Hélix sugárzó

Iránysugárzó hélix antenna

A hélixsugárzó egy antennatipus. Sugárzóeleme általában hengerre írható csavarvonal alakú, ritkábban, szélessávú kialakítás esetén léteznek kúpra írható csavarvonal formában is (kúpos hélix).

A csavarvonal menetemelkedése (S) és átmérője (d) alapján 3 féle hélixsugárzó létezik:

S	d
S<<<λ	d<<<λ	Gyakorlatilag egy tekercs, rövidített monopólusnak fogható fel, kvázi-izotróp jellegű
S≈0.25λ	d≈0.3λ	Nagy nyereségű körkörös polarizációjú iránysugárzó
S≈0.5λ	d≈0.6λ	Vízszintes polarizációjú, nagy nyereségű körsugárzó

Hélix mint rövidített sugárzó

PMR adóvevőkészülék rövidített antennája

A hélix rövidített sugárzóként olyan esetekben működik, amikor a menetemelkedése és a menetátmérője sokkal rövidebb az antenna üzemi hullámhosszánál.

Az ilyen rövidített antennák prototípusait úgy készítik, hogy adott átmérőjű hengerre feltekerik a negyedhullámra méretezett huzalt, majd az így kapott tekercset széthúzzák olyan méretűre, hogy a talpponti ellenállása illeszkedjen ahhoz a készülékhez, amibe majd beleépítik. A méretezés során antennamérő készüléket használnak.

Ilyen antennákat építenek be PMR rádiókba, vagy ilyenek a kézirádiók flexibilis antennái, amit a köznyelv "gumiantennának" nevez. PMR rádiók esetén ilyen módon a 16.8 cm-es negyedhullámú antenna lerövidül néhány cm-re. Kézi rádiók esetén pedig a 2 m-es hullámhosszra 15–20 cm hosszúságú antennák gyárthatók.

Minél inkább lerövidítenek ily módon egy antennát, annál kisebb lesz a nyeresége.

A hélix mint iránysugárzó

Iránysugárzó hélix méretezése

Ha a hélixsugárzót úgy képezzük, hogy a menetek közötti távolság 0.25λ körüli, a tekercsek átmérője pedig 0.3λ körüliek, akkor egy iránysugárzót kapunk. Gondoskodnunk kell még elektromos ellensúlyról, amiket a megtáplálás hideg pontjára csatlakoztatunk. Az ellensúly 0.6 – 1λ körüli köralakú fémlemez vagy drótháló, esetleg nagyobb hullámhosszokon 6 radiál.

A hélixsugárzó polarizáció szempontjából érdekesen viselkedik, körkörösen polarizált elektromágneses hullámot sugároz. Ez azt jelenti, hogy mind a vízszintes, mind a függőleges polarizációjú antennák jelét veszi, és az általa kisugárzott jelet is mindkét polarizációjú antenna veszi, viszont az egyik hélixsugárzó csak akkor veszi a másik hélixsugárzó által kiadott hullámokat, ha a tekercselés menetiránya egyezik.

A hélix talpponti impedanciája

$Z=136{\frac {L}{\lambda }}$

• L - a hélixvezető hossza (m)
• λ - az üzemi hullámhossz (m)
• Z - a talpponti impedancia (Ω)

A hélix nyeresége

$G=10log_{10}{\biggl (}15n{\biggl (}{\frac {L}{\lambda }}{\biggr )}^{2}{\frac {S}{\lambda }}{\biggr )}$

$\alpha ={\frac {52}{{\frac {L}{\lambda }}{\sqrt {n{\frac {S}{\lambda }}}}}}$

• L - a hélixvezető hoszza (m)
• λ - az üzemi hullámhossz (m)
• S - a menetek közti távolság (m)
• n - a menetszám
• G - a hélix nyeresége (dB)
• α - a sugárzás nyílásszöge (°)

Menetszám (n)	Antennanyereség (db)	Nyílásszög (°)
3	7.9	60
4	9.1	53
5	10.2	47
6	11	43
7	11.7	40
8	12.3	37
9	12.8	35
10	13.2	33
11	13.6	31.5
12	14	30

A hélix mint körsugárzó

Hélix körsugárzó felépítése

A körsugárzó hélix 2 hélixből épül fel, melyek egymáshoz képest ellentétes menetirányban vannak tekerve, és középen a 2 tekercs össze van kapcsolva. Ezen a ponton csatlakozik a koaxiális kábel hideg eréhez.

A tekercs közepén egy henger alakú fém van, vagy nagyobb hullámhosszok esetén henger alakú fémháló. Ez a belső rész kapcsolódik a koaxiális kábel köpenyéhez.

Az axiális irányban elhelyezett fémhenger elfojtja a hosszirányú sugárzási összetevőket, és elősegíti a keresztsugárzást, így sugárzási iránya merőleges a henger tengelyére.

A tekercs menettávja 0.5λ, a keresztmetszete 0.63λ.

A belső fém átmérője 0.23λ.

A belső fémrész lehet az antenna tartórésze, valamint a koaxiális kábel is elvezethető benne, és a csatlakozási pontnál egy furaton kivezethető a koaxiális kábel.

Minél nagyobb a hélix menetszáma, annál nagyobb az antennanyeresége, viszont a sávszélesség a menetszám növekedésével drasztikusan csökken. 2x5 menetnél több menetet tartalmazó hélix körsugárzót nem érdemes készíteni.

A 2x5 menetes hélixsugárzó nyeresége 7 dB, vagyis nagyon lapos szögű a kisugárzása.

A talpponti ellenállás 50 – 100 Ω között adódik.

Hélix körsugárzö a gyakorlatban. UHF televíziós műsorszóró torony.

Ennek a körsugárzónak az érdekessége, hogy maga az antenna függőleges, viszont vízstintesen polarizált formában sugározza ki a rádióhullámokat.

A hélix gyakorlati felhasználása

A hélix önmagában is használható antennaként, valamint apertúrával ellátott antennák is készülhetnek belőle. Használatuk leginkább a deciméteres, centiméteres, milliméteres sávokban terjedt el, méteres hullámokon leginkább katonai alkalmazásokban használják.

Hélix használata csökkentett méretű antennaként

• belső antennák
• flexibilis antennák
• egyéb csökkentett méretű sugárzók
• kvázi-izotróp referenciaantenna

Hélix használata iránysugárzóként

• Wifi és egyéb rádiós kapcsolatú hálózatok
• apertúrával ellátott antennák antennafejei. Ebben az alkalmazásban kifejezetten előnyös, hogy a kisugárzás nyílásszöge közvetlen számítható a menetszámokból.

Hélix használata körsugárzóként

• földfelszíni műsorszórás, ha vízszintesen polarizált körsugárzás szükséges