हेलिकल एंटीना

Not to be confused with सर्पिल ऐंटिना.

File:Traqueur acquisition.JPG

प्लुमेउर-बोडौ, फ्रांस

File:Helical antenna principle.png

अक्षीय-प्रणाली पेचदार एंटीना:

• (B) केंद्रीय समर्थन,
• (C) समाक्षीय तार फ़ीडलाइन,
• (E) कुंडली के लिए आवरण समर्थन,
• (R) परावर्तक भू तल,
• (S) कुंडलाकार विकिरणकारी तार

कुंडलाकार (हेलिकल) एंटीना एक एंटीना (रेडियो) होता है जिसमें कुंडलाकार वक्रता के रूप में एक या अधिक संवाहक तार लगे होते हैं। एक पेचदार तार से बना एक पेचदार एंटीना, सबसे सामान्य प्रकार, मोनोफ़िलर कहा जाता है, जबकि एक कुंडली में दो या चार तारों द्विध्रुवीय एंटीना को क्रमशः द्विसूत्री, या चतुस्तंतुक कहा जाता है।

अधिकतर स्तिथियों में, दिशात्मक पेचदार एंटेना भूमि के तल पर लगाए जाते हैं, जबकि सर्वदिशात्मक अभिकल्पना नहीं हो सकते हैं। प्रभरण वाहिका कुंडली के नीचे और भू समतल के बीच जुड़ी हुई है। कुंडलाकार एंटेना दो प्रमुख प्रणाली में से एक में काम कर सकते हैं: सामान्य या अक्षीय।

सामान्य प्रणाली या आक्षेप कुंडलाकार एंटीना में, वायवीय का व्यास और पेच थ्रेड, क्षेपण और प्रारम्भिक तरंग दैर्ध्य की तुलना में छोटी होती है। ऐन्टेना विद्युतीय रूप से लघु द्विध्रुवीय ऐन्टेना या एकध्रुवीय एंटीना के समान कार्य करता है, जो 1/4 के तरंग ऊर्ध्वाधर और विकिरण प्रतिरूप के बराबर हैं, इन एंटेना के समान सर्वदिशात्मक एंटीना है, जिसमें कुंडली अक्ष के समकोण पर अधिकतम विकिरण होता है। मोनोफिलर अभिकल्पना के लिए विकिरण कुंडली अक्ष के समानांतर रैखिक ध्रुवीकरण है। इनका उपयोग सुवाह्य हस्त के साथ-साथ गतिशील वाहक आलंबन द्‍वि पथी रेडियो के लिए सघन एंटेना के लिए और बड़े मापक्रम पर यूएचएफ टेलीविजन प्रसारण एंटेना के लिए किया जाता है। द्विसूत्री या चतुस्तंतुक कार्यान्वयन में, आक्षेप वृत्त ध्रुवित विकिरण का अनुभव किया जा सकता है।

अक्षीय प्रणाली या अनुदैर्ध्य कुंडलाकार एंटीना में, कुंडली का व्यास और क्षेपण तरंग दैर्ध्य के बराबर होता है। ऐन्टेना एक दिशात्मक ऐन्टेना के रूप में कार्य करता है जो ऐन्टेना की धुरी के साथ कुंडली के सिरों से एक किरण उत्सर्जित करता है। यह गोलाकार ध्रुवीकरण रेडियो तरंगें उत्सर्जित करता है। इनका उपयोग उपग्रह संचार के लिए किया जाता है। अक्षीय प्रणाली संचालन की खोज भौतिक विज्ञानी जॉन डी. क्रॉस ने की थी।

सामान्य-प्रणाली कुंडलाकार

यदि कुंडली की परिधि तरंग दैर्ध्य से काफी कम है और इसकी क्षेपण (क्रमिक घुमावों के बीच अक्षीय दूरी) एक चौथाई तरंग दैर्ध्य से काफी कम है, तो एंटीना को सामान्य-प्रणाली कुंडली कहा जाता है। ऐन्टेना एक एकध्रुवीय ऐन्टेना के समान कार्य करता है, एक सर्वदिशात्मक ऐन्टेना विकिरण प्रतिरूप के साथ, ऐन्टेना की धुरी के लंबवत सभी दिशाओं में समान शक्ति विकिरण करता है। हालाँकि, पेचदार आकार द्वारा जोड़े गए अधिष्ठापन के कारण, ऐन्टेना एक प्रेरक रूप से लोड किए गए एकध्रुवीय की तरह कार्य करता है; इसकी गुंजयमान आवृत्ति पर यह एक चौथाई-तरंग दैर्ध्य से छोटा होता है। इसलिए, सामान्य-प्रणाली हेलिकॉप्टरों का उपयोग विद्युत रूप से छोटे एकध्रुवीय के रूप में किया जा सकता है, जो केंद्र- या आधार भारित व्हिप एंटीना का एक विकल्प है, उन अनुप्रयोगों में जहां पूर्ण आकार का चतुर्थ तरंग एकध्रुवीय बहुत बड़ा होगा। अन्य विद्युतीय रूप से छोटे एंटेना की तरह, कुंडली का लाभ, और इस प्रकार संचार सीमा, पूर्ण आकार के एंटीना से कम होगी। उनका सघन आकार कुंडलाकार् को एचएफ, वीएचएफ और यूएचएफ पट्ट पर गतिशील और सुवाह्य द्‍वि पथी रेडियो के लिए एंटेना के रूप में उपयोगी बनाता है।

सामान्य-प्रणाली कुंडलाकार एंटीना का एक सामान्य रूप सुवाह्य रेडियो में उपयोग किया जाने वाला रबर डकी एंटीना है। एक हैंडहेल्ड दोतरफा रेडियो, जिसमें एंटीना से रबर आवरण हटा दिया गया है।

हेलिक्स द्वारा प्रदान की गई भरण ऐन्टेना को उसकी विद्युत लंबाई की एक चौथाई-तरंगदैर्घ्य से भौतिक रूप से कम करने की अनुमति देती है। इसका अर्थ यह है कि उदाहरण के लिए a 1/4 27 मेगाहर्ट्ज पर तरंग एंटीना 2.7 मीटर (110 इंच; 8.9 फीट) लंबा है और गतिशील अनुप्रयोगों के लिए शारीरिक रूप से काफी अनुपयुक्त है। हेलिकल का कम किया गया आकार संकेत प्रदर्शन में सामान्य कमी के साथ बहुत अधिक सघन भौतिक आकार में समान विकिरण प्रतिरूप प्रदान करता है।

सीधे निदेशक के स्थान पर पेचदार निदेशक का उपयोग करने का एक प्रभाव यह होता है कि मिलान प्रतिबाधा मिलान नाममात्र 50 Ω से ​​25 और 35Ω आधार प्रतिबाधा के बीच बदल जाता है। यह सामान्य 50 Ω संचरण रेखा के संचालन या मिलान के लिए प्रतिकूल प्रतीत नहीं होता है, बशर्ते संयोजक संभरण a  1 /2 संचालन की आवृत्ति पर तरंग दैर्ध्य के विद्युत समकक्ष हैं।

गतिशील एचएफ कुंडलाकार

गतिशील संचार में उपयोग किए जाने वाले प्रकार का एक और उदाहरण निरंतर घुमाव है जिसमें एक या एक से अधिक अलग-अलग रैखिक विसर्पी को एक ही पूर्व में लपेटा जाता है और एक विशेष अनुनाद आवृत्ति पर विकिरण करने वाले तत्व के लिए धारिता और प्रेरकत्व के बीच एक कुशल संतुलन प्रदान किया जाता है। इस प्रकार के कई उदाहरणों का उपयोग 27 मेगाहर्ट्ज CB रेडियो के लिए बड़े मापक्रम पर किया गया है, जिसमें 1960 के दशक के अंत में अमेरिका और ऑस्ट्रेलिया में विभिन्न प्रकार की अभिकल्पना सम्मिलित थे। आज तक इनमें से कई लाखों 'कुंडलाकार एंटेना' मुख्य रूप से गतिशील वाहक उपयोग के लिए बड़े मापक्रम पर उत्पादित किए गए हैं और 1970 से 1980 के दशक के अंत तक सीबी रेडियो बूम-समय के उपरान्त चरम उत्पादन तक पहुंच गए और दुनिया भर में उपयोग किए गए।

File:Helical UHF TV broadcast antenna.jpg

सामान्य-प्रणाली कुंडलाकार यूएचएफ टीवी प्रसारण एंटीना 1954

हस्तचालित प्लगनीय टैप के साथ बहु आवृत्ति संस्करण बहुपट्ट एकल पार्श्वपट्ट मॉडुलन (एसएसबी) एचएफ संचार के लिए मुख्य आधार बन गए हैं, जिसमें 2 से 6 समर्पित आवृति टैप बिन्दु के साथ 1 मेगाहर्ट्ज से 30 मेगाहर्ट्ज तक पूरे एचएफ वर्णक्रम पर आवृति विज्ञप्ति है। भूमि गतिशील, समुद्री और वायुयान पट्ट में समर्पित और आवंटित आवृत्तियों पर समस्वरित किया गया। हाल ही में इन एंटेना को इलेक्ट्रॉनिक रूप से समस्वरित किए गए एंटीना मिलान उपकरणों द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है। अधिकांश उदाहरणों को पहले शीसे रेशा शलाका का उपयोग करके तांबे के तार से लपेटा गया था। सामान्यतः पर लचीले या उभरे हुए विकिरक को पीवीसी या पॉलीओलेफ़िन ऊष्मा सन्कुचित नलिका से ढक दिया जाता है जो तैयार गतिशील एंटीना के लिए एक लचीला और शक्तिशाली जलसहकरण आच्छद प्रदान करता है। फ़ाइबरग्लास शलाका को सामान्यतः पीतल की अन्वायोजन से चिपका दिया जाता था और/या कस दिया जाता था और वाहक की छत, गार्ड या बुल-बार आलंबन पर लगाए गए रोधित आधार पर पेच लगा दिया जाता था। इस आलंबन ने एक प्रभावी ऊर्ध्वाधर विकिरण प्रतिरूप के लिए एक भू समतल या प्रतिकाशक (वाहक द्वारा प्रदान किया गया) प्रदान किया।

2018 के अनुसार ये लोकप्रिय अभिकल्पना अभी भी सामान्य उपयोग में हैं और ऑस्ट्रेलिया में उत्पन्न होने वाले निरंतर वर्तन अभिकल्पना को कई कारखाने में उत्पादित मोटर वाहकों के लिए मानक एफएम प्राप्त करने वाले एंटेना के साथ-साथ आफ्टरमार्केट एचएफ और वीएचएफ गतिशील कुंडलाकार की उपस्थित मूल शैली के रूप में सार्वभौमिक रूप से अनुकूलित किया गया है। आक्षेप कुंडली के लिए एक और सामान्य उपयोग तथाकथित रबर डकी एंटीना में होता है जो कि अधिकांश सुवाह्य वीएचएफ और यूएचएफ रेडियो पर पाया जाता है जो कि विकिरण तत्व के रूप में स्टील या तांबे के निदेशक का उपयोग करता है और सामान्यतः पर त्वरित हटाने के लिए बीएनसी / टीएनसी शैली या अनुयोजक पर पेच में समाप्त होता है।

पेचदार प्रसारण एंटेना

विशिष्ट सामान्य-प्रणाली कुंडलाकार एंटेना का उपयोग वीएचएफ और यूएचएफ पट्ट पर एफएम रेडियो और टेलीविजन प्रसारण केंद्रों के लिए प्रेषणी एंटेना के रूप में किया जाता है।

अक्षीय-प्रणाली पेचदार

File:Hammer Ace SATCOM Antenna.jpg

एंड फायर कुंडलाकार उपग्रह संचार एंटीना, स्कॉट एयर फ़ोर्स बेस, इलिनोइस, यूएसए। उपग्रह संचार प्रणालियाँ प्रायः गोलाकार ध्रुवीकरण रेडियो तरंगों का उपयोग करती हैं, क्योंकि उपग्रह एंटीना संप्रेषण को प्रभावित किए बिना अंतरिक्ष में किसी भी कोण पर उन्मुख हो सकता है, और अक्षीय प्रणाली (अंत अग्नि) कुंडलाकार एंटेना प्रायः भू एंटीना के रूप में उपयोग किया जाता है।

File:Helical antenna.jpg

तारविहीन वीथिका संचार के लिए अक्षीय प्रणाली कुंडलाकार एंटीना, कार्यशील आवृत्ति ऐप। 2.4 गीगाहर्ट्ज़

जब कुंडली परिधि संचालन की तरंग दैर्ध्य के निकट होती है, तो एंटीना अक्षीय प्रणाली में काम करता है। यह एक अनुनाद अगुंजायमान तरंग एंटीना प्रणाली है, जिसमें अप्रगामी तरंग के स्थान पर, वर्तमान और वोल्टेज की तरंगें एक दिशा में यात्रा करती हैं, प्रेषणी एंटीना में फीडबिन्दु से कुंडली के ऊपर और प्राप्त एंटीना में फीडबिन्दु की ओर कुंडली के नीचे है। ऐन्टेना की धुरी पर सामान्य रूप से रैखिक रूप से ध्रुवीकृत तरंगों को प्रसारित करने के स्थान पर, यह ऐन्टेना के सिरों से धुरी के साथ गोलाकार ध्रुवीकरण के साथ रेडियो तरंगों की एक किरण उत्सर्जित करता है। विकिरण प्रतिरूप के मुख्य लोब कुंडली की धुरी के साथ-साथ दोनों सिरों पर होते हैं। चूंकि एक दिशात्मक एंटीना में केवल एक दिशा में विकिरण की आवश्यकता होती है, कुंडली के दूसरे छोर को आगे की तरंगों को प्रतिबिंबित करने के लिए एक सपाट धातु परत या चित्रपट प्रतिकाशक में समाप्त किया जाता है।

रेडियो प्रसारण में, गोलाकार ध्रुवीकरण (तरंगों) का उपयोग प्रायः किया जाता है जहां संचारण और प्राप्त करने वाले एंटेना के सापेक्ष अभिविन्यास को आसानी से नियंत्रित नहीं किया जा सकता है, जैसे कि जंतु अनुसरण और उपग्रह संचार में, या जहां संकेत का ध्रुवीकरण बदल सकता है, इसलिए अंत में आग लगाएं इन अनुप्रयोगों के लिए प्रायः पेचदार एंटेना का उपयोग किया जाता है। चूंकि बड़े हेलीकॉप्टरों का निर्माण करना कठिन होता है और उन्हें चलाने और लक्ष्य करने में कठिनाई होती है, इसलिए अभिकल्पना को सामान्यतः वीएचएफ से लेकर माइक्रोवेव तक केवल उच्च आवृत्तियों पर नियोजित किया जाता है।

ऐन्टेना का कुंडली दो संभावित दिशाओं में मुड़ सकता है: दाएं हाथ या बाएं हाथ, पहले वाले का आकार सामान्य कॉर्कपेच के समान होता है। पहले चित्रण में 4-कुंडली सरणी बाएं हाथ के हेलिकॉप्टरों का उपयोग करती है, जबकि अन्य सभी चित्र दाएं हाथ के हेलिकॉप्टरों को दिखाते हैं। एक अक्षीय-प्रणाली कुंडलाकार एंटीना में कुंडली के प्रणाली़ की दिशा उत्सर्जित तरंग के ध्रुवीकरण को निर्धारित करती है। गोलाकार ध्रुवीकरण के साथ तरंगों का वर्णन करने के लिए दो परस्पर असंगत सम्मेलनों का उपयोग किया जाता है, इसलिए एक पेचदार एंटीना की स्वेच्छाचारिता (बाएं या दाएं) और इसके द्वारा उत्सर्जित गोलाकार-ध्रुवीकृत विकिरण के प्रकार के बीच संबंध को प्रायः ऐसे तरीकों से वर्णित किया जाता है जो अस्पष्ट प्रतीत होते हैं। हालाँकि, जॉन डी. क्रॉस (पेचदार एंटीना के आविष्कारक) का कहना है कि बाएं हाथ का कुंडली बाएं-गोलाकार ध्रुवीकरण पर प्रतिक्रिया करता है, और दाएं हाथ का कुंडली दाएं-गोलाकार ध्रुवीकरण (आईईईई परिभाषा) पर प्रतिक्रिया करता है। आईईईई ध्रुवीकरण की भावना को इस प्रकार परिभाषित करता है:

ध्रुवीकरण, या हाथ चलने की भावना ... को दाएं हाथ (बाएं हाथ) कहा जाता है यदि प्रसार की दिशा में देखने वाले पर्यवेक्षक के लिए घूर्णन की दिशा दक्षिणावर्त (वामावर्त) है

इस प्रकार एक दाएं हाथ का कुंडली एक तरंग उत्सर्जित करता है जो दाएं हाथ की होती है, विद्युत क्षेत्र सदिश प्रसार की दिशा में दक्षिणावर्त घूमता है।

कुंडलाकार एंटेना किसी भी प्रकार के रैखिक ध्रुवीकरण के साथ संकेत प्राप्त कर सकते हैं, जैसे क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण, लेकिन गोलाकार ध्रुवीकरण संकेत प्राप्त करते समय प्राप्त करने वाले एंटीना की स्वेच्छाचारिता प्रेषणी एंटीना के समान होनी चाहिए; बाएं हाथ के ध्रुवीकृत एंटेना को दाएं-गोलाकार-ध्रुवीकृत संकेत प्राप्त होने पर लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स) का गंभीर हानि होता है, और इसके विपरीत होता है।

हेलिक्स के आयाम प्रयुक्त रेडियो तरंगों की तरंग दैर्ध्य (λ) द्वारा निर्धारित होते हैं, जो आवृत्ति पर निर्भर करता है। अक्षीय-प्रणाली में काम करने के लिए, परिधि तरंग दैर्ध्य के बराबर होनी चाहिए। क्षेपण कोण 13° होना चाहिए, जो परिधि का 0.23 गुना क्षेपण दूरी (प्रत्येक प्रणाली़ के बीच की दूरी) है, जिसका अर्थ है कि कुंडली के बीच का अंतर तरंग दैर्ध्य का लगभग एक-चौथाई ( λ /4) होना चाहिए। कुंडली में घुमावों की संख्या यह निर्धारित करती है कि ऐन्टेना कितना दिशात्मक है: अधिक घुमावों से दोनों सिरों पर (या एक सिरे पर, जब आधार फलक का उपयोग किया जाता है) अपनी धुरी की दिशा में लाभ में सुधार होता है, अन्य दिशाओं में लाभ की कीमत पर होता है। जब C < λ यह सामान्य प्रणाली में अधिक संचालित होता है जहां लाभ की दिशा सिरों के स्थान पर किनारों पर डोनट आकार की होती है।

अक्षीय प्रणाली में अवसानक विद्युत प्रतिबाधा लगभग 100 और 200 Ω के बीच होती है

$Z\simeq 140\left({\frac {C}{\lambda }}\right)$

जहाँ C कुंडली की परिधि है, और λ तरंग दैर्ध्य है। प्रतिबाधा मिलान (जब C = λ) मानक 50 या 75 Ω समाक्षीय केबल प्रायः एक चौथाई तरंग स्ट्रिपरेखा अनुभाग द्वारा किया जाता है जो कुंडली और भू तल के बीच एक प्रतिबाधा परिवर्तक के रूप में कार्य करता है।

अधिकतम निर्देशात्मक लाभ लगभग है:

${\text{Gain}}\simeq 15\left({\frac {C}{\lambda }}\right)^{2}\left({\frac {NS}{\lambda }}\right)$

जहाँ N घुमावों की संख्या है और S घुमावों के बीच की दूरी है। C = λ और S = 0.23 C अधिकांश अभिकल्पना उपयोग करते हैं तो लाभ सामान्यतः G = 3.45 N है। डेसिबल में, लाभ $G_{\text{dBi}}=10\log _{10}\left(3.45N\right)~$है। अर्ध-शक्ति विस्पंद निम्न है:

${\text{HPBW}}\simeq {\frac {5}{2}}{{\frac {C}{\lambda }}{\sqrt {\frac {NS}{\lambda }}}}\ {\text{degrees}}$

नल के बीच बीमविड्थ निम्न है:

${\text{FNBW}}\simeq {\frac {115}{C}}{\sqrt {\frac {\lambda ^{3}}{NS}}}\ {\text{degrees}}$

पेचदार एंटीना का लाभ दृढ़ता से परावर्तक पर निर्भर करता है। उपरोक्त पारंपरिक सूत्र मानते हैं कि परावर्तक में एक गोलाकार अनुनादक (रिम के साथ एक गोलाकार फलक) का रूप होता है और इस प्रकार के परावर्तक के लिए क्षेपण कोण इष्टतम होता है। फिर भी, ये सूत्र लाभ को कई डेसिबल से अधिक आंकते हैं। समतल भूमि के समतल के लिए लाभ को अधिकतम करने वाली इष्टतम क्षेपण 3-10° की सीमा में है और यह तार की त्रिज्या और एंटीना की लंबाई पर निर्भर करती है।

यह भी देखें

• टेलस्टार

संदर्भ

General

• Kraus, J.D.; Marhefka, Ronald J. (2002). Antennas: For all applications (3rd ed.). McGraw-Hill Higher Education. Bibcode:2002aaa..book.....K.
• Balanis, Constantine (1982). Antenna Theory, Analysis and Design. John Wiley and Sons.
• Stutzman, Warren; Thiele, Gary (1998). Antenna Theory and Design (2nd ed.). John Wiley and Sons.

बाहरी संबंध

• "Helical antennas". Antenna-Theory.
• Slade, Bill (2015). "The basics of quadrifilar helix antennas" (PDF). Orban Microwave. Retrieved 2023-03-06.{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)