Wat ass eng helix Antenn?
Eng Helixantenn, och bekannt als Helixantenn, ass eng Drotantenn, déi duerch d'Wéckele vun engem leitfäege Drot oder Rouer zu enger dräidimensionaler Helix geformt gëtt. Een Enn vun der Helix ass normalerweis mam zentrale Leeder vun der Zouféierungsleitung verbonnen, während den äusseren Leeder mat enger metallescher Masseplack oder engem Reflektor verbonnen ass.
Seng eenzegaarteg Geometrie erlaabt et der Antenn a verschiddene Stralungsmodi ze funktionéieren, ofhängeg vun der Bezéiung tëscht den Helixdimensiounen an der Betribswellelängt.
Ënnert dëse Modi sinn déiaxialen Modusass besonnesch wichteg an der HF- a Mikrowellentechnik, well se geriicht Stralung, relativ grouss Bandbreet a kreesfërmeg Polariséierung liwwere kann. Dës Charakteristike maachen helix Antennen nëtzlech a Satellitteverbindungen, Telemetrie, Tracking, Weltraumkommunikatioun, Radioastronomie an aner Uwendungen, wou d'Antennenorientéierung sech änneren kann.
D'Betribsfrequenz vun enger Helixantenn ass net op ee fixe Band limitéiert. Si gëtt haaptsächlech duerch hir physikalesch Dimensiounen am Verhältnes zur Wellelängt bestëmmt. Helixstrukture kënnen dofir fir VHF- an UHF-Systemer souwéi fir méi héichfrequent RF- a Mikrowellenapplikatioune konzipéiert ginn.
Figur 1. Beispill vun helixfërmegen Antennen, déi an engem direktionalen Kommunikatiounssystem benotzt ginn.
Basisstruktur vun enger spiralfërmeger Antenn
Eng typesch helix Antenn besteet aus véier Haaptdeeler:
- Spiralleiter
- Buedemplang oder Reflektor
- HF-Zoufuhrpunkt
- Mechanesch Ënnerstëtzungsstruktur
D'Helix ass normalerweis aus Kofferdrot, Réier oder engem anere leitfäege Material gemaach. Een Enn ass mam zentrale Leiter vun enger koaxialer Transmissiounsleitung verbonnen, während de koaxialen äusseren Leiter elektresch mat der Äerdplane verbonnen ass.
D'Grondfläch hëlleft d'Stralungsrichtung ze kontrolléieren an handelt als Deel vun der Antennezoufuhrstruktur. A prakteschen Designen kënnen hir Dimensiounen d'Impedanz, d'Leeschtung vun der Front no der Récksäit an dat resultéierend Stralungsmuster wesentlech beaflossen.
Verschidde geometresch Parameter bestëmmen dat elektrescht Verhalen vun der Antenn:
- D — Duerchmiesser vun der Helix
- C - Ëmfang vun enger Wendung
- S — Ofstand tëscht benachbarten Dréiungen
- N — Zuel vun den Dréiungen
- α — Steigungswénkel
- L — Gesamt axial Längt
Den Ëmfang ass:
[C=πD]
De Steigungswénkel kann ausgedréckt ginn als:
[\alpha=\tan^{-1}\left(\frac{S}{\pi D}\right)]
Dës Parameter kënnen net onofhängeg berücksichtegt ginn, well d'Ännerung vun enger Dimensioun d'Impedanz, d'Polarisatioun, d'Stralbreet, de Verstärkung an d'Betribsfrequenz vun der Antenn ännert.
Figur 2. Typesch spiralfërmeg Antennenstruktur mat Spiralleiter a Buedemplangreflektor.
Zwee Haaptstrahlungsmodi
Ee vun den interessantsten Charakteristike vun enger Helixantenn ass, datt déiselwecht Basisstruktur ganz ënnerschiddlech Stralungsmuster produzéiere kann, ofhängeg vun hirer elektrescher Gréisst.
Déi zwee heefeg diskutéiert Betribsmodi sinn:
- Normalmodus
- Axialmodus
Den Ënnerscheed tëscht dësen zwou Modi ze verstoen ass essentiell wann Dir eng helix Antenn auswielt oder designt.
Normalmodus-Spiralantenn
In Normalmodus, den Gesamtduerchmiesser an den Ofstand vun der Helix sinn elektresch kleng am Verglach mat der Wellelängt.
D'Stralung gëtt haaptsächlech ongeféier senkrecht zur Helixachs geriicht anstatt laanscht dës. Dat elektromagnetescht Verhalen kann als eng Kombinatioun vun de Felder verstanen ginn, déi vun engem kuerzen elektreschen Dipol an enger klenger Schleif produzéiert ginn.
Jee no der Helixgeometrie, dem Pitchwénkel, der Zufuhranordnung an der Observatiounsrichtung kann déi resultéierend Polariséierung linear, elliptesch oder a bestëmmten Designen bal kreesfërmeg sinn.
Normalmodus-Helixen si typescherweis kompakt, awer hir elektresch kleng Dimensiounen féieren zu engem relativ niddrege Stralungswidderstand. Dëst kann zu enger méi niddreger Stralungseffizienz an enger méi schmueler Bandbreet féieren wéi bei engem Axialmodus-Design.
Si sinn dofir nëtzlech wann d'Antenngréisst eng grouss Aschränkung ass an kee ganz héije Verstärkungsmëttel erfuerderlech ass.
Figur 3. Illustrativt Stralungsmuster vun enger Normalmodus-Spiralantenn.
Axialmodus-Spiralantenn
Denaxialen Modus, heiansdo och End-Fire-Modus genannt, ass déi Konfiguratioun, déi am heefegsten mat héichperformante Helixantennen assoziéiert gëtt.
An dësem Modus gëtt elektromagnetesch Energie haaptsächlech laanscht d'Achs vun der Helix ausgestraalt, wouduerch e Richtungsstral entsteet.
En typeschen Axialmodus-Design benotzt en Helixumfang, deen ongeféier mat enger Wellelängt vergläichbar ass:
[C \ongeféier \lambda]
Den Ofstand tëscht den Dreiecker ass dacks ongeféier:
[S \ongeféier 0,2\lambda \text{ op } 0,3\lambda]
mat ongeféier enger Véirel Wellelängt als gemeinsamen Ausgangspunkt.
Fir vill konventionell Axialmodus-Designen ginn dacks Steigungswénkelen vun ongeféier 12°–14° benotzt.
Ënner passenden geometresche Konditioune verbannen sech Felder, déi duerch hannereneen Windungen generéiert ginn, konstruktiv laanscht d'Helixachs. Dëst produzéiert e geriichte Stral zesumme mat kreesfërmeger oder bal kreesfërmeger Polarisatioun.
D'Zuel vun de Windungen beaflosst och d'Leeschtung vun der Antenn. D'Erhéijung vun der Zuel vun de Windungen kann am Allgemengen d'Richtungskraaft an de Verstärkung erhéijen, während den Haaptstral verengt gëtt, obwuel praktesch Entwërf och d'mechanesch Längt, de Leederverloscht, d'Impedanzanpassung an d'Installatiounsbeschränkungen berécksiichtege mussen.
Figur 4. Illustrativt Stralungsmuster vun enger axialer spiralfërmeger Antenn mat engem direktionalen Haaptstral.
Riets- a lénkshänneg kreesfërmeg Polariséierung
Ee vun den Haaptvirdeeler vun enger Axialmodus-Spiralantenn ass hir natierlech Fäegkeet, eng kreesfërmeg Polariséierung ze generéieren.
Jee no der Wicklungsrichtung an der Stralungsrichtung kann eng Helix sou entworf ginn, datt se entweder:
- RHCP - Rechtshänneg Zirkularpolariséierung
- LHCP - Lénks-Kreespolariséierung
Kreesfërmeg Polariséierung ass besonnesch nëtzlech, wann déi relativ Orientéierung tëscht der Sende- an Empfangsantenn net fixéiert ka bleiwen.
Zum Beispill kënnen Satellitten, Raumschëffer, Loftplattformen, rotéierend Systemer a mobil Kommunikatiounsausrüstung stänneg hir Orientéierung änneren. Eng kreesfërmeg polariséiert Antenn kann d'Sensibilitéit vun der Kommunikatiounsverbindung fir dës Wénkelvariatioun reduzéieren.
D'Polarisatiounsupassung ass ëmmer nach wichteg. Eng RHCP-Antenn kommunizéiert idealerweis mat enger RHCP-Antenn, während eng LHCP-Antenn normalerweis mat enger LHCP-Antenn gekoppelt soll ginn. Géigepolarisatioune kënnen zu engem bedeitende Polarisatiounsverloscht féieren.
Fir d'Evaluatioun vun der Ingenieurswëssenschaft,axial Verhältnisgëtt dacks benotzt fir d'Qualitéit vun der zirkulärer Polarisatioun ze beschreiwen. Eng ideal zirkulär polariséiert Well huet en Axialverhältnis vun 0 dB, während praktesch zirkulär polariséiert Antennen dacks géint eng spezifizéiert Axialverhältnisufuerderung iwwer déi gewënscht Frequenz an de Wénkelberäich evaluéiert ginn.
Faktoren, déi d'Leeschtung vun der Helical Antenne beaflossen
D'Verhale vun enger spiralfërmeger Antenn ass enk mat hirer Geometrie verbonnen.
Wichteg Designparameter sinn ënner anerem:
Helixëmfang
D'Bezéiung tëscht dem Ëmfang an der Wellelängt spillt eng wichteg Roll bei der Bestëmmung, ob d'Antenn am Normalmodus oder am Axialmodus funktionéiert.
Ofstand tëscht de Wendungen
Den Ofstand beaflosst d'Phasenverhältnis tëscht Stréim op benachbarte Wendungen an doduerch d'Stralrichtung, d'Impedanz an d'Polarisatioun.
Steigungswénkel
De Steigungswénkel beschreift, wéi séier d'Helix sech laanscht hir Achs beweegt. Et ass e wichtege Parameter fir e stabilt Verhalen am axialen Modus ze erhalen.
Zuel vun den Dréiungen
Méi Wendungen erhéijen am Allgemengen d'elektresch Apertur a kënnen eng méi héich Direktivitéit bidden, awer si erhéijen och d'Längt vun der Antenn an d'mechanesch Komplexitéit.
Buedemplang
D'Gréisst a Form vum Reflekter beaflossen d'Virstralungsmuster, d'Impedanz an d'Réckstralung.
Feed- an Impedanzanpassung
Och mat korrekten Helixdimensioune kann eng schlecht Impedanzanpassung d'reflektéiert Leeschtung erhéijen an d'realiséiert Antenneleistung reduzéieren. Praktesch Entwërf mussen dofir de Réckverloscht oder de VSWR zesumme mat de Stralungseigenschaften evaluéieren.
Stralungsmuster a Gewënn
Am axialen Modus produzéiert eng helix Antenn en Haaptstral, deen ongeféier laanscht d'Helixachs zentréiert ass.
Mat der zouhuelender elektrescher Längt an der Unzuel vun de Windungen, gëtt den Haaptstral am Allgemengen méi schmuel an d'Richtkraaft vun der Antenn klëmmt. Säitelappen kënnen och optrieden, besonnesch a méi laangen oder net optiméierte Strukturen.
D'Antenn soll dofir net eleng um Verstärkungsgrad evaluéiert ginn. Ingenieure berücksichtegen normalerweis verschidde Charakteristiken zesummen:
- Gewënn
- Realiséierte Gewënn
- Hallefleeschtungsstrahlbreet
- Axialverhältnis
- VSWR oder Retourverloscht
- Verhältnis vun vir bis hannen
- Säitelob-Niveau
- Polarisatiounsreinheet
- Stralungseffizienz
Dës Kombinatioun vu Parameteren bitt e vill méi komplett Bild vun der Antenneleistung wéi e puer Verstärkungswäerter.
Virdeeler vun helicalen Antennen
Spiralantennen bidden e puer nëtzlech technesch Virdeeler:
- Relativ einfach mechanesch Konstruktioun
- Natierlech kreesfërmeg Polarisatiounsfäegkeet am axialen Modus
- Nëtzlech Betribsbandbreet
- Gutt Richtungsleistung
- Skalierbar Geometrie fir verschidde Frequenzberäicher
- Flexibel RHCP- oder LHCP-Ëmsetzung
- Gëeegent fir eenzel Antennen oder Antennenarrays
Designbeschränkungen
Et ginn och e puer Faktoren ze berécksiichtegen:
- Axialmodus-Designen kënnen eng bedeitend kierperlech Längt erfuerderen
- Méi héije Verstärkung erfuerdert normalerweis méi Windungen an dofir eng méi laang Antenn
- D'Leeschtung hänkt staark vun der geometrescher Genauegkeet of
- Dimensioune vun der Buedemfläch beaflossen d'Stralungseigenschaften
- D'Feed-Matching muss richteg entworf ginn
- Mechanesch Ënnerstëtzung gëtt méi wichteg bei méi héijen Tourzuelen
- Géigegéintgesate Kreespolarisatiounssensore kënnen en héije Verloscht vun der Polarisatiounsmismatch produzéieren.
Typesch Uwendungen
Spiralantennen kënnen an enger breeder Palette vun HF-Systemer fonnt ginn, dorënner:
- Satellittekommunikatioun
- Telemetrie a Tracking vu Raumschëffer
- Kommunikatioun tëscht Buedemstatiounen
- Radioastronomie
- Loft- a Raumfaartkommunikatiounssystemer
- HF-Telemetrie
- Direktional VHF- a UHF-Verbindungen
- Fernerkundung
- Antennemiessung a Fuerschung
- Zirkularpolarisatiounsexperimenter
- Testen vun der Kommunikatiounssystem
Firwat Spiralantennen an der HF-Engineering wichteg sinn
Déi helix Antenn ass en exzellent Beispill dofir, wéi d'Antenngeometrie d'elektromagnetescht Verhalen kontrolléiert.
Duerch d'Ännere vu Parameteren wéi Ëmfang, Ofstand, Steigungswénkel an Unzuel vun de Windungen, kënnen Ingenieuren vun engem kompakten Breitkierper op eng direktional zirkulär polariséiert Antenn wiesselen.
Dës Bezéiung tëscht physikalescher Geometrie an elektrescher Leeschtung ass och wichteg wann et ëm méi fortgeschratt Antennentechnologien geet, wéi z. B. zirkulär polariséiert Hornantennen, Antennenarrays, Satellittenantennen, Breitbandmiessantennen a Mikrowellenkommunikatiounssystemer.
RF MISO entwéckelt Antennen a Mikrowellenkomponenten fir RF-Tester, Kommunikatioun, Radar, Antennenmiessungen an Systemintegratiounsapplikatiounen. D'Verständnis vu fundamentalen Antennenstrukturen, wéi zum Beispill d'Spiralantenn, hëlleft Ingenieuren, wichteg Parameteren, wéi Frequenzberäich, Verstärkung, Polarisatioun, Axialverhältnis, Strahlbreet, VSWR a Stralungsmuster, besser ze evaluéieren.
Fir méi iwwer Antennen ze léieren, gitt w.e.g. op:
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 07.08.2026
