Beth yw Antena Helical?
Mae antena helical, a elwir hefyd yn antena helics, yn antena gwifren a ffurfir trwy weindio gwifren neu diwb dargludol yn helics tri dimensiwn. Fel arfer, mae un pen o'r helics wedi'i gysylltu â dargludydd canol y llinell fwydo, tra bod y dargludydd allanol wedi'i gysylltu â phlân daear metelaidd neu adlewyrchydd.
Mae ei geometreg nodedig yn caniatáu i'r antena weithredu mewn gwahanol ddulliau ymbelydredd yn dibynnu ar y berthynas rhwng dimensiynau'r helics a'r donfedd weithredu.
Ymhlith y dulliau hyn, ymodd echelinolyn arbennig o bwysig mewn peirianneg RF a microdon oherwydd gall ddarparu ymbelydredd cyfeiriadol, lled band cymharol eang, a pholareiddio cylchol. Mae'r nodweddion hyn yn gwneud antenâu heligol yn ddefnyddiol mewn cysylltiadau lloeren, telemetreg, olrhain, cyfathrebu gofod, seryddiaeth radio, a chymwysiadau eraill lle gall cyfeiriadedd antenâu newid.
Nid yw amledd gweithredu antena helical wedi'i gyfyngu i un band sefydlog. Yn hytrach, caiff ei bennu'n bennaf gan ei ddimensiynau ffisegol o'i gymharu â thonfedd. Felly gellir dylunio strwythurau helical ar gyfer systemau VHF ac UHF yn ogystal â chymwysiadau RF a microdon amledd uwch.
Ffigur 1. Enghraifft o antenâu heligol a ddefnyddir mewn system gyfathrebu gyfeiriadol.
Strwythur Sylfaenol Antena Helical
Mae antena helical nodweddiadol yn cynnwys pedair prif ran:
- Dargludydd helical
- Plân daear neu adlewyrchydd
- Pwynt porthiant RF
- Strwythur cymorth mecanyddol
Mae'r helics fel arfer wedi'i wneud o wifren gopr, tiwbiau, neu ddeunydd dargludol arall. Mae un pen wedi'i gysylltu â dargludydd canol llinell drosglwyddo cyd-echelinol, tra bod y dargludydd allanol cyd-echelinol wedi'i gysylltu'n drydanol â'r plân daear.
Mae'r plân daear yn helpu i reoli cyfeiriad yr ymbelydredd ac yn gweithredu fel rhan o strwythur bwydo'r antena. Mewn dyluniadau ymarferol, gall ei ddimensiynau ddylanwadu'n sylweddol ar yr impedans, perfformiad o'r blaen i'r cefn, a'r patrwm ymbelydredd sy'n deillio o hynny.
Mae sawl paramedr geometrig yn pennu ymddygiad trydanol yr antena:
- D — Diamedr yr helics
- C — Cylchedd un tro
- S — Bylchau rhwng troadau cyfagos
- N — Nifer y troadau
- α — Ongl traw
- L — Cyfanswm hyd echelinol
Y cylchedd yw:
[C=πελη D]
Gellir mynegi ongl y traw fel:
[\alpha=\tan^{-1}\left(\frac{S}{\pi D}\right)]
Ni ellir ystyried y paramedrau hyn ar wahân oherwydd bod newid un dimensiwn yn newid rhwystriant, polareiddio, lled trawst, enillion ac amledd gweithredu'r antena.
Ffigur 2. Strwythur antena helical nodweddiadol gyda dargludydd helics ac adlewyrchydd plân daear.
Dau Brif Ddull Ymbelydredd
Un o nodweddion mwyaf diddorol antena heligol yw y gall yr un strwythur sylfaenol gynhyrchu patrymau ymbelydredd gwahanol iawn yn dibynnu ar ei faint trydanol.
Y ddau ddull gweithredu a drafodir yn gyffredin yw:
- Modd arferol
- Modd echelinol
Mae deall y gwahaniaeth rhwng y ddau ddull hyn yn hanfodol wrth ddewis neu ddylunio antena helical.
Antena Helical Modd Arferol
In modd arferol, mae diamedr a bylchau cyffredinol yr helics yn fach yn drydanol o'i gymharu â'r donfedd.
Mae ymbelydredd yn cael ei gyfeirio'n bennaf yn berpendicwlar i echelin yr helics yn hytrach nag ar ei hyd. Gellir deall yr ymddygiad electromagnetig fel cyfuniad o'r meysydd a gynhyrchir gan ddeuol trydan byr a dolen fach.
Yn dibynnu ar geometreg yr helics, ongl y traw, trefniant y porthiant, a chyfeiriad yr arsylwi, gall y polareiddio sy'n deillio o hyn fod yn llinol, yn eliptig, neu mewn rhai dyluniadau yn agos at fod yn gylchol.
Mae helices modd normal fel arfer yn gryno, ond mae eu dimensiynau bach yn drydanol yn arwain at wrthwynebiad ymbelydredd cymharol isel. Gall hyn arwain at effeithlonrwydd ymbelydredd is a lled band culach na dyluniad modd echelinol.
Felly maent yn ddefnyddiol pan fo maint yr antena yn gyfyngiad mawr ac nad oes angen enillion uchel iawn.
Ffigur 3. Patrwm ymbelydredd darluniadol antena heligol modd arferol.
Antena Helical Modd Echelinol
Ymodd echelinol, a elwir weithiau'n fodd tân-diwedd, yw'r cyfluniad sy'n cael ei gysylltu amlaf ag antenâu helical perfformiad uchel.
Yn y modd hwn, mae ynni electromagnetig yn cael ei belydru'n bennaf ar hyd echel yr helics, gan ffurfio trawst cyfeiriadol.
Mae dyluniad modd echelinol nodweddiadol yn defnyddio cylchedd helics sydd tua'n gymharol ag un donfedd:
[C \tua \lambda]
Mae'r bylchau rhwng troeon yn aml tua:
[S \tua 0.2\lambda \text{ i } 0.3\lambda]
gyda thua chwarter tonfedd yn fan cychwyn cyffredin.
Ar gyfer llawer o ddyluniadau modd echelinol confensiynol, defnyddir onglau traw o gwmpas 12°–14° yn aml.
O dan amodau geometrig priodol, mae meysydd a gynhyrchir gan droadau olynol yn cyfuno'n adeiladol ar hyd echelin yr helics. Mae hyn yn cynhyrchu trawst cyfeiriadol ynghyd â pholareiddio crwn neu bron yn grwn.
Mae nifer y troeon hefyd yn effeithio ar berfformiad yr antena. Gall cynyddu nifer y troeon gynyddu cyfeiriadedd ac enillion yn gyffredinol wrth gulhau'r prif drawst, er bod yn rhaid i ddyluniadau ymarferol hefyd ystyried hyd mecanyddol, colled dargludydd, paru rhwystriant, a chyfyngiadau gosod.
Ffigur 4. Patrwm ymbelydredd antena helical modd echelinol darluniadol gyda phrif drawst cyfeiriadol.
Polareiddio Cylchol Llaw Dde a Llaw Chwith
Un o brif fanteision antena helical modd echelinol yw ei gallu naturiol i gynhyrchu polareiddio cylchol.
Gan ddibynnu ar gyfeiriad y dirwyn a chyfeiriad yr ymbelydredd, gellir dylunio helics i gynhyrchu naill ai:
- RHCP — Polareiddio Cylchol Dde-law
- LHCP — Polareiddio Cylchol Chwith
Mae polareiddio cylchol yn arbennig o ddefnyddiol pan na all y cyfeiriadedd cymharol rhwng yr antenâu trosglwyddo a derbyn aros yn sefydlog.
Er enghraifft, gall lloerennau, llongau gofod, llwyfannau awyr, systemau cylchdroi, ac offer cyfathrebu symudol newid cyfeiriadedd yn barhaus. Gall antena wedi'i pholareiddio'n gylchol leihau sensitifrwydd y cyswllt cyfathrebu i'r amrywiad onglog hwn.
Mae paru polareiddio yn dal yn bwysig. Yn ddelfrydol, mae antena RHCP yn cyfathrebu ag antena RHCP, tra dylai antena LHCP fel arfer gael ei pharu ag antena LHCP. Gall polareiddio crwn gyferbyniol arwain at golled polareiddio sylweddol.
Ar gyfer gwerthuso peirianneg,cymhareb echelinolyn cael ei ddefnyddio'n gyffredin i ddisgrifio ansawdd polareiddio cylchol. Mae gan don polareiddio cylchol ddelfrydol gymhareb echelinol o 0 dB, tra bod antenâu polareiddio cylchol ymarferol yn aml yn cael eu gwerthuso yn erbyn gofyniad cymhareb echelinol penodol ar draws yr amledd a'r ystod onglog a ddymunir.
Ffactorau sy'n Effeithio ar Berfformiad Antena Helical
Mae ymddygiad antena helical yn gysylltiedig yn agos â'i geometreg.
Mae paramedrau dylunio pwysig yn cynnwys:
Cylchedd yr Helics
Mae'r berthynas rhwng cylchedd a thonfedd yn chwarae rhan bwysig wrth benderfynu a yw'r antena'n gweithredu yn y modd arferol neu'r modd echelinol.
Bylchau Troi
Mae bylchau yn effeithio ar y berthynas cyfnod rhwng ceryntau ar droadau cyfagos ac felly'n dylanwadu ar gyfeiriad y trawst, rhwystriant a pholareiddio.
Ongl y Traw
Mae ongl y traw yn disgrifio pa mor gyflym y mae'r helics yn symud ymlaen ar hyd ei echelin. Mae'n baramedr pwysig ar gyfer cynnal ymddygiad modd echelinol sefydlog.
Nifer y Troeon
Yn gyffredinol, mae mwy o droadau yn cynyddu agorfa drydanol a gallant ddarparu cyfeiriadedd uwch, ond maent hefyd yn cynyddu hyd yr antena a chymhlethdod mecanyddol.
Plân Tir
Mae maint a siâp yr adlewyrchydd yn dylanwadu ar y patrwm ymbelydredd ymlaen, yr impedans, a'r ymbelydredd yn ôl.
Cyfatebu Porthiant ac Impedans
Hyd yn oed gyda dimensiynau'r helics cywir, gall paru rhwystriant gwael gynyddu pŵer adlewyrchol a lleihau perfformiad antena a wireddwyd. Felly mae angen i ddyluniadau ymarferol werthuso colled dychwelyd neu VSWR ynghyd â nodweddion ymbelydredd.
Patrwm Ymbelydredd ac Ennill
Yn y modd echelinol, mae antena helical yn cynhyrchu trawst prif wedi'i ganoli tua ar hyd echelin yr helics.
Wrth i hyd trydanol a nifer y troadau gynyddu, mae'r trawst prif yn gyffredinol yn mynd yn gulach ac mae cyfeiriadedd yr antena yn cynyddu. Gall llabedau ochr ymddangos hefyd, yn enwedig mewn strwythurau hirach neu heb eu optimeiddio.
Felly ni ddylid gwerthuso'r antena yn ôl enillion yn unig. Fel arfer, mae peirianwyr yn ystyried sawl nodwedd gyda'i gilydd:
- Ennill
- Elw wedi'i wireddu
- Lled trawst hanner pŵer
- Cymhareb echelinol
- VSWR neu golled dychwelyd
- Cymhareb blaen-i-gefn
- Lefel ochr-llabed
- Purdeb polareiddio
- Effeithlonrwydd ymbelydredd
Mae'r cyfuniad hwn o baramedrau yn darparu darlun llawer mwy cyflawn o berfformiad antena nag un gwerth ennill.
Manteision Antenâu Helical
Mae antenâu heligol yn cynnig sawl mantais beirianyddol ddefnyddiol:
- Adeiladwaith mecanyddol cymharol syml
- Gallu polareiddio cylchol naturiol mewn modd echelinol
- Lled band gweithredu defnyddiol
- Perfformiad cyfeiriadol da
- Geometreg graddadwy ar gyfer gwahanol ystodau amledd
- Gweithrediad hyblyg o RHCP neu LHCP
- Addas ar gyfer antenâu unigol neu araeau antenâu
Cyfyngiadau Dylunio
Mae yna hefyd sawl ffactor i'w hystyried:
- Gall dyluniadau modd echelinol fod angen hyd corfforol sylweddol
- Mae enillion uwch fel arfer yn gofyn am fwy o droadau ac felly antena hirach
- Mae perfformiad yn dibynnu'n gryf ar gywirdeb geometrig
- Mae dimensiynau'r plân daear yn dylanwadu ar nodweddion ymbelydredd
- Rhaid cynllunio paru porthiant yn iawn
- Mae cefnogaeth fecanyddol yn dod yn bwysicach ar gyfrifiadau troeon uwch
- Gall synhwyrau polareiddio cylchol gyferbyniol gynhyrchu colled anghydweddiad polareiddio uchel
Cymwysiadau Nodweddiadol
Gellir dod o hyd i antenâu helical mewn ystod eang o systemau RF, gan gynnwys:
- Cyfathrebu lloeren
- Telemetreg ac olrhain llongau gofod
- Cyfathrebu gorsafoedd daear
- Seryddiaeth radio
- Systemau cyfathrebu awyr ac awyrofod
- Telemetreg RF
- Cysylltiadau VHF ac UHF cyfeiriadol
- Synhwyro o bell
- Mesur ac ymchwil antena
- Arbrofion polareiddio cylchol
- Profi system gyfathrebu
Pam mae Antenâu Helical yn Bwysig mewn Peirianneg RF
Mae'r antena helical yn enghraifft ardderchog o sut mae geometreg antena yn rheoli ymddygiad electromagnetig.
Drwy newid paramedrau fel cylchedd, bylchau, ongl traw, a nifer y troeon, gall peirianwyr symud o radiadur ochr lydan cryno i antena polareiddio cylchol cyfeiriadol.
Mae'r berthynas hon rhwng geometreg ffisegol a pherfformiad trydanol hefyd yn bwysig wrth astudio technolegau antena mwy datblygedig fel antenâu corn wedi'u polareiddio'n gylchol, araeau antena, antenâu lloeren, antenâu mesur band eang, a systemau cyfathrebu microdon.
Mae RF MISO yn datblygu antenâu a chydrannau microdon ar gyfer profi RF, cyfathrebu, radar, mesur antenâu, a chymwysiadau integreiddio systemau. Mae deall strwythurau antenâu sylfaenol fel yr antena droellog yn helpu peirianwyr i werthuso paramedrau pwysig yn well gan gynnwys ystod amledd, enillion, polareiddio, cymhareb echelinol, lled trawst, VSWR, a phatrwm ymbelydredd.
I ddysgu mwy am antenâu, ewch i:
Amser postio: Awst-07-2026
