Qué es una antena helicoidal: cómo funciona y sus aplicaciones

Según el estándar IEEE, una antena o radiador se puede definir como un medio utilizado para transmitir y recibir ondas de radio. Hay diferentes tipos de antenas disponibles que se clasifican en diferentes tipos según la aplicación, como bocina, dipolo, parche, banda ancha, registro periódico, etc. Entre ellos, antena helicoidal es uno de los tipos de antena de banda ancha que también se llama antena helicoidal. Es una de las antenas más básicas, realistas y simples diseñada con una bobina de alambre enrollada en forma de estructura helicoidal. Entonces, este artículo trata sobre una descripción general de una antena helicoidal y cómo funciona con las aplicaciones.


Índice de Contenido
  1. ¿Qué es una antena helicoidal?
    1. Características
    2. Diseño de antena helicoidal
    3. ¿Cómo funciona una antena helicoidal?
    4. Ventajas
    5. Desventajas
    6. Aplicaciones

¿Qué es una antena helicoidal?

Definición de antena helicoidal: Las antenas más simples que se usan ampliamente en frecuencias ultra altas se conocen como antenas helicoidales, por lo que esta antena funciona tanto en rangos de VHF como de UHF. Estas antenas están diseñadas con un hilo conductor en forma de hélice. Esta antena tiene características únicas como ancho de banda amplio, alta ganancia y polarización circular.

antena helicoidal

El rango de frecuencia de esta antena se extiende desde 30MHz0-3GHz. Esta antena se utiliza en comunicaciones espaciales como retransmisiones por satélite y también en radioastronomía, redes inalámbricas y comunicaciones por satélite.

Características

los Características principales de una antena helicoidal. Incluya lo siguiente.

  • Esta es una antena simple utilizada para polarización circular.
  • Se utiliza en diferentes bandas como VHF y UHF.
  • Se utiliza con mayor frecuencia en modo axial.
  • No se elige en el modo normal donde la eficiencia y el ancho del haz son bajos en este modo.
  • Su diseño es muy sencillo y tiene máxima directividad.
  • En modo axial, es una antena de banda ancha.
  • Si la relación axial es cero, se produce una polarización horizontal lineal.
  • Si la relación axial es infinita, se produce una polarización vertical lineal.
  • Si la relación axial es uno, entonces ocurre la polarización circular.

Diseño de antena helicoidal

La construcción de la antena helicoidal se muestra a continuación. Esta antena se puede diseñar con un cable de cobre grueso similar a un cable de plomo enrollado en forma helicoidal y se conecta a la placa de tierra a través de una línea de alimentación. Esta antena es muy simple de diseñar y proporciona ondas polarizadas circularmente, por lo que se utiliza en diferentes aplicaciones basadas en comunicaciones donde se involucran relés satelitales.

Construcción de la antena helicoidal
Construcción de la antena helicoidal

El diagrama anterior representa un sistema de antena helicoidal que requiere un área exterior más grande. Aquí, un extremo de la hélice está conectado al conductor medio del cable mientras que el conductor exterior simplemente está conectado a la placa de tierra que está hecha con el conductor. Esta antena está alimentada por un cable coaxial que puede funcionar en modo axial y normal.

Sabemos que la antena helicoidal funciona según dos modos donde el factor decisivo de estos modos es el diámetro de la hélice y el espacio entre dos giros consecutivos.

Suponga que la longitud de una sola vuelta de la antena helicoidal es 'L', el espacio entre vueltas consecutivas es 'S', entonces la longitud total de la antena será NS. La circunferencia de la hélice se anota C que viene dada por 'πD'. Aquí, 'D' es el diámetro del resorte helicoidal.

Al considerar el giro de bobinado único de la antena helicoidal, los diversos parámetros relacionados con él se pueden definir a través del siguiente triángulo. La radiación de la antena helicoidal depende principalmente de la distancia entre giros, el diámetro y el ángulo de inclinación. Así, el ángulo de paso es el ángulo existente entre una recta tangente a la rosca de la hélice y un plano normal al eje de la hélice.

Relación entre parámetros
Relación entre parámetros

Entonces, tan α = S/C = S/ πD =>

Ángulo de inclinación en una antena helicoidal α = tan-1 (S/πD)

Dónde,

'D' es el diámetro de la hélice.

'S' es el espacio entre curvas

'α' es el ángulo de inclinación.

Por lo tanto, finalmente, podemos concluir que las características de radiación de la antena cambian al cambiar los parámetros anteriores según la longitud de onda.

¿Cómo funciona una antena helicoidal?

Una vez que un cable conductor en una antena se energiza a través de un cable coaxial, de lo contrario, una línea de transmisión de dos hilos suministra corriente a través del cable conductor. Así, provoca la generación de líneas de campo y la emisión de radiación. Es importante saber que una antena helicoidal puede transmitir en diferentes modos, por lo que los modos de funcionamiento de la antena helicoidal son el modo normal y el modo axial que se analizan a continuación.

modo normal

En este tipo de modo, el paso y el diámetro de la antena helicoidal son pequeños en comparación con la longitud de onda. Por lo tanto, su funcionamiento es análogo a un dipolo o monopolo corto eléctrico. En el modo de radiación normal, el campo de radiación es normal al eje de la hélice, por lo que las señales radiadas están polarizadas circularmente.

Este modo tiene una eficiencia baja y un ancho de banda estrecho, por lo que se utiliza principalmente para antenas compactas para radios móviles bidireccionales portátiles y antenas de transmisión de TV UHF. El patrón de radiación de la antena helicoidal es una combinación de las antenas de bucle y dipolo corto.

El patrón de radiación de la antena helicoidal en el modo de radiación normal depende principalmente de los valores de diámetro y su espaciamiento de giro. Las principales desventajas de la operación en modo normal son el ancho de banda estrecho y la baja eficiencia de radiación, por lo que no se usa con frecuencia.

Modo axial

En este modo, el paso y el diámetro de la antena helicoidal son similares a la longitud de onda, por lo que funciona como una antena direccional. A diferencia del modo normal, no existe una solución simple disponible para decidir las propiedades de radiación en este modo axial. Por lo tanto, para este modo, se utilizan métodos analíticos y numéricos determinados experimentalmente para concluir estos factores. Este modo es utilizado con frecuencia por estaciones terrestres en sistemas de comunicación por satélite. Este modo de operación se usa más convenientemente.

Patrones de radiación de antena helicoidal
Patrones de radiación de antena helicoidal

fórmulas

Las siguientes fórmulas se utilizan para calcular la ganancia de la antena helicoidal, el diámetro, el espacio entre las bobinas, la longitud del cable, el ancho del haz de media potencia, los ceros del ancho del haz principal y la apariencia.

Ganancia de antena helicoidal (G) = (10,8+10 x log (número de vueltas x espacio entre bobinas)) / log10

Diámetro (D) = longitud de onda/3,14

Espacio entre bobinas (S) = Espacio entre bobinas x longitud de onda

Longitud del cable (L) = Número de vueltas x √(longitud de onda^2 + Espacio entre bobinas^2

Ancho de haz de potencia media de antena = 52 / (√ (Número de vueltas x espacio entre bobinas))

Ancho de haz Primeros nulos de la antena = 115 / (√ (Número de vueltas x Espacio entre las bobinas))

Apertura = (10 (ganancia de antena / 10) x longitud de onda^2) / (4 * 3,14)

Ventajas

los ventajas de una antena helicoidal Incluya lo siguiente.

  • El diseño es sencillo.
  • La directividad es alta.
  • Amplio ancho de banda.
  • Se puede obtener polarización circular.
  • Se puede utilizar en las bandas VHF y HF.
  • Construcción robusta.
  • Cuando se utiliza un modelo con polarización circular, es aceptable en tanto para tipos de antena con polarización vertical como horizontal.

Desventajas

los desventajas de una antena helicoidal Incluya lo siguiente.

  • Su tamaño es más grande por lo que ocupa más espacio.
  • La eficiencia depende principalmente de la cantidad de vueltas, por lo que, debido a la cantidad de vueltas, la eficiencia disminuirá.
  • Alto costo.

Aplicaciones

los aplicaciones de antenas helicoidales Incluya lo siguiente.

  • Estas antenas son aplicables en comunicaciones por satélite y sondas espaciales debido a su polarización circular de las ondas electromagnéticas transmitidas y su máxima directividad.
  • Se utilizan antenas helicoidales individuales o en conjunto para transmitir y recibir señales de VHF.
  • Se utiliza para satélites de estaciones terrenas.
  • Se utiliza para enlaces de telemetría a través de misiles balísticos.
  • La comunicación se puede establecer entre la luna y la tierra.
  • Las antenas helicoidales se utilizan en muchos satélites como retransmisión de datos y meteorología.
  • Esta antena se utiliza para transmitir y recibir ondas VHF, en particular para la propagación ionosférica.
  • Se utiliza para diferentes comunicaciones como radioastronomía, telemetría espacial, satélite y espacial.

Así, se trata de una descripción general de la antena helicoidal y su trabajo con aplicaciones. Estas son antenas muy simples donde el cable conductor de esta antena se enrolla en forma helicoidal y se conecta a la placa de tierra a través de una línea de alimentación. La polarización de la antena helicoidal es circular y también tiene una alta directividad, por lo que se utiliza en comunicaciones espaciales y por satélite.

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