Tin tức - Ăng-ten xoắn ốc: Sự lựa chọn lý tưởng cho phân cực tròn băng thông rộng

MỘTĂng-ten xoắn ốcĐây là một ví dụ điển hình của ăng-ten dây, đặc trưng bởi cấu trúc hình xoắn ốc. Nó là một ăng-ten băng thông rộng phù hợp với các dải tần VHF và UHF.

Ăng-ten xoắn ốc hoạt động trong dải tần số từ khoảng 30 MHz đến 3 GHz, chủ yếu bao phủ các băng tần VHF và UHF.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ăng-ten xoắn ốc

Ăng-ten xoắn ốc được tạo thành bằng cách quấn một dây dẫn thành hình xoắn ốc và nối nó với mặt phẳng tiếp đất thông qua một đường dây cấp nguồn. Với cấu trúc đơn giản, nó tự nhiên tạo ra sóng phân cực tròn và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống liên lạc ngoài Trái đất như hệ thống chuyển tiếp vệ tinh.

Hình trên minh họa hệ thống ăng-ten xoắn ốc được sử dụng trong liên lạc vệ tinh. Loại ăng-ten này thường yêu cầu không gian lắp đặt ngoài trời rộng rãi.

Ăng-ten xoắn ốc bao gồm một cuộn dây đồng dày hoặc ống đồng được uốn thành hình xoắn ốc, hoạt động cùng với một mặt phẳng kim loại tiếp đất. Một đầu của hình xoắn ốc được nối với dây dẫn trung tâm của cáp đồng trục, trong khi dây dẫn bên ngoài được gắn vào mặt phẳng tiếp đất.

Hình ảnh trên minh họa cấu trúc của một ăng-ten xoắn ốc, với hình ảnh chi tiết các thành phần của nó.

Đặc tính bức xạ của ăng-ten xoắn ốc chủ yếu được xác định bởi đường kính vòng xoắn, khoảng cách giữa các vòng xoắn (bước xoắn) và góc bước xoắn.

Góc nghiêng của đường xoắn ốc được định nghĩa là góc giữa tiếp tuyến với đường xoắn ốc và mặt phẳng vuông góc với trục đường xoắn ốc, và được tính bằng công thức:

Ở đâu:

•D là đường kính của hình xoắn ốc

•S là bước ren (khoảng cách tâm giữa các vòng xoắn liền kề)

•α là góc nghiêng

Chế độ hoạt động

Ăng-ten xoắn ốc hoạt động ở hai chế độ chính:

• Chế độ bình thường (còn được gọi là chế độ bức xạ vuông góc)

• Chế độ trục (còn được gọi là chế độ bắn cuối hoặc chế độ bức xạ chùm tia)

Mỗi chế độ được mô tả chi tiết bên dưới.

Ở chế độ bức xạ thông thường, trường bức xạ vuông góc với trục xoắn ốc, và sóng bức xạ có phân cực tròn. Chế độ này đạt được khi kích thước của đường xoắn ốc nhỏ so với bước sóng. Trong trường hợp này, đặc tính bức xạ của anten xoắn ốc có thể được coi là sự kết hợp giữa anten lưỡng cực ngắn và anten vòng.

Hình trên minh họa mô hình bức xạ của một ăng-ten xoắn ốc hoạt động ở chế độ bình thường.

Chế độ hoạt động này được xác định bởi đường kính xoắn ốc D và khoảng cách giữa các vòng xoắn S. Nhược điểm của chế độ hoạt động này bao gồm hiệu suất bức xạ thấp và băng thông hẹp; do đó, nó hiếm khi được sử dụng trong các ứng dụng thực tế.

Chế độ trục

Trong chế độ bức xạ trục, trường bức xạ thể hiện đặc tính bức xạ đầu cuối dọc theo trục xoắn ốc, và sóng bức xạ được phân cực tròn hoặc gần như tròn. Chế độ này đạt được khi chu vi của đường xoắn ốc được tăng lên đến cỡ một bước sóng (λ) và khoảng cách giữa các vòng xoắn xấp xỉ λ/4. Trong những điều kiện này, mẫu bức xạ rộng dọc theo trục với các đặc tính định hướng, và các thùy phụ xuất hiện ở các góc lệch khỏi trục.

Hình trên minh họa mô hình bức xạ của một ăng-ten xoắn ốc hoạt động ở chế độ trục.

Khi ăng-ten được thiết kế cho sóng phân cực tròn phải (RHCP), nó sẽ không thu được sóng phân cực tròn trái (LHCP), và ngược lại. Chế độ hoạt động này dễ thực hiện và được sử dụng phổ biến hơn trong các ứng dụng thực tế.

Những ưu điểm chính của ăng-ten xoắn ốc như sau:

•Cấu trúc đơn giản và dễ thiết kế

• Độ định hướng cao

•Băng thông rộng

•Có khả năng phân cực tròn

•Thích hợp cho băng tần HF và VHF

Các ứng dụng chính của ăng-ten xoắn ốc như sau:

•Ăng-ten xoắn đơn hoặc mảng ăng-ten xoắn được sử dụng để truyền và nhận tín hiệu VHF.

• Được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống liên lạc vệ tinh và tàu thăm dò không gian sâu.

•Ứng dụng trong các liên kết đo từ xa giữa tên lửa đạn đạo, vệ tinh và trạm mặt đất.

• Được sử dụng để thiết lập liên lạc giữa Mặt Trăng và Trái Đất.

•Cũng đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng thiên văn vô tuyến.