हेलिकल एंटीना क्या होता है?
हेलिकल एंटीना, जिसे हेलिक्स एंटीना भी कहा जाता है, एक तार से बना एंटीना होता है जिसे चालक तार या ट्यूब को त्रि-आयामी हेलिक्स के आकार में लपेटकर बनाया जाता है। हेलिक्स का एक सिरा आमतौर पर फीड लाइन के केंद्रीय चालक से जुड़ा होता है, जबकि बाहरी चालक किसी धात्विक ग्राउंड प्लेन या रिफ्लेक्टर से जुड़ा होता है।
इसकी विशिष्ट ज्यामिति एंटीना को हेलिक्स के आयामों और ऑपरेटिंग तरंगदैर्ध्य के बीच संबंध के आधार पर विभिन्न विकिरण मोड में काम करने की अनुमति देती है।
इन तरीकों में से,अक्षीय मोडआरएफ और माइक्रोवेव इंजीनियरिंग में हेलिकल एंटेना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दिशात्मक विकिरण, अपेक्षाकृत व्यापक बैंडविड्थ और वृत्ताकार ध्रुवीकरण प्रदान कर सकता है। इन विशेषताओं के कारण हेलिकल एंटेना उपग्रह लिंक, टेलीमेट्री, ट्रैकिंग, अंतरिक्ष संचार, रेडियो खगोल विज्ञान और अन्य अनुप्रयोगों में उपयोगी होते हैं जहां एंटेना का अभिविन्यास बदल सकता है।
हेलिकल एंटीना की परिचालन आवृत्ति किसी एक निश्चित बैंड तक सीमित नहीं होती। बल्कि, यह मुख्य रूप से तरंगदैर्ध्य के सापेक्ष इसके भौतिक आयामों द्वारा निर्धारित होती है। इसलिए, हेलिकल संरचनाओं को वीएचएफ और यूएचएफ प्रणालियों के साथ-साथ उच्च आवृत्ति वाले आरएफ और माइक्रोवेव अनुप्रयोगों के लिए भी डिज़ाइन किया जा सकता है।
चित्र 1. दिशात्मक संचार प्रणाली में प्रयुक्त सर्पिलाकार एंटेना का उदाहरण।
एक कुंडलाकार एंटीना की मूल संरचना
एक सामान्य पेचदार एंटीना में चार मुख्य भाग होते हैं:
- हेलिकल कंडक्टर
- ग्राउंड प्लेन या रिफ्लेक्टर
- आरएफ फीड पॉइंट
- यांत्रिक समर्थन संरचना
हेलिक्स आमतौर पर तांबे के तार, ट्यूब या किसी अन्य सुचालक पदार्थ से बना होता है। इसका एक सिरा समाक्षीय संचरण लाइन के केंद्रीय चालक से जुड़ा होता है, जबकि समाक्षीय बाहरी चालक विद्युत रूप से ग्राउंड प्लेन से जुड़ा होता है।
ग्राउंड प्लेन विकिरण की दिशा को नियंत्रित करने में मदद करता है और एंटीना फीडिंग संरचना के एक भाग के रूप में कार्य करता है। व्यावहारिक डिज़ाइनों में, इसके आयाम प्रतिबाधा, आगे से पीछे की ओर प्रदर्शन और परिणामी विकिरण पैटर्न को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं।
कई ज्यामितीय पैरामीटर एंटीना के विद्युत व्यवहार को निर्धारित करते हैं:
- D — हेलिक्स का व्यास
- C — एक चक्कर की परिधि
- S — आसन्न मोड़ों के बीच की दूरी
- N — घुमावों की संख्या
- α — पिच कोण
- L — कुल अक्षीय लंबाई
परिधि है:
[सी=\pi डी]
पिच कोण को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
[\alpha=\tan^{-1}\left(\frac{S}{\pi D}\right)]
इन मापदंडों को स्वतंत्र रूप से नहीं माना जा सकता क्योंकि एक आयाम को बदलने से एंटीना की प्रतिबाधा, ध्रुवीकरण, बीमविड्थ, लाभ और परिचालन आवृत्ति में परिवर्तन होता है।
चित्र 2. हेलिक्स कंडक्टर और ग्राउंड-प्लेन रिफ्लेक्टर के साथ विशिष्ट हेलिकल एंटीना संरचना।
विकिरण के दो मुख्य तरीके
हेलिकल एंटीना की सबसे दिलचस्प विशेषताओं में से एक यह है कि इसकी विद्युत आकृति के आधार पर एक ही मूल संरचना बहुत अलग-अलग विकिरण पैटर्न उत्पन्न कर सकती है।
आमतौर पर चर्चा में रहने वाले दो ऑपरेटिंग मोड इस प्रकार हैं:
- सामान्य मोड
- अक्षीय मोड
हेलिकल एंटीना का चयन या डिजाइन करते समय इन दोनों मोड के बीच के अंतर को समझना आवश्यक है।
सामान्य-मोड हेलिकल एंटीना
In सामान्य मोडइस प्रकार, हेलिक्स का समग्र व्यास और उसके बीच की दूरी तरंगदैर्ध्य की तुलना में विद्युत रूप से कम होती है।
विकिरण मुख्यतः हेलिक्स अक्ष के अनुदिश की बजाय लगभग उसके लंबवत दिशा में निर्देशित होता है। विद्युत चुम्बकीय व्यवहार को एक लघु विद्युत द्विध्रुव और एक छोटे लूप द्वारा उत्पन्न क्षेत्रों के संयोजन के रूप में समझा जा सकता है।
हेलिक्स की ज्यामिति, पिच कोण, फीड व्यवस्था और अवलोकन दिशा के आधार पर, परिणामी ध्रुवीकरण रैखिक, अण्डाकार या कुछ डिज़ाइनों में वृत्ताकार के करीब हो सकता है।
सामान्य-मोड हेलिक्स आमतौर पर कॉम्पैक्ट होते हैं, लेकिन उनके विद्युत रूप से छोटे आकार के कारण विकिरण प्रतिरोध अपेक्षाकृत कम होता है। इससे अक्षीय-मोड डिज़ाइन की तुलना में विकिरण दक्षता कम और बैंडविड्थ संकीर्ण हो सकती है।
इसलिए, ये तब उपयोगी होते हैं जब एंटीना का आकार एक प्रमुख बाधा हो और बहुत अधिक लाभ की आवश्यकता न हो।
चित्र 3. सामान्य-मोड पेचदार एंटीना का उदाहरण स्वरूप विकिरण पैटर्न।
अक्षीय-मोड हेलिकल एंटीना
अक्षीय मोडइसे कभी-कभी एंड-फायर मोड भी कहा जाता है, यह कॉन्फ़िगरेशन आमतौर पर उच्च-प्रदर्शन वाले पेचदार एंटेना से जुड़ा होता है।
इस मोड में, विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा मुख्य रूप से हेलिक्स की धुरी के अनुदिश विकीर्ण होती है, जिससे एक दिशात्मक किरण बनती है।
एक विशिष्ट अक्षीय-मोड डिज़ाइन में हेलिक्स की परिधि लगभग एक तरंगदैर्ध्य के बराबर होती है:
[सी ≻λ]
मोड़ों के बीच की दूरी अक्सर लगभग इतनी होती है:
[S ≈ 0.2λ से 0.3λ]
लगभग एक-चौथाई तरंगदैर्ध्य एक सामान्य प्रारंभिक बिंदु होता है।
कई पारंपरिक अक्षीय-मोड डिज़ाइनों के लिए, लगभग 12°-14° के पिच कोणों का अक्सर उपयोग किया जाता है।
उपयुक्त ज्यामितीय परिस्थितियों में, क्रमिक घुमावों द्वारा उत्पन्न क्षेत्र हेलिक्स अक्ष के अनुदिश रचनात्मक रूप से संयोजित होते हैं। इससे वृत्ताकार या लगभग वृत्ताकार ध्रुवीकरण के साथ एक दिशात्मक किरण उत्पन्न होती है।
घुमावों की संख्या भी एंटीना के प्रदर्शन को प्रभावित करती है। घुमावों की संख्या बढ़ाने से आमतौर पर दिशात्मकता और लाभ में वृद्धि होती है जबकि मुख्य बीम संकीर्ण हो जाता है, हालांकि व्यावहारिक डिजाइन में यांत्रिक लंबाई, कंडक्टर हानि, प्रतिबाधा मिलान और स्थापना संबंधी बाधाओं को भी ध्यान में रखना आवश्यक है।
चित्र 4. दिशात्मक मुख्य किरण के साथ अक्षीय-मोड पेचदार एंटीना विकिरण पैटर्न का उदाहरण।
दाएँ हाथ और बाएँ हाथ का वृत्ताकार ध्रुवीकरण
एक्सियल-मोड हेलिकल एंटीना के प्रमुख फायदों में से एक इसकी स्वाभाविक रूप से वृत्ताकार ध्रुवीकरण उत्पन्न करने की क्षमता है।
घुमाव की दिशा और विकिरण की दिशा के आधार पर, एक हेलिक्स को निम्न में से कोई भी परिणाम उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है:
- आरएचसीपी — दाएँ हाथ का वृत्ताकार ध्रुवीकरण
- एलएचसीपी — बाएँ हाथ का वृत्ताकार ध्रुवीकरण
वृत्ताकार ध्रुवीकरण तब विशेष रूप से उपयोगी होता है जब संचारित और प्राप्त करने वाले एंटेना के बीच सापेक्ष अभिविन्यास स्थिर नहीं रह सकता है।
उदाहरण के लिए, उपग्रह, अंतरिक्ष यान, हवाई प्लेटफॉर्म, घूर्णन प्रणाली और मोबाइल संचार उपकरण लगातार अपनी दिशा बदल सकते हैं। वृत्ताकार ध्रुवीकृत एंटीना इस कोणीय परिवर्तन के प्रति संचार लिंक की संवेदनशीलता को कम कर सकता है।
ध्रुवीकरण मिलान अभी भी महत्वपूर्ण है। आदर्श रूप से, एक RHCP एंटीना को दूसरे RHCP एंटीना के साथ संचार करना चाहिए, जबकि एक LHCP एंटीना को सामान्यतः दूसरे LHCP एंटीना के साथ जोड़ा जाना चाहिए। विपरीत वृत्ताकार ध्रुवीकरण के कारण महत्वपूर्ण ध्रुवीकरण हानि हो सकती है।
इंजीनियरिंग मूल्यांकन के लिए,अक्षीय अनुपातइसका उपयोग आमतौर पर वृत्ताकार ध्रुवीकरण की गुणवत्ता का वर्णन करने के लिए किया जाता है। एक आदर्श वृत्ताकार ध्रुवीकृत तरंग का अक्षीय अनुपात 0 dB होता है, जबकि व्यावहारिक वृत्ताकार ध्रुवीकृत एंटेना का मूल्यांकन अक्सर वांछित आवृत्ति और कोणीय सीमा में एक निर्दिष्ट अक्षीय अनुपात आवश्यकता के आधार पर किया जाता है।
हेलिकल एंटीना के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कारक
एक कुंडलित एंटीना का व्यवहार उसकी ज्यामिति से निकटता से संबंधित होता है।
महत्वपूर्ण डिजाइन मापदंडों में निम्नलिखित शामिल हैं:
हेलिक्स परिधि
परिधि और तरंगदैर्ध्य के बीच का संबंध यह निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है कि एंटीना सामान्य मोड में काम करता है या अक्षीय मोड में।
मोड़ रिक्ति
स्पेसिंग आसन्न घुमावों पर धाराओं के बीच चरण संबंध को प्रभावित करती है और इसलिए बीम की दिशा, प्रतिबाधा और ध्रुवीकरण को प्रभावित करती है।
पिच कोण
पिच कोण यह बताता है कि हेलिक्स अपनी धुरी के अनुदिश कितनी तेज़ी से आगे बढ़ता है। यह स्थिर अक्षीय-मोड व्यवहार को बनाए रखने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।
घुमावों की संख्या
अधिक घुमाव आमतौर पर विद्युत छिद्र को बढ़ाते हैं और उच्चतर दिशात्मकता प्रदान कर सकते हैं, लेकिन वे एंटीना की लंबाई और यांत्रिक जटिलता को भी बढ़ाते हैं।
ग्राउंड प्लेन
परावर्तक का आकार और आकृति अग्र विकिरण पैटर्न, प्रतिबाधा और पश्च विकिरण को प्रभावित करते हैं।
फ़ीड और प्रतिबाधा मिलान
सही हेलिक्स आयामों के बावजूद, खराब प्रतिबाधा मिलान से परावर्तित शक्ति बढ़ सकती है और वास्तविक एंटीना प्रदर्शन कम हो सकता है। इसलिए व्यावहारिक डिज़ाइनों में विकिरण विशेषताओं के साथ-साथ प्रतिगमन हानि (VSWR) का मूल्यांकन करना आवश्यक है।
विकिरण पैटर्न और लाभ
अक्षीय मोड में, एक हेलिकल एंटीना लगभग हेलिक्स अक्ष के अनुदिश केंद्रित एक मुख्य बीम उत्पन्न करता है।
जैसे-जैसे विद्युत लंबाई और घुमावों की संख्या बढ़ती है, मुख्य किरणनपथ आमतौर पर संकरा हो जाता है और एंटीना की दिशात्मकता बढ़ जाती है। विशेष रूप से लंबी या गैर-अनुकूलित संरचनाओं में पार्श्व लोब भी दिखाई दे सकते हैं।
इसलिए, एंटीना का मूल्यांकन केवल गेन के आधार पर नहीं किया जाना चाहिए। इंजीनियर आमतौर पर कई विशेषताओं पर एक साथ विचार करते हैं:
- पाना
- प्राप्त लाभ
- आधी शक्ति बीमविड्थ
- अक्षीय अनुपात
- VSWR या वापसी हानि
- आगे से पीछे का अनुपात
- पार्श्व-लोब स्तर
- ध्रुवीकरण शुद्धता
- विकिरण दक्षता
पैरामीटरों का यह संयोजन एकल गेन मान की तुलना में एंटीना प्रदर्शन की कहीं अधिक संपूर्ण तस्वीर प्रदान करता है।
हेलिकल एंटेना के फायदे
हेलिकल एंटेना कई उपयोगी इंजीनियरिंग लाभ प्रदान करते हैं:
- अपेक्षाकृत सरल यांत्रिक संरचना
- अक्षीय मोड में प्राकृतिक वृत्ताकार ध्रुवीकरण क्षमता
- उपयोगी परिचालन बैंडविड्थ
- अच्छा दिशात्मक प्रदर्शन
- विभिन्न आवृत्ति श्रेणियों के लिए स्केलेबल ज्यामिति
- लचीला आरएचसीपी या एलएचसीपी कार्यान्वयन
- व्यक्तिगत एंटेना या एंटेना एरे के लिए उपयुक्त
डिजाइन सीमाएँ
इसके अलावा कई अन्य कारकों पर भी विचार करना आवश्यक है:
- अक्षीय-मोड डिज़ाइनों के लिए काफी भौतिक लंबाई की आवश्यकता हो सकती है।
- उच्च गेन के लिए आमतौर पर अधिक घुमावों की आवश्यकता होती है और इसलिए एक लंबा एंटीना चाहिए।
- प्रदर्शन ज्यामितीय सटीकता पर बहुत अधिक निर्भर करता है।
- ग्राउंड-प्लेन के आयाम विकिरण विशेषताओं को प्रभावित करते हैं।
- फ़ीड मिलान को ठीक से डिज़ाइन किया जाना चाहिए
- अधिक मोड़ आने पर यांत्रिक सहायता अधिक महत्वपूर्ण हो जाती है।
- विपरीत वृत्ताकार ध्रुवीकरण दिशाएँ उच्च ध्रुवीकरण बेमेल हानि उत्पन्न कर सकती हैं।
विशिष्ट अनुप्रयोग
हेलिकल एंटेना कई प्रकार के आरएफ सिस्टम में पाए जा सकते हैं, जिनमें शामिल हैं:
- उपग्रह संचार
- अंतरिक्ष यान टेलीमेट्री और ट्रैकिंग
- ग्राउंड-स्टेशन संचार
- रेडियो खगोल विज्ञान
- हवाई और अंतरिक्ष संचार प्रणालियाँ
- आरएफ टेलीमेट्री
- दिशात्मक वीएचएफ और यूएचएफ लिंक
- रिमोट सेंसिंग
- एंटीना मापन और अनुसंधान
- वृत्ताकार ध्रुवीकरण प्रयोग
- संचार प्रणाली परीक्षण
आरएफ इंजीनियरिंग में हेलिकल एंटेना क्यों महत्वपूर्ण हैं?
हेलिकल एंटीना इस बात का एक उत्कृष्ट उदाहरण है कि कैसे एंटीना की ज्यामिति विद्युत चुम्बकीय व्यवहार को नियंत्रित करती है।
परिधि, रिक्ति, पिच कोण और घुमावों की संख्या जैसे मापदंडों को बदलकर, इंजीनियर एक कॉम्पैक्ट ब्रॉडसाइड रेडिएटर से दिशात्मक वृत्ताकार ध्रुवीकृत एंटीना में परिवर्तित हो सकते हैं।
भौतिक ज्यामिति और विद्युत प्रदर्शन के बीच यह संबंध वृत्ताकार ध्रुवीकृत हॉर्न एंटेना, एंटेना सरणियाँ, उपग्रह एंटेना, ब्रॉडबैंड मापन एंटेना और माइक्रोवेव संचार प्रणालियों जैसी अधिक उन्नत एंटेना प्रौद्योगिकियों का अध्ययन करते समय भी महत्वपूर्ण है।
आरएफ एमआईएसओ आरएफ परीक्षण, संचार, रडार, एंटीना माप और सिस्टम एकीकरण अनुप्रयोगों के लिए एंटीना और माइक्रोवेव घटकों का विकास करता है। हेलिकल एंटीना जैसी मूलभूत एंटीना संरचनाओं को समझने से इंजीनियरों को आवृत्ति रेंज, गेन, ध्रुवीकरण, अक्षीय अनुपात, बीमविड्थ, वीएसडब्ल्यूआर और विकिरण पैटर्न सहित महत्वपूर्ण मापदंडों का बेहतर मूल्यांकन करने में मदद मिलती है।
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पोस्ट करने का समय: 7 अगस्त 2026
