ASpiralantenneSie ist ein typisches Beispiel für eine Drahtantenne, die sich durch ihre spiralförmige Struktur auszeichnet. Es handelt sich um eine Breitbandantenne, die für die VHF- und UHF-Bänder geeignet ist.
Die Wendelantenne arbeitet in einem Frequenzbereich von etwa 30 MHz bis 3 GHz und deckt hauptsächlich die VHF- und UHF-Bänder ab.
Aufbau und Funktionsprinzipien der Spiralantenne
Eine Spiralantenne entsteht durch das Aufwickeln eines Leiters in Spiralform und dessen Verbindung mit einer Massefläche über eine Zuleitung. Dank ihrer einfachen Struktur erzeugt sie auf natürliche Weise zirkular polarisierte Wellen und findet breite Anwendung in der extraterrestrischen Kommunikation, beispielsweise in Satellitenrelais-Systemen.
Die obige Abbildung zeigt ein Spiralantennensystem für die Satellitenkommunikation. Solche Antennen benötigen typischerweise viel Platz für die Installation im Freien.
Die Spiralantenne besteht aus einer spiralförmig gewickelten Spule aus dickem Kupferdraht oder -rohr, die mit einer flachen Metallgrundplatte zusammenarbeitet. Ein Ende der Spirale ist mit dem Innenleiter des Koaxialkabels verbunden, während der Außenleiter an der Grundplatte befestigt ist.
Das obige Bild veranschaulicht den Aufbau einer Spiralantenne mit einer detaillierten Ansicht ihrer Komponenten.
Die Strahlungseigenschaften einer Spiralantenne werden primär durch den Helixdurchmesser, den Abstand zwischen den Windungen (Steigung) und den Steigungswinkel bestimmt.
Der Steigungswinkel ist definiert als der Winkel zwischen der Tangente an die Helix und der Ebene, die senkrecht zur Helixachse steht, und wird wie folgt angegeben:
Wo:
•D ist der Durchmesser der Helix
•S ist die Steigung (Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Kurven).
•α ist der Nickwinkel
Betriebsmodus
Spiralantennen arbeiten in zwei Hauptmodi:
•Normalmodus (auch bekannt als senkrechter Strahlungsmodus)
•Axialmodus (auch bekannt als Endfeuermodus oder Strahlstrahlungsmodus)
Die einzelnen Modi werden im Folgenden detailliert beschrieben.
Im Normalbetrieb ist das abgestrahlte Feld senkrecht zur Helixachse, und die abgestrahlte Welle ist zirkular polarisiert. Dieser Betriebsmodus wird erreicht, wenn die Helixabmessungen klein im Verhältnis zur Wellenlänge sind. In diesem Fall lassen sich die Strahlungseigenschaften der Helixantenne als Kombination aus einer kurzen Dipolantenne und einer Rahmenantenne betrachten.
Die obige Abbildung veranschaulicht das Strahlungsmuster einer Spiralantenne im Normalbetrieb.
Dieser Betriebsmodus wird durch den Helixdurchmesser D und den Windungsabstand S bestimmt. Zu den Nachteilen dieses Betriebsmodus gehören die geringe Strahlungseffizienz und die schmale Bandbreite; daher wird er in praktischen Anwendungen selten eingesetzt.
Axialmodus
Im axialen Strahlungsmodus weist das abgestrahlte Feld entlang der Helixachse ein endständiges Strahlungsverhalten auf, und die abgestrahlte Welle ist zirkular oder nahezu zirkular polarisiert. Dieser Modus wird erreicht, wenn der Umfang der Helix auf die Größenordnung einer Wellenlänge (λ) vergrößert wird und der Abstand zwischen den Windungen etwa λ/4 beträgt. Unter diesen Bedingungen ist das Strahlungsmuster entlang der Achse breit und weist eine gerichtete Strahlung auf, wobei Nebenkeulen in Winkeln außerhalb der Achse auftreten.
Die obige Abbildung veranschaulicht das Strahlungsmuster einer Spiralantenne im axialen Betrieb.
Ist die Antenne für rechtszirkular polarisierte (RHCP) Wellen ausgelegt, empfängt sie keine linkszirkular polarisierten (LHCP) Wellen und umgekehrt. Dieser Betriebsmodus ist einfach zu implementieren und wird in der Praxis häufiger verwendet.
Die wichtigsten Vorteile der Spiralantenne sind folgende:
• Einfache Struktur und leicht zu gestalten
•Hohe Richtwirkung
•Große Bandbreite
•Fähig zur Zirkularpolarisation
•Geeignet für HF- und VHF-Bänder
Die wichtigsten Anwendungsgebiete der Spiralantenne sind folgende:
• Einzelne Helixantennen oder deren Anordnungen werden zur VHF-Signalübertragung und zum -empfang verwendet.
• Weit verbreitet in Satelliten- und Tiefraum-Kommunikationssystemen
•Wird in Telemetrieverbindungen zwischen ballistischen Raketen, Satelliten und Bodenstationen eingesetzt.
• Wird verwendet, um die Kommunikation zwischen Mond und Erde herzustellen.
• Spielt auch eine wichtige Rolle in Anwendungen der Radioastronomie.
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Veröffentlichungsdatum: 26. März 2026
