हेलिकल अँटेना: कार्यतत्त्व, प्रारण प्रकार, ध्रुवीकरण आणि अनुप्रयोग

उजव्या आणि डाव्या हाताचे वर्तुळाकार ध्रुवीकरण

अक्षीय-मोड हेलिकल अँटेनाचा एक प्रमुख फायदा म्हणजे वर्तुळाकार ध्रुवीकरण निर्माण करण्याची त्याची नैसर्गिक क्षमता.

गुंडाळण्याची दिशा आणि प्रक्षेपाच्या दिशेवर अवलंबून, हेलिक्सची रचना खालीलपैकी एक निर्माण करण्यासाठी केली जाऊ शकते:

• आरएचसीपी — उजव्या हाताचे वर्तुळाकार ध्रुवीकरण
• एलएचसीपी — डाव्या हाताचे वर्तुळाकार ध्रुवीकरण

जेव्हा प्रेषक आणि ग्रहण करणाऱ्या अँटेनांमधील सापेक्ष स्थिती स्थिर राहू शकत नाही, तेव्हा वर्तुळाकार ध्रुवीकरण विशेषतः उपयुक्त ठरते.

उदाहरणार्थ, उपग्रह, अंतराळयान, हवाई प्लॅटफॉर्म, फिरणाऱ्या प्रणाली आणि मोबाईल कम्युनिकेशन उपकरणे सतत आपली स्थिती बदलू शकतात. एक वर्तुळाकार ध्रुवीकृत अँटेना या कोनीय बदलामुळे कम्युनिकेशन लिंकवर होणारा परिणाम कमी करू शकतो.

ध्रुवीकरण जुळवणी अजूनही महत्त्वाची आहे. आदर्शपणे, एका RHCP अँटेनाने दुसऱ्या RHCP अँटेनाशीच संवाद साधावा, तर एका LHCP अँटेनाची सामान्यतः दुसऱ्या LHCP अँटेनाशीच जोडी लावली पाहिजे. विरुद्ध वर्तुळाकार ध्रुवीकरणामुळे ध्रुवीकरणाची लक्षणीय हानी होऊ शकते.

अभियांत्रिकी मूल्यांकनासाठी,अक्षीय गुणोत्तरवर्तुळाकार ध्रुवीकरणाच्या गुणवत्तेचे वर्णन करण्यासाठी सामान्यतः वापरले जाते. एका आदर्श वर्तुळाकार ध्रुवीकृत तरंगाचे अक्षीय गुणोत्तर 0 dB असते, तर व्यावहारिक वर्तुळाकार ध्रुवीकृत अँटेनांचे मूल्यांकन अनेकदा इच्छित वारंवारता आणि कोनीय श्रेणीमध्ये एका विशिष्ट अक्षीय-गुणोत्तराच्या आवश्यकतेनुसार केले जाते.

हेलिकल अँटेनाच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणारे घटक

हेलिकल अँटेनाचे वर्तन त्याच्या भूमितीशी जवळून संबंधित असते.

महत्त्वपूर्ण डिझाइन मापदंडांमध्ये खालील बाबींचा समावेश आहे:

हेलिक्स परिघ

अँटेना सामान्य मोडमध्ये कार्य करतो की अक्षीय मोडमध्ये, हे ठरवण्यात परिघ आणि तरंगलांबी यांच्यातील संबंध महत्त्वाची भूमिका बजावतो.

वळण अंतर

अंतरामुळे लगतच्या वेटोळ्यांवरील प्रवाहांच्या कला संबंधावर परिणाम होतो आणि त्यामुळे शलाकेची दिशा, प्रतिबाधा आणि ध्रुवीकरण प्रभावित होते.

पिच अँगल

पिच कोन हेलिक्स त्याच्या अक्षावर किती वेगाने पुढे सरकतो हे दर्शवतो. स्थिर अक्षीय-मोड वर्तन टिकवून ठेवण्यासाठी हा एक महत्त्वाचा मापदंड आहे.

वळणांची संख्या

जास्त वेढ्यांमुळे सामान्यतः इलेक्ट्रिकल ॲपर्चर वाढते आणि उच्च डायरेक्टिव्हिटी मिळू शकते, परंतु त्यामुळे अँटेनाची लांबी आणि यांत्रिक गुंतागुंत देखील वाढते.

ग्राउंड प्लेन

परावर्तकाचा आकार आणि स्वरूप हे अग्रगामी प्रारण आकृतिबंध, प्रतिबाधा आणि पश्चगामी प्रारण यांवर प्रभाव टाकतात.

फीड आणि इम्पेडन्स मॅचिंग

हेलिक्सचे आकारमान योग्य असले तरी, खराब इम्पेडन्स मॅचिंगमुळे परावर्तित शक्ती वाढू शकते आणि अँटेनाची प्रत्यक्ष कार्यक्षमता कमी होऊ शकते. त्यामुळे, व्यावहारिक डिझाइनमध्ये रेडिएशन वैशिष्ट्यांसोबतच रिटर्न लॉस किंवा VSWR चे मूल्यांकन करणे आवश्यक आहे.

विकिरण नमुना आणि लाभ

अक्षीय मोडमध्ये, हेलिकल अँटेना अंदाजे हेलिक्स अक्षाच्या दिशेने केंद्रित असलेला मुख्य बीम तयार करतो.

इलेक्ट्रिकल लांबी आणि वेढ्यांची संख्या वाढल्याने, मुख्य बीम सामान्यतः अरुंद होतो आणि अँटेनाची दिशात्मकता वाढते. विशेषतः लांब किंवा नॉन-ऑप्टिमाइझ्ड संरचनांमध्ये साइड लोब्स देखील दिसू शकतात.

त्यामुळे अँटेनाचे मूल्यांकन केवळ गेनच्या आधारावर करू नये. अभियंते सामान्यतः अनेक वैशिष्ट्यांचा एकत्रितपणे विचार करतात:

• फायदा
• मिळालेला फायदा
• अर्ध-शक्ती बीमरुंदी
• अक्षीय गुणोत्तर
• VSWR किंवा परतावा तोटा
• पुढून-मागचे गुणोत्तर
• साइड-लोब पातळी
• ध्रुवीकरण शुद्धता
• विकिरण कार्यक्षमता

एकाच गेन मूल्यापेक्षा, पॅरामीटर्सचे हे संयोजन अँटेनाच्या कार्यक्षमतेचे अधिक परिपूर्ण चित्र प्रदान करते.

हेलिकल अँटेनाचे फायदे

हेलिकल अँटेनामुळे अनेक उपयुक्त अभियांत्रिकी फायदे मिळतात:

• तुलनेने साधी यांत्रिक रचना
• अक्षीय मोडमध्ये नैसर्गिक वर्तुळाकार-ध्रुवीकरण क्षमता
• उपयुक्त ऑपरेटिंग बँडविड्थ
• चांगली दिग्दर्शन कामगिरी
• वेगवेगळ्या वारंवारता श्रेणींसाठी स्केलेबल भूमिती
• लवचिक RHCP किंवा LHCP अंमलबजावणी
• वैयक्तिक अँटेना किंवा अँटेना अॅरेसाठी उपयुक्त

डिझाइन मर्यादा

तसेच विचारात घेण्यासारखे अनेक घटक आहेत:

• अक्षीय-मोड डिझाइनसाठी लक्षणीय भौतिक लांबीची आवश्यकता असू शकते.
• जास्त गेनसाठी सामान्यतः जास्त वेढे लागतात आणि त्यामुळे अँटेना अधिक लांब लागतो.
• कामगिरी भौमितिक अचूकतेवर मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून असते.
• भू-पातळीचे परिमाण किरणोत्सर्गाच्या वैशिष्ट्यांवर प्रभाव टाकतात.
• फीड मॅचिंगची रचना योग्य प्रकारे केली पाहिजे.
• जास्त फेऱ्यांच्या वेळी यांत्रिक आधाराचे महत्त्व वाढते.
• विरुद्ध वर्तुळाकार-ध्रुवीकरण संवेदनांमुळे उच्च ध्रुवीकरण विसंगती हानी होऊ शकते.

ठराविक अनुप्रयोग

हेलिकल अँटेना विविध प्रकारच्या आरएफ सिस्टीममध्ये आढळतात, ज्यामध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:

• उपग्रह संप्रेषण
• अंतराळयान टेलीमेट्री आणि ट्रॅकिंग
• ग्राउंड-स्टेशन कम्युनिकेशन
• रेडिओ खगोलशास्त्र
• हवाई आणि अंतराळ दळणवळण प्रणाली
• आरएफ टेलीमेट्री
• दिशात्मक VHF आणि UHF लिंक्स
• दूरस्थ संवेदन
• अँटेना मापन आणि संशोधन
• वर्तुळाकार-ध्रुवीकरण प्रयोग
• संप्रेषण प्रणाली चाचणी

आरएफ अभियांत्रिकीमध्ये हेलिकल अँटेना का महत्त्वाचे आहेत

अँटेनाची भूमिती विद्युतचुंबकीय वर्तनावर कसे नियंत्रण ठेवते, याचे हेलिकल अँटेना हे एक उत्तम उदाहरण आहे.

परिघ, अंतर, पिच कोन आणि वेढ्यांची संख्या यांसारखे पॅरामीटर्स बदलून, अभियंते एका कॉम्पॅक्ट ब्रॉडसाइड रेडिएटरपासून दिशात्मक वर्तुळाकार ध्रुवीकृत अँटेनापर्यंत पोहोचू शकतात.

भौतिक भूमिती आणि विद्युत कार्यक्षमता यांच्यातील हा संबंध, वर्तुळाकार ध्रुवीकृत हॉर्न अँटेना, अँटेना अॅरे, सॅटेलाइट अँटेना, ब्रॉडबँड मापन अँटेना आणि मायक्रोवेव्ह कम्युनिकेशन सिस्टीम यांसारख्या अधिक प्रगत अँटेना तंत्रज्ञानाचा अभ्यास करताना देखील महत्त्वाचा आहे.

RF MISO हे RF चाचणी, संचार, रडार, अँटेना मापन आणि सिस्टम इंटिग्रेशन यांसारख्या अनुप्रयोगांसाठी अँटेना आणि मायक्रोवेव्ह घटक विकसित करते. हेलिकल अँटेनासारख्या मूलभूत अँटेना संरचना समजून घेतल्याने अभियंत्यांना फ्रिक्वेन्सी रेंज, गेन, पोलरायझेशन, ॲक्सियल रेशो, बीमविड्थ, VSWR आणि रेडिएशन पॅटर्न यांसारख्या महत्त्वाच्या पॅरामीटर्सचे अधिक चांगल्या प्रकारे मूल्यांकन करण्यास मदत होते.