टर्नस्टाइल एंटीना

एक घूमने वाला दरवाज़ा ऐन्टेना, या क्रॉस-द्विध्रुवीय ऐन्टेना, एक रेडियो एंटीना है जिसमें दो समान द्विध्रुवीय एंटेना का एक सेट होता है जो एक दूसरे से समकोण पर जुड़ा होता है और चरण चतुर्भुज में खिलाया जाता है; डिप्लोल्स पर लागू दो धाराएं 90 डिग्री चरण से बाहर हैं। नाम इस धारणा को दर्शाता है कि ऐन्टेना क्षैतिज रूप से घुड़सवार होने पर घूमने वाला दरवाज़ा जैसा दिखता है। एंटीना को दो संभावित मोड में इस्तेमाल किया जा सकता है। सामान्य मोड में ऐन्टेना अपनी धुरी के लंबवत क्षैतिज ध्रुवीकरण रेडियो तरंगों को विकीर्ण करता है। अक्षीय मोड में ऐन्टेना अपनी धुरी के साथ परिपत्र ध्रुवीकरण विकिरण विकीर्ण करता है।

विशिष्ट सामान्य मोड टर्नस्टाइल एंटेना जिन्हें सुपरटर्नस्टाइल या बैटविंग एंटीना  कहा जाता है, का उपयोग टेलीविजन प्रसारण एंटेना के रूप में किया जाता है। बहुत उच्च आवृत्ति और अल्ट्राहाई आवृत्ति बैंड में उपग्रह ग्राउंड स्टेशन एंटेना के लिए अक्षीय मोड टर्नस्टाइल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, क्योंकि उपग्रह संचार के लिए अक्सर परिपत्र ध्रुवीकरण का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह अंतरिक्ष में उपग्रह एंटीना के उन्मुखीकरण के प्रति संवेदनशील नहीं है।

इतिहास
टर्नस्टाइल एंटीना का आविष्कार जॉर्ज ब्राउन ने 1935 में किया था और 1936 में स्कॉलरशिप में वर्णित है। पेटेंट इतिहास से पता चलता है कि वर्षों में घूमने वाला दरवाज़ा ऐन्टेना की लोकप्रियता है।

विशेषताएं
एंटीना को दो अलग-अलग मोड में इस्तेमाल किया जा सकता है: सामान्य मोड और अक्षीय मोड।

सामान्य मोड
अपनी धुरी के लंबवत दिशा में एंटीना रैखिक ध्रुवीकरण रेडियो तरंगें (क्षैतिज ध्रुवीकरण जब एंटीना की धुरी ऊर्ध्वाधर होती है) को विकीर्ण करती है। इसे सामान्य मोड कहा जाता है। विकिरण पैटर्न, दो द्विध्रुवीय पैटर्न का एक सुपरपोज़िशन, सर्वदिशात्मक एंटीना के करीब है, लेकिन वास्तव में तिपतिया घास के आकार का है, जिसमें तत्वों के सिरों से चार छोटे मैक्सिमा हैं। पैटर्न सर्वदिशात्मक से केवल ±5 प्रतिशत दूर होता है। इन क्षैतिज दिशाओं में विकिरण अक्सर चरण में खिलाए गए कई टर्नस्टाइल एंटेना (जिसे बेज़ कहा जाता है) को खड़ी करके बढ़ाया जाता है। यह वांछित क्षैतिज दिशाओं में विकिरण को मजबूत करके लाभ को बढ़ाता है, लेकिन ऊर्ध्वाधर दिशाओं में विकिरण के आंशिक रद्दीकरण का कारण बनता है, जिससे आकाश में या पृथ्वी की ओर विकिरण की बर्बादी कम हो जाती है। ये स्टैक्ड सामान्य मोड टर्नस्टाइल एंटेना एफएम और टेलीविजन प्रसारण के लिए वीएचएफ और यूएचएफ आवृत्तियों पर उपयोग किए जाते हैं।

चूंकि इस मोड में संचालित ब्राउन द्वारा आविष्कार किया गया पहला टर्नस्टाइल, सामान्य मोड टर्नस्टाइल को कभी-कभी जॉर्ज ब्राउन टर्नस्टाइल एंटीना कहा जाता है।

अक्षीय मोड
ऐन्टेना की धुरी के सिरों के बाहर, तत्वों के तल के लंबवत, ऐन्टेना परिपत्र ध्रुवीकरण | गोलाकार-ध्रुवीकृत (सीपी) रेडियो तरंगें विकीर्ण करता है। इसे अक्षीय मोड कहा जाता है। एक छोर से निकलने वाला विकिरण दाहिनी ओर गोलाकार-ध्रुवीकृत होता है और दूसरा छोर बाएं हाथ से गोलाकार-ध्रुवीकृत होता है। कौन सा अंत उत्पन्न करता है, कौन सा ध्रुवीकरण फ़ीड कनेक्शन के चरण द्वारा निर्धारित किया जाता है। चूंकि एक दिशात्मक ऐन्टेना में केवल एक बीम की आवश्यकता होती है, एक साधारण अक्षीय-मोड ऐन्टेना में धातु स्क्रीन परावर्तक जैसे एक फ्लैट संवाहक सतह को जोड़ा जाता है, जो पार किए गए तत्वों के पीछे एक चौथाई-तरंग दैर्ध्य होता है। उस दिशा में तरंगें 180° पीछे परावर्तित होती हैं और प्रतिबिंब ध्रुवीकरण की भावना को उलट देता है, इसलिए परावर्तित तरंगें आगे के विकिरण को पुष्ट करती हैं।  उदाहरण के लिए, यदि आगे से निकलने वाली रेडियो तरंगें दाएँ-परिपत्र-ध्रुवीकृत हैं, तो पीछे की ओर निकलने वाली तरंगें बाएँ-वृत्ताकार-ध्रुवीकृत होंगी। समतल परावर्तक ध्रुवीकरण की भावना को उलट देता है इसलिए परावर्तित तरंगें सही-वृत्ताकार-ध्रुवीकृत होती हैं। तत्वों के पीछे परावर्तक λ/4 का पता लगाने से प्रत्यक्ष और परावर्तित तरंगें चरण में होती हैं और जोड़ती हैं। परावर्तक को जोड़ने से अक्षीय विकिरण 2 (3 dB) के गुणक से बढ़ जाता है।

अक्षीय मोड विकिरण को बढ़ाने का एक अन्य सामान्य तरीका प्रत्येक द्विध्रुव को यागी-जैसे एंटीना से बदलना है।

एक गोलाकार ध्रुवीकृत एंटीना में, यह महत्वपूर्ण है कि संचारण और प्राप्त करने वाले एंटेना के ध्रुवीकरण की दिशा समान हो, क्योंकि एक दाएं-गोलाकार-ध्रुवीकृत एंटीना को बाएं-गोलाकार-ध्रुवीकृत रेडियो तरंगों को प्राप्त करने में गंभीर हानि होगी, और इसके विपरीत इसके विपरीत।

अक्षीय मोड घूमने वाला दरवाज़ा एंटेना अक्सर उपग्रह और मिसाइल एंटेना के लिए उपयोग किया जाता है, चूँकि उपग्रह संचार में वृत्ताकार ध्रुवीकरण का उपयोग किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि गोलाकार ध्रुवीकृत तरंगों के साथ ऐन्टेना तत्वों का सापेक्ष अभिविन्यास लाभ को प्रभावित नहीं करता है।

एंटीना खिलाना
ऐन्टेना के कार्य करने के लिए, दो द्विध्रुवों को चरण चतुर्भुज में समान परिमाण की धाराओं के साथ खिलाया जाना चाहिए, जिसका अर्थ है कि साइन तरंगों का चरण 90 ° अलग होना चाहिए। यह फ़ीड-लाइन तकनीकों के साथ या डिप्लोल्स के साथ श्रृंखला में प्रतिक्रिया जोड़कर किया जाता है।

चतुर्भुज फ़ीड
टर्नस्टाइल ऐन्टेना में दो द्विध्रुवों को भरने की एक लोकप्रिय विधि है, ट्रांसमिशन लाइन से आरएफ सिग्नल को टू वे स्प्लिटर के साथ दो समान सिग्नलों में विभाजित करना, फिर एक को 90 डिग्री अतिरिक्त विद्युत लंबाई से विलंबित करना। प्रत्येक चरण को द्विध्रुवों में से एक पर लागू किया जाता है।

संशोधित द्विध्रुवीय आयाम
द्विध्रुवों की लंबाई और आकार को संशोधित करके, एकल फ़ीड-बिंदु को प्रस्तुत संयुक्त टर्मिनल प्रतिबाधा शुद्ध प्रतिरोध प्राप्त कर सकती है और प्रत्येक द्विध्रुव में द्विध्रुव धारा उत्पन्न कर सकती है।  चतुर्भुज धाराओं को प्राप्त करने के लिए ऐन्टेना तत्व के भौतिक आयामों को बदलने की इस विधि को टर्नस्टाइल फीडिंग के रूप में जाना जाता है।

स्टैक्ड सरणियाँ
ब्राउन के मूल पेटेंट में रेडियो प्रसारण के लिए क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत सर्वदिशात्मक एंटीना बनाने के लिए कई टर्नस्टाइल एंटेना को लंबवत रूप से ढेर करने का वर्णन किया गया है।  1930 के दशक में कुछ पहले FM प्रसारण एंटेना के लिए इनका उपयोग किया गया था। हालांकि अधिकांश आधुनिक एफएम प्रसारण एंटेना परिपत्र ध्रुवीकरण का उपयोग करते हैं, इसलिए सिग्नल की शक्ति रिसीवर के एंटीना के उन्मुखीकरण के साथ भिन्न नहीं होगी।

बैटविंग या सुपरटर्नस्टाइल ऐरे
बाद के एक नवाचार में एंटीना के बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) को बढ़ाने के लिए, सरल छड़ से व्यापक आकार में द्विध्रुवीय तत्वों के आकार को बदलना शामिल था। प्रारंभिक टीवी प्रसारण एंटेना में सिगार के आकार के तत्वों का उपयोग किया गया था, जो ऊपर 1939 आरसीए एम्पायर स्टेट बिल्डिंग एंटीना की छवि में दिखाया गया है। एक सामान्य आकार आज बैटविंग या सुपरटर्नस्टाइल ऐन्टेना है, जिसका उपयोग वीएचएफ या यूएचएफ बैंड में टेलीविजन प्रसारण के लिए किया जाता है। प्रत्येक तत्व का बैटविंग आकार व्यापक प्रतिबाधा बैंडविड्थ के साथ एक एंटीना उत्पन्न करता है। टीवी प्रसारण के लिए एक उच्च लाभ सर्वदिशात्मक एंटीना बनाने के लिए आमतौर पर आठ बैटविंग एंटेना को लंबवत रूप से ढेर किया जाता है और चरण में खिलाया जाता है।   कम वीएचएफ एनालॉग टीवी प्रसारण बैंड पर विस्तृत बैंडविड्थ की आवश्यकता थी, क्योंकि 6 मेगाहर्ट्ज टीवी चैनल बैंडविड्थ आवृत्ति का लगभग 10% था।

अंतरिक्ष यान एंटेना
अंतरिक्ष यान (उपग्रह और मिसाइल) संचार के लिए परिपत्र ध्रुवीकरण का उपयोग किया गया था, क्योंकि परिपत्र ध्रुवीकरण एंटेना के सापेक्ष अभिविन्यास के प्रति संवेदनशील नहीं है, और अंतरिक्ष यान के एंटीना में जमीन एंटीना के संबंध में कोई अभिविन्यास हो सकता है। ग्राउंड स्टेशन के लिए अक्सर उच्च लाभ वाले यागी टर्नस्टाइल एंटेना का उपयोग किया जाता था।

यूएस नाइके मिसाइल कार्यक्रम ने टेलीमेट्री के लिए अक्षीय मोड का उपयोग किया और चतुर्भुज धाराओं को बल देने के लिए संशोधित द्विध्रुवीय तकनीक का इस्तेमाल किया।

बाहरी संबंध

 * Construction plans
 * Radiation of Turnstile Antennas Above a Conducting Ground Plane

ग्रन्थसूची

 * $ 16-7: Turnstile Antenna, pp. 726-729.

संदर्भ
Vändkorsantenn