हेलिकल एन्टेना भनेको के हो?
हेलिकल एन्टेना, जसलाई हेलिक्स एन्टेना पनि भनिन्छ, एक तार एन्टेना हो जुन प्रवाहकीय तार वा ट्यूबलाई त्रि-आयामिक हेलिक्समा घुमाएर बनाइन्छ। हेलिक्सको एउटा छेउ सामान्यतया फिड लाइनको केन्द्र कन्डक्टरसँग जोडिएको हुन्छ, जबकि बाहिरी कन्डक्टर धातुको ग्राउन्ड प्लेन वा रिफ्लेक्टरसँग जोडिएको हुन्छ।
यसको विशिष्ट ज्यामितिले एन्टेनालाई हेलिक्स आयाम र सञ्चालन तरंगदैर्ध्य बीचको सम्बन्धको आधारमा विभिन्न विकिरण मोडहरूमा सञ्चालन गर्न अनुमति दिन्छ।
यी मोडहरू मध्ये,अक्षीय मोडआरएफ र माइक्रोवेभ इन्जिनियरिङमा विशेष गरी महत्त्वपूर्ण छ किनभने यसले दिशात्मक विकिरण, अपेक्षाकृत फराकिलो ब्यान्डविथ, र गोलाकार ध्रुवीकरण प्रदान गर्न सक्छ। यी विशेषताहरूले हेलिकल एन्टेनाहरूलाई उपग्रह लिङ्कहरू, टेलिमेट्री, ट्र्याकिङ, अन्तरिक्ष सञ्चार, रेडियो खगोल विज्ञान, र अन्य अनुप्रयोगहरूमा उपयोगी बनाउँछ जहाँ एन्टेना अभिमुखीकरण परिवर्तन हुन सक्छ।
हेलिकल एन्टेनाको सञ्चालन आवृत्ति एउटा निश्चित ब्यान्डमा सीमित छैन। बरु, यो मुख्यतया तरंगदैर्ध्यको सापेक्षमा यसको भौतिक आयामहरूद्वारा निर्धारण गरिन्छ। त्यसैले हेलिकल संरचनाहरू VHF र UHF प्रणालीहरू साथै उच्च-फ्रिक्वेन्सी RF र माइक्रोवेभ अनुप्रयोगहरूको लागि डिजाइन गर्न सकिन्छ।
चित्र १. दिशात्मक सञ्चार प्रणालीमा प्रयोग हुने हेलिकल एन्टेनाको उदाहरण।
हेलिकल एन्टेनाको आधारभूत संरचना
एउटा सामान्य हेलिकल एन्टेनामा चार मुख्य भागहरू हुन्छन्:
- पेचदार कन्डक्टर
- जमिनको समतल वा परावर्तक
- आरएफ फिड पोइन्ट
- मेकानिकल समर्थन संरचना
हेलिक्स सामान्यतया तामाको तार, ट्युबिङ, वा अन्य प्रवाहकीय सामग्रीबाट बनाइन्छ। एउटा छेउ समाक्षीय प्रसारण लाइनको केन्द्र चालकसँग जोडिएको हुन्छ, जबकि समाक्षीय बाहिरी चालक विद्युतीय रूपमा जमिनको समतलसँग जोडिएको हुन्छ।
जमिनको समतलले विकिरणको दिशा नियन्त्रण गर्न मद्दत गर्छ र एन्टेना फिडिङ संरचनाको भागको रूपमा काम गर्छ। व्यावहारिक डिजाइनहरूमा, यसको आयामले प्रतिबाधा, अगाडि-देखि-पछाडिको कार्यसम्पादन, र परिणामस्वरूप विकिरण ढाँचालाई उल्लेखनीय रूपमा प्रभाव पार्न सक्छ।
धेरै ज्यामितीय प्यारामिटरहरूले एन्टेनाको विद्युतीय व्यवहार निर्धारण गर्छन्:
- D — हेलिक्स व्यास
- C — एक मोडको परिधि
- S — छेउछाउका मोडहरू बीचको दूरी
- N — घुमाइको संख्या
- α — पिच कोण
- L — कुल अक्षीय लम्बाइ
परिधि यस प्रकार छ:
[C=\pi D]
पिच कोणलाई यसरी व्यक्त गर्न सकिन्छ:
[\alpha=\tan^{-1}\left(\frac{S}{\pi D}\right)]
यी प्यारामिटरहरूलाई स्वतन्त्र रूपमा विचार गर्न सकिँदैन किनभने एउटा आयाम परिवर्तन गर्दा एन्टेनाको प्रतिबाधा, ध्रुवीकरण, बिमविड्थ, लाभ र सञ्चालन आवृत्ति परिवर्तन हुन्छ।
चित्र २. हेलिक्स कन्डक्टर र ग्राउन्ड-प्लेन रिफ्लेक्टर सहितको विशिष्ट हेलिकल एन्टेना संरचना।
दुई मुख्य विकिरण मोडहरू
हेलिकल एन्टेनाको सबैभन्दा रोचक विशेषता भनेको एउटै आधारभूत संरचनाले यसको विद्युतीय आकारको आधारमा धेरै फरक विकिरण ढाँचाहरू उत्पादन गर्न सक्छ।
सामान्यतया छलफल गरिएका दुई सञ्चालन मोडहरू हुन्:
- सामान्य मोड
- अक्षीय मोड
हेलिकल एन्टेना छनौट गर्दा वा डिजाइन गर्दा यी दुई मोडहरू बीचको भिन्नता बुझ्नु आवश्यक छ।
सामान्य-मोड हेलिकल एन्टेना
In सामान्य मोड, हेलिक्सको समग्र व्यास र दूरी तरंगदैर्ध्यको तुलनामा विद्युतीय रूपमा सानो हुन्छ।
विकिरण मुख्यतया हेलिक्स अक्षको साथमा नभई लगभग लम्बवत रूपमा निर्देशित हुन्छ। विद्युत चुम्बकीय व्यवहारलाई छोटो विद्युतीय द्विध्रुव र सानो लूपद्वारा उत्पादित क्षेत्रहरूको संयोजनको रूपमा बुझ्न सकिन्छ।
हेलिक्स ज्यामिति, पिच कोण, फिड व्यवस्था, र अवलोकन दिशामा निर्भर गर्दै, परिणामस्वरूप ध्रुवीकरण रेखीय, अण्डाकार, वा गोलाकार नजिकका निश्चित डिजाइनहरूमा हुन सक्छ।
सामान्य-मोड हेलिकप्टरहरू सामान्यतया कम्प्याक्ट हुन्छन्, तर तिनीहरूको विद्युतीय रूपमा सानो आयामले तुलनात्मक रूपमा कम विकिरण प्रतिरोध निम्त्याउँछ। यसले अक्षीय-मोड डिजाइनको तुलनामा कम विकिरण दक्षता र साँघुरो ब्यान्डविथ निम्त्याउन सक्छ।
त्यसैले एन्टेनाको आकार प्रमुख बाधा भएको बेला र धेरै उच्च लाभ आवश्यक नपर्ने बेलामा तिनीहरू उपयोगी हुन्छन्।
चित्र ३. सामान्य-मोड हेलिकल एन्टेनाको चित्रणात्मक विकिरण ढाँचा।
अक्षीय-मोड हेलिकल एन्टेना
दअक्षीय मोड, कहिलेकाहीं एन्ड-फायर मोड पनि भनिन्छ, उच्च-प्रदर्शन हेलिकल एन्टेनासँग सम्बन्धित कन्फिगरेसन हो।
यस मोडमा, विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा मुख्यतया हेलिक्सको अक्षमा विकिरण हुन्छ, जसले दिशात्मक किरण बनाउँछ।
एउटा विशिष्ट अक्षीय-मोड डिजाइनले लगभग एक तरंगदैर्ध्य बराबरको हेलिक्स परिधि प्रयोग गर्दछ:
[C \लगभग \लम्बडा]
घुम्ने दूरी प्रायः निम्न वरिपरि हुन्छ:
[S \लगभग ०.२\लम्बडा \पाठ{ देखि } ०.३\लम्बडा]
लगभग एक चौथाई तरंगदैर्ध्य एक सामान्य सुरुवात बिन्दु हो।
धेरै परम्परागत अक्षीय-मोड डिजाइनहरूको लागि, १२°–१४° वरिपरि पिच कोणहरू प्रायः प्रयोग गरिन्छ।
उपयुक्त ज्यामितीय अवस्थाहरूमा, क्रमिक घुमाउरोबाट उत्पन्न हुने क्षेत्रहरू हेलिक्स अक्षमा रचनात्मक रूपमा जोडिन्छन्। यसले गोलाकार वा नजिक-गोलाकार ध्रुवीकरणको साथ दिशात्मक किरण उत्पादन गर्दछ।
मोडहरूको संख्याले एन्टेनाको कार्यसम्पादनलाई पनि असर गर्छ। मोडहरूको संख्या बढाउनाले सामान्यतया मुख्य बीमलाई साँघुरो पार्दा निर्देशन र लाभ बढाउन सक्छ, यद्यपि व्यावहारिक डिजाइनहरूले मेकानिकल लम्बाइ, कन्डक्टर हानि, प्रतिबाधा मिलान, र स्थापना अवरोधहरूलाई पनि विचार गर्नुपर्छ।
चित्र ४. दिशात्मक मुख्य बीमको साथ चित्रणात्मक अक्षीय-मोड हेलिकल एन्टेना विकिरण ढाँचा।
दायाँ-हात र बायाँ-हात गोलाकार ध्रुवीकरण
अक्षीय-मोड हेलिकल एन्टेनाको प्रमुख फाइदाहरू मध्ये एक गोलाकार ध्रुवीकरण उत्पन्न गर्ने यसको प्राकृतिक क्षमता हो।
घुमाउरो दिशा र विकिरण दिशामा निर्भर गर्दै, हेलिक्सलाई निम्न मध्ये कुनै एक उत्पादन गर्न डिजाइन गर्न सकिन्छ:
- RHCP — दायाँ-हात गोलाकार ध्रुवीकरण
- LHCP — बायाँ-हात गोलाकार ध्रुवीकरण
प्रसारण र प्राप्त गर्ने एन्टेना बीचको सापेक्षिक अभिमुखीकरण स्थिर रहन नसक्दा गोलाकार ध्रुवीकरण विशेष गरी उपयोगी हुन्छ।
उदाहरणका लागि, उपग्रहहरू, अन्तरिक्षयानहरू, वायुजनित प्लेटफर्महरू, घुम्ने प्रणालीहरू, र मोबाइल सञ्चार उपकरणहरूले निरन्तर अभिमुखीकरण परिवर्तन गर्न सक्छन्। गोलाकार ध्रुवीकृत एन्टेनाले यस कोणीय भिन्नतामा सञ्चार लिङ्कको संवेदनशीलता कम गर्न सक्छ।
ध्रुवीकरण मिलान अझै पनि महत्त्वपूर्ण छ। RHCP एन्टेना आदर्श रूपमा RHCP एन्टेनासँग सञ्चार गर्दछ, जबकि LHCP एन्टेना सामान्यतया LHCP एन्टेनासँग जोडिएको हुनुपर्छ। विपरीत गोलाकार ध्रुवीकरणले महत्त्वपूर्ण ध्रुवीकरण हानि निम्त्याउन सक्छ।
इन्जिनियरिङ मूल्याङ्कनको लागि,अक्षीय अनुपातसामान्यतया गोलाकार-ध्रुवीकरण गुणस्तर वर्णन गर्न प्रयोग गरिन्छ। एक आदर्श गोलाकार ध्रुवीकृत तरंगको अक्षीय अनुपात ० dB हुन्छ, जबकि व्यावहारिक गोलाकार ध्रुवीकृत एन्टेनाहरू प्रायः इच्छित आवृत्ति र कोणीय दायरामा निर्दिष्ट अक्षीय-अनुपात आवश्यकता विरुद्ध मूल्याङ्कन गरिन्छ।
हेलिकल एन्टेना प्रदर्शनलाई असर गर्ने कारकहरू
हेलिकल एन्टेनाको व्यवहार यसको ज्यामितिसँग नजिकबाट सम्बन्धित छ।
महत्त्वपूर्ण डिजाइन प्यारामिटरहरू समावेश छन्:
हेलिक्स परिधि
एन्टेना सामान्य मोडमा काम गर्छ कि अक्षीय मोडमा, परिधि र तरंगदैर्ध्य बीचको सम्बन्धले निर्धारण गर्न प्रमुख भूमिका खेल्छ।
मोड्ने दूरी
स्पेसिङले छेउछाउका मोडहरूमा धाराहरू बीचको चरण सम्बन्धलाई असर गर्छ र त्यसैले बीम दिशा, प्रतिबाधा, र ध्रुवीकरणलाई असर गर्छ।
पिच कोण
पिच कोणले हेलिक्स आफ्नो अक्षमा कति छिटो अगाडि बढ्छ भनेर वर्णन गर्दछ। स्थिर अक्षीय-मोड व्यवहार कायम राख्नको लागि यो एक महत्त्वपूर्ण प्यारामिटर हो।
घुम्ने संख्या
धेरै घुमाउरोपनले सामान्यतया विद्युतीय एपर्चर बढाउँछ र उच्च निर्देशन प्रदान गर्न सक्छ, तर तिनीहरूले एन्टेनाको लम्बाइ र मेकानिकल जटिलता पनि बढाउँछन्।
जमिनमुनिको विमान
परावर्तकको आकार र आकारले अगाडिको विकिरण ढाँचा, प्रतिबाधा र पछाडिको विकिरणलाई प्रभाव पार्छ।
फिड र प्रतिबाधा मिलान
सही हेलिक्स आयामहरूको साथ पनि, कमजोर प्रतिबाधा मिलानले परावर्तित शक्ति बढाउन सक्छ र प्राप्त एन्टेना प्रदर्शन घटाउन सक्छ। त्यसैले व्यावहारिक डिजाइनहरूले विकिरण विशेषताहरूसँगै फिर्ता हानि वा VSWR मूल्याङ्कन गर्न आवश्यक छ।
विकिरण ढाँचा र लाभ
अक्षीय मोडमा, हेलिकल एन्टेनाले लगभग हेलिक्स अक्षको छेउमा केन्द्रित मुख्य बीम उत्पादन गर्छ।
विद्युतीय लम्बाइ र घुमाउरो संख्या बढ्दै जाँदा, मुख्य बीम सामान्यतया साँघुरो हुँदै जान्छ र एन्टेना निर्देशन बढ्छ। साइड लोबहरू पनि देखा पर्न सक्छन्, विशेष गरी लामो वा अप्टिमाइज नगरिएका संरचनाहरूमा।
त्यसैले एन्टेनाको मूल्याङ्कन केवल लाभको आधारमा गर्नु हुँदैन। इन्जिनियरहरूले सामान्यतया धेरै विशेषताहरूलाई सँगै विचार गर्छन्:
- लाभ
- प्राप्त लाभ
- आधा-शक्ति बिमविड्थ
- अक्षीय अनुपात
- VSWR वा फिर्ता हानि
- अगाडि-देखि-पछाडि अनुपात
- साइड-लोब स्तर
- ध्रुवीकरण शुद्धता
- विकिरण दक्षता
प्यारामिटरहरूको यो संयोजनले एकल लाभ मान भन्दा एन्टेना कार्यसम्पादनको धेरै पूर्ण तस्वीर प्रदान गर्दछ।
हेलिकल एन्टेनाका फाइदाहरू
हेलिकल एन्टेनाले धेरै उपयोगी इन्जिनियरिङ फाइदाहरू प्रदान गर्दछ:
- अपेक्षाकृत सरल यान्त्रिक निर्माण
- अक्षीय मोडमा प्राकृतिक गोलाकार-ध्रुवीकरण क्षमता
- उपयोगी सञ्चालन ब्यान्डविथ
- राम्रो दिशात्मक प्रदर्शन
- विभिन्न आवृत्ति दायराहरूको लागि स्केलेबल ज्यामिति
- लचिलो RHCP वा LHCP कार्यान्वयन
- व्यक्तिगत एन्टेना वा एन्टेना एरेहरूको लागि उपयुक्त
डिजाइन सीमाहरू
विचार गर्नुपर्ने धेरै कारकहरू पनि छन्:
- अक्षीय-मोड डिजाइनहरूलाई महत्त्वपूर्ण भौतिक लम्बाइ आवश्यक पर्न सक्छ
- उच्च लाभको लागि सामान्यतया धेरै घुमाउरो चाहिन्छ र त्यसैले लामो एन्टेना चाहिन्छ
- प्रदर्शन ज्यामितीय शुद्धतामा पूर्ण रूपमा निर्भर गर्दछ।
- जमिन-समतल आयामहरूले विकिरण विशेषताहरूलाई प्रभाव पार्छन्
- फिड मिलान राम्रोसँग डिजाइन गरिएको हुनुपर्छ।
- उच्च पालो गणनामा मेकानिकल समर्थन अझ महत्त्वपूर्ण हुन्छ
- विपरीत गोलाकार-ध्रुवीकरण इन्द्रियहरूले उच्च ध्रुवीकरण बेमेल हानि उत्पादन गर्न सक्छन्।
सामान्य अनुप्रयोगहरू
हेलिकल एन्टेनाहरू विभिन्न प्रकारका आरएफ प्रणालीहरूमा पाउन सकिन्छ, जसमा समावेश छन्:
- उपग्रह सञ्चार
- अन्तरिक्ष यानको टेलिमेट्री र ट्र्याकिङ
- ग्राउन्ड-स्टेशन सञ्चार
- रेडियो खगोल विज्ञान
- हवाई तथा अन्तरिक्ष सञ्चार प्रणालीहरू
- आरएफ टेलिमेट्री
- दिशात्मक VHF र UHF लिङ्कहरू
- रिमोट सेन्सिङ
- एन्टेना मापन र अनुसन्धान
- गोलाकार-ध्रुवीकरण प्रयोगहरू
- सञ्चार प्रणाली परीक्षण
आरएफ इन्जिनियरिङमा हेलिकल एन्टेना किन महत्त्वपूर्ण छ?
हेलिकल एन्टेना एन्टेना ज्यामितिले विद्युत चुम्बकीय व्यवहारलाई कसरी नियन्त्रण गर्छ भन्ने कुराको उत्कृष्ट उदाहरण हो।
परिधि, स्पेसिङ, पिच कोण, र मोडहरूको संख्या जस्ता प्यारामिटरहरू परिवर्तन गरेर, इन्जिनियरहरूले कम्प्याक्ट ब्रोडसाइड रेडिएटरबाट दिशात्मक गोलाकार ध्रुवीकृत एन्टेनामा सार्न सक्छन्।
गोलाकार ध्रुवीकृत हर्न एन्टेना, एन्टेना एरे, उपग्रह एन्टेना, ब्रॉडब्यान्ड मापन एन्टेना, र माइक्रोवेभ सञ्चार प्रणाली जस्ता उन्नत एन्टेना प्रविधिहरूको अध्ययन गर्दा भौतिक ज्यामिति र विद्युतीय कार्यसम्पादन बीचको यो सम्बन्ध पनि महत्त्वपूर्ण छ।
RF MISO ले RF परीक्षण, सञ्चार, राडार, एन्टेना मापन, र प्रणाली एकीकरण अनुप्रयोगहरूको लागि एन्टेना र माइक्रोवेभ कम्पोनेन्टहरू विकास गर्दछ। हेलिकल एन्टेना जस्ता आधारभूत एन्टेना संरचनाहरू बुझ्दा इन्जिनियरहरूलाई फ्रिक्वेन्सी दायरा, लाभ, ध्रुवीकरण, अक्षीय अनुपात, बीमविड्थ, VSWR, र विकिरण ढाँचा सहित महत्त्वपूर्ण प्यारामिटरहरूको राम्रोसँग मूल्याङ्कन गर्न मद्दत गर्दछ।
एन्टेनाको बारेमा थप जान्नको लागि, कृपया भ्रमण गर्नुहोस्:
पोस्ट समय: अगस्ट-०७-२०२६
