Notícias - Antena helicoidal: a escolha ideal para polarização circular de banda larga

UMAntena EspiralÉ um exemplo típico de antena de fio, caracterizada por sua estrutura em forma de espiral. É uma antena de banda larga adequada para as faixas de VHF e UHF.

A antena helicoidal opera em uma faixa de frequência de aproximadamente 30 MHz a 3 GHz, cobrindo principalmente as bandas VHF e UHF.

Princípios de construção e funcionamento da antena espiral

Uma antena espiral é formada enrolando um condutor em forma de espiral e conectando-o a um plano de terra por meio de uma linha de alimentação. Com sua estrutura simples, ela gera naturalmente ondas polarizadas circularmente e é amplamente utilizada em comunicações extraterrestres, como sistemas de retransmissão via satélite.

A figura acima mostra um sistema de antena espiral usado para comunicações via satélite. Essas antenas normalmente requerem amplo espaço externo para instalação.

A antena espiral consiste em uma bobina de fio ou tubo de cobre grosso moldada em forma de hélice, que funciona em conjunto com um plano de aterramento metálico plano. Uma extremidade da hélice é conectada ao condutor central do cabo coaxial, enquanto o condutor externo é conectado ao plano de aterramento.

A imagem acima ilustra a estrutura de uma antena espiral, com uma visão detalhada de seus componentes.

As características de radiação de uma antena espiral são determinadas principalmente pelo diâmetro da hélice, pelo espaçamento entre as espiras (passo) e pelo ângulo de inclinação.

O ângulo de inclinação é definido como o ângulo entre a tangente à hélice e o plano normal ao eixo da hélice, e é dado por:

Onde:

•D é o diâmetro da hélice

•S é o passo (distância entre os centros das curvas adjacentes)

• α é o ângulo de inclinação

Modo de operação

As antenas espirais operam em dois modos principais:

•Modo normal (também conhecido como modo de radiação perpendicular)

•Modo Axial (também conhecido como modo de disparo final ou modo de radiação de feixe)

Cada modo é descrito em detalhes abaixo.

No modo de radiação normal, o campo irradiado é perpendicular ao eixo da hélice e a onda irradiada é polarizada circularmente. Esse modo é obtido quando as dimensões da hélice são pequenas em relação ao comprimento de onda. Nesse caso, as características de radiação da antena helicoidal podem ser consideradas como uma combinação de uma antena dipolo curta e uma antena de laço.

A figura acima ilustra o padrão de radiação de uma antena espiral operando em modo normal.

Este modo é determinado pelo diâmetro da hélice D e pelo espaçamento entre as espiras S. As desvantagens deste modo de operação incluem baixa eficiência de radiação e largura de banda estreita; portanto, raramente é utilizado em aplicações práticas.

Modo Axial

No modo de radiação axial, o campo irradiado apresenta características de emissão axial ao longo do eixo da hélice, e a onda irradiada é polarizada circularmente ou quase circularmente. Esse modo é obtido quando a circunferência da hélice é aumentada para a ordem de um comprimento de onda (λ) e o espaçamento entre as espiras é de aproximadamente λ/4. Nessas condições, o padrão de radiação é amplo ao longo do eixo, com características direcionais, e lóbulos laterais aparecem em ângulos desalinhados em relação ao eixo.

A figura acima ilustra o padrão de radiação de uma antena espiral operando em modo axial.

Quando a antena é projetada para ondas polarizadas circularmente à direita (RHCP), ela não receberá ondas polarizadas circularmente à esquerda (LHCP), e vice-versa. Esse modo de operação é fácil de implementar e é mais comumente usado em aplicações práticas.

As principais vantagens da antena espiral são as seguintes:

• Estrutura simples e fácil de projetar

•Alta diretividade

•Ampla largura de banda

•Capaz de polarização circular

• Adequado para bandas HF e VHF

As principais aplicações da antena espiral são as seguintes:

• Antenas helicoidais simples ou seus arranjos são usados para transmissão e recepção de sinais VHF.

• Amplamente utilizado em sistemas de comunicação via satélite e sondas espaciais.

•Aplicado em enlaces de telemetria entre mísseis balísticos, satélites e estações terrestres.

• Utilizado para estabelecer comunicação entre a Lua e a Terra

• Também desempenha um papel importante em aplicações de radioastronomia.