ข่าว - เสาอากาศแบบเกลียว: ตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการโพลาไรซ์แบบวงกลมในย่านความถี่กว้าง

เอเสาอากาศแบบเกลียวเป็นตัวอย่างทั่วไปของเสาอากาศแบบลวด ซึ่งมีลักษณะโครงสร้างเป็นรูปทรงเกลียว เป็นเสาอากาศแบบบรอดแบนด์ที่เหมาะสำหรับย่านความถี่ VHF และ UHF

เสาอากาศแบบเกลียวทำงานในช่วงความถี่ประมาณ 30 MHz ถึง 3 GHz โดยส่วนใหญ่ครอบคลุมย่านความถี่ VHF และ UHF

โครงสร้างและหลักการทำงานของเสาอากาศแบบเกลียว

เสาอากาศแบบเกลียวเกิดจากการพันตัวนำให้เป็นรูปเกลียวและเชื่อมต่อกับระนาบกราวด์ผ่านสายป้อน ด้วยโครงสร้างที่เรียบง่าย ทำให้เกิดคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมโดยธรรมชาติ และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในการสื่อสารนอกโลก เช่น ระบบถ่ายทอดสัญญาณดาวเทียม

ภาพด้านบนแสดงระบบเสาอากาศแบบเกลียวที่ใช้สำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียม เสาอากาศประเภทนี้โดยทั่วไปต้องการพื้นที่ติดตั้งกลางแจ้งที่กว้างขวาง

เสาอากาศแบบเกลียวประกอบด้วยขดลวดทองแดงหนาหรือท่อทองแดงที่ดัดเป็นรูปทรงเกลียว ทำงานร่วมกับแผ่นโลหะเรียบที่เป็นฐานกราวด์ ปลายด้านหนึ่งของเกลียวเชื่อมต่อกับตัวนำตรงกลางของสายเคเบิลโคแอกเซียล ในขณะที่ตัวนำด้านนอกเชื่อมต่อกับแผ่นกราวด์

ภาพด้านบนแสดงโครงสร้างของเสาอากาศแบบเกลียว พร้อมรายละเอียดส่วนประกอบต่างๆ

ลักษณะการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบเกลียวส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียว ระยะห่างระหว่างรอบ (ระยะห่างระหว่างเกลียว) และมุมของระยะห่างระหว่างเกลียว

มุมพิทช์ (pitch angle) ถูกกำหนดให้เป็นมุมระหว่างเส้นสัมผัสกับเกลียวและระนาบที่ตั้งฉากกับแกนเกลียว โดยมีสูตรดังนี้:

ที่ไหน:

• D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียว

• S คือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของวงเลี้ยวแต่ละวง (ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางถึงจุดศูนย์กลางของวงเลี้ยวที่อยู่ติดกัน)

•α คือมุมเอียง

โหมดการทำงาน

เสาอากาศแบบเกลียวทำงานในสองโหมดหลัก:

•โหมดปกติ (หรือเรียกอีกอย่างว่าโหมดการแผ่รังสีตั้งฉาก)

• โหมดแกน (หรือเรียกอีกอย่างว่า โหมดปลายลำแสง หรือ โหมดการแผ่รังสีลำแสง)

แต่ละโหมดจะอธิบายรายละเอียดไว้ด้านล่างนี้

ในโหมดการแผ่รังสีปกติ สนามที่แผ่รังสีจะตั้งฉากกับแกนของเกลียว และคลื่นที่แผ่รังสีจะเป็นแบบโพลาไรซ์วงกลม โหมดนี้จะเกิดขึ้นเมื่อขนาดของเกลียวมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น ในกรณีนี้ คุณลักษณะการแผ่รังสีของเสาอากาศเกลียวสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นส่วนผสมของเสาอากาศไดโพลแบบสั้นและเสาอากาศแบบวงแหวน

ภาพด้านบนแสดงให้เห็นถึงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบเกลียวที่ทำงานในโหมดปกติ

โหมดนี้ถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียว D และระยะห่างระหว่างรอบ S ข้อเสียของโหมดการทำงานนี้ได้แก่ ประสิทธิภาพการแผ่รังสีต่ำและแบนด์วิดท์แคบ ดังนั้นจึงไม่ค่อยได้ใช้ในการใช้งานจริง

โหมดแกน

ในโหมดการแผ่รังสีตามแนวแกน สนามที่แผ่รังสีจะมีลักษณะพุ่งออกไปตามแนวแกนของเกลียว และคลื่นที่แผ่รังสีจะมีลักษณะโพลาไรซ์แบบวงกลมหรือเกือบเป็นวงกลม โหมดนี้จะเกิดขึ้นเมื่อเส้นรอบวงของเกลียวเพิ่มขึ้นจนมีขนาดประมาณหนึ่งความยาวคลื่น (λ) และระยะห่างระหว่างรอบประมาณ λ/4 ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ รูปแบบการแผ่รังสีจะกว้างตามแนวแกนโดยมีลักษณะเฉพาะแบบมีทิศทาง และจะมีกลีบข้างปรากฏขึ้นที่มุมที่เบี่ยงเบนจากแกน

ภาพด้านบนแสดงให้เห็นถึงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบเกลียวที่ทำงานในโหมดแกน

เมื่อเสาอากาศถูกออกแบบมาสำหรับคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมขวา (RHCP) จะไม่สามารถรับคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมซ้าย (LHCP) ได้ และในทางกลับกัน โหมดการทำงานนี้ง่ายต่อการใช้งานและนิยมใช้ในทางปฏิบัติมากกว่า

ข้อดีหลักของเสาอากาศแบบเกลียวมีดังต่อไปนี้:

•โครงสร้างเรียบง่ายและออกแบบได้ง่าย

•ทิศทางแม่นยำสูง

•แบนด์วิดท์กว้าง

• สามารถสร้างโพลาไรเซชันแบบวงกลมได้

• เหมาะสำหรับย่านความถี่ HF และ VHF

การใช้งานหลักของเสาอากาศแบบเกลียวมีดังต่อไปนี้:

•เสาอากาศแบบเกลียวเดี่ยวหรือแบบเรียงต่อกันใช้สำหรับการส่งและรับสัญญาณ VHF

•ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบสื่อสารของดาวเทียมและยานสำรวจอวกาศลึก

• นำไปใช้ในการเชื่อมโยงข้อมูลทางไกลระหว่างขีปนาวุธ ดาวเทียม และสถานีภาคพื้นดิน

•ใช้ในการสร้างการสื่อสารระหว่างดวงจันทร์และโลก

•ยังมีบทบาทสำคัญในการประยุกต์ใช้ในด้านดาราศาสตร์วิทยุด้วย