctionner dans de nombreux types de modes de fonctionnement. Il existe deux modes de fonctionnement importants et essentiels que nous aborderons en détail dans la dernière partie de cet article. Les deux modes sont -

Les figures tridimensionnelles des deux types de modes de fonctionnement sont données ci-dessous.

Diagramme de rayonnement du mode normal et axial de l'antenne hélicoïdale; Crédit d'image - ocw.ump

Comme nous pouvons le voir sur la figure standard, il a un maximum dans un plan imaginaire qui est normal à l'axe, et son nul est le long de l'axe. Le modèle de puissance a une similitude étroite avec la forme de la boucle circulaire.

Maintenant, le maximum est le long de la longueur de l'hélice pour le mode de tir de fin, et le modèle de puissance est similaire à celui du tableau de tir de fin. C'est pourquoi le mode est nommé «End Fire Mode».

Le mode de fonctionnement axial a plus de préférence sur le mode de fonctionnement standard car il est plus réaliste ou pratique, a une meilleure efficacité et peut montrer une polarisation circulaire avec une largeur de bande plus large. Une antenne à polarisation elliptique peut être décrite comme la somme des deux mécanismes doublés étrangers en quadrature phase-temps.

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Mode normal des antennes Helix

Comme discuté précédemment, le mode hélicoïdal de l'antenne a son rayonnement maximal est dirigé vers un plan normal à l'axe de l'hélice, et le rayonnement nul est le long de son axe. Le mode de fonctionnement normal de l'antenne hélicoïdale ou le fonctionnement en mode large est réalisable en comparant la longueur d'onde, c'est-à-dire NL0 << λ0.

L'architecture en hélice se résume à une boucle d'un diamètre D lorsque l'angle de pas vient à 0 à un fil doublé d'une longueur de S en se rapprochant de 90 degrés. Nos, comme la géométrie de l'hélice, est devenue une boucle et un dipôle, le rayonnement de champ lointain dans ce mode de fonctionnement peut être représenté respectivement par Eϕ et eϴ composants du dipôle et de la boucle en spirale.

L'hélice peut être décrite comme un nombre N de petites boucles et le même nombre de petits dipôles. Ils sont liés les uns aux autres de manière série. Les arènes sont calculées en utilisant la superposition des autres champs des parties rudimentaires. Les axes de la boucle et les axes du dipôle coïncident avec l'axe de l'hélice.

Comme ce modèle a de petites dimensions, le courant est supposé constant. Son fonctionnement peut être défini par la sommation des champs rayonnés par des boucles plus petites, d'un diamètre de D et d'un dipôle court d'une longueur de S.

Le champ électrique en champ lointain est donné par -

Eϴ = j * η * k * I0 * S * e-jkr Sinϴ / 4πr

Le eϕ une partie est donnée par -

Eϕ = η * k2 * (J / 2)2 * JE0 * e-jkr Sinϴ / 4r

Le rapport de Eϴ et Eϕ donne le rapport axial. L'expression mathématique est donnée ci-dessous.

AR = | Eϴ | / | Eϕ |

Ou, AR = 4S / πkD2

Ou, AR = 2λS / (πD)2

L'angle de tangage est donné par - = bronzage-1 (π D / 2λ0)

Mode de fonctionnement axial pour l'antenne hélicoïdale

Le mode de fonctionnement axial a plus de préférence sur le mode de fonctionnement standard car il est plus réaliste ou pratique, a une meilleure efficacité et peut montrer une polarisation circulaire avec une largeur de bande plus large.

          Ce mode est obtenu en établissant de grands S et D. Il existe certaines exigences pour obtenir une polarisation circulaire. La plage de la circonférence de l'hélice doit être dans la plage ci-dessous.

4/3> λ0/ C> ¾

L'angle de tangage a également une plage limitée. La plage de l'angle de tangage est donnée ci-dessous.

12o α ≤ 14o

La plage d'impédance des bornes pour ce mode de fonctionnement est comprise entre cent ohms et deux cents ohms.

L'opération mathématique suivante calcule le gain. Pour l'équation suivante, S donne la distance entre deux spires, et N représente le nombre total de spires dans une antenne hélicoïdale.

G = 15 (C / ) 2 * (NS / λ)

La largeur de bande demi-puissance de l'antenne hélicoïdale pour ce mode de fonctionnement est donnée par l'expression mathématique suivante.

HPBW = 52 / [(C / λ) * √ {(NS / λ)}]

La pleine bande passante nulle de l'antenne hélicoïdale pour ce mode de fonctionnement est donnée par l'expression mathématique suivante.

FNBW = 1153/2 / C * √ (NS)

Découvrez le diagramme de rayonnement de l'antenne Yagi Uda!

Conception d'antenne hélicoïdale

  • L'impédance d'entrée est représentée par «R». L'équation mathématique de 'R' est - R = 140 (C / λ0).
  • La largeur de bande demi-puissance de l'antenne hélicoïdale pour ce mode de fonctionnement est donnée par l'expression mathématique suivante. Il a une précision d'environ plus-moins vingt pour cent. C'est une mesure d'angle et a une unité en degrés.

HPBW = 52 λ3/2 / C * √ (NS)

  • La pleine bande passante nulle de l'antenne hélicoïdale pour ce mode de fonctionnement est donnée par l'expression mathématique suivante. Il représente la mesure de la largeur du faisceau parmi les Nulls. Il a également l'unité en degrés.

FNBW = 1153/2 / C * √ (NS)

  • D0 représente la directivité de l'antenne. L'équation mathématique est -

D0 = 15 * N * C2S / λ03

  • Le terme mathématique suivant donne le rapport axial ou l'AR.

AR = 2N + 1 / 2N

  • Les expressions suivantes donnent le modèle de champ lointain généralisé.

E = sin (π / 2N) cosϴ sin [(N / 2) * Ψ] / sin (Ψ / 2)

Ψ est donné par une autre équation mathématique, et qui est en outre donnée par = k0[S * cos ϴ - (L0/ p)]

                    La valeur de `` p '' pour le tableau général de fin de tir est

p = (L0/0) * (S / λ0 + 1)

                    La valeur de «p» pour le rayonnement de feu de fin de Hansen-woodyard est

                                        p = (L0/0) * [S / λ0 + {(2N + 1) / 2N)}]

Applications d'antenne hélicoïdale

L'antenne hélicoïdale a plusieurs applications dans les technologies de communication modernes. Il a des applications uniques en raison de sa conception et de ses diagrammes de rayonnement. Certaines des applications d'antenne spirale sont répertoriées ci-dessous.

Une antenne hélicoïdale de poursuite par satellite,

Crédit d'image - Bâtard de roiAcquisition de TraqueurCC BY-SA 3.0

  • Les antennes hélicoïdales sont efficaces pour émettre des signaux à très haute fréquence.
Une forme très courante d'antenne hélicoïdale, crédit d'image - Shootthedevgru at Wikipedia anglaisUHF CB avec canard en caoutchouc exposéCC BY-SA 3.0
  • Les antennes hélicoïdales sont souvent utilisées pour les communications spatiales et les communications par satellite.
  • Les communications entre deux planètes sont possibles grâce à ces types d'antennes.

À propos de Sudipta Roy

Je suis un passionné d'électronique et je me consacre actuellement au domaine de l'électronique et des communications.
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