Круговая поляризация возникает, когда две поперечные ортогональные составляющие электрического поля имеют одинаковые амплитуды и сдвиг фазы ±90°. В винтовой антенне осевого режима это может обеспечиваться распределённым током вдоль витков. Это не означает обязательного наличия двух отдельных ортогональных плеч.
Винтовая антенна и плоская спираль
Словом «спиральная» могут называть пространственную винтовую антенну, helix, и плоскую спираль. Их геометрия и питание различаются. Здесь основное внимание уделяется винтовому излучателю осевого режима.
Обычная малая винтовая антенна нормального режима не обязана давать тот же осевой луч и круговую поляризацию. Одного внешнего вида проволоки недостаточно для определения диаграммы.
Как формируется осевое излучение
В осевом режиме ток распространяется вдоль винтового пути с меняющейся фазой. Вклад разных участков складывается так, что вблизи оси может формироваться поле с близкими ортогональными компонентами в квадратуре.
Окружность витка порядка длины волны — известный исходный ориентир классического осевого проекта. Диаметр, шаг, число витков, проводник, питание и отражатель определяют результат. Это не обещание работы любых трёх-пяти витков во всём диапазоне 1–10 ГГц.
Пример масштаба: на 1,5 ГГц свободная длина волны около 200 мм. Если для начальной оценки принять окружность витка равной λ, диаметр будет около 64 мм. Это начальный геометрический ориентир, а не готовый гарантированный проект.
Осевое отношение
Если большая и малая полуоси эллипса поля имеют амплитуды Emax и Emin, то AR = Emax/Emin, а ARdB = 20 log10AR. Идеальная круговая поляризация имеет 0 дБ, а не 3 дБ.
Порог 3 дБ — возможный критерий спецификации. При нём отношение осей около 1,413. Его проверяют по частоте и углу: хорошее значение на оси не гарантирует такую же поляризацию по всему лучу.
Направление вращения
Направление намотки связано с поляризацией осевого режима, но обозначения RHCP и LHCP нужно применять с одной и той же конвенцией наблюдения. Противоположное направление взгляда может вызвать путаницу.
Простой поворот корпуса вокруг оси на 90° не превращает RHCP в LHCP. Для изменения поляризации нужно изменять соответствующее возбуждение или структуру, а затем проверять поле.
Что измерять
VNA у порта показывает согласование, а не осевое отношение. Для поляризации измеряют комплексные ортогональные компоненты или используют подходящую калиброванную антенну.
Вращаемая линейная проба может помочь определить отношение осей при корректных условиях, но только максимум и минимум мощности не определяют направление вращения. Учитывайте отражения, положение и кросс-поляризацию пробы.
Материалы, печать и монтаж
3D-печатная опора может удерживать геометрию, но диэлектрик и покрытие меняют электромагнитное поведение. Обычный пластиковый виток без проводящей структуры не является тем же металлическим излучателем.
Проверяйте питающий переход, поверхность, жёсткость и окружающие детали. Универсального выигрыша по эффективности или допустимой погрешности печати без частоты и модели нет.
Спутниковые применения
Круговая поляризация используется в ряде спутниковых систем, но не все спутниковые антенны винтовые. Например, соответствующее поле могут формировать и другие структуры. Нельзя выводить «78% GPS-антенн» из одного принципа поляризации.
Основы: винтовая антенна осевого режима и поляризация поля. Выбирайте по измеренной полосе, диаграмме и осевому отношению, а не по вымышленной истории аварии спутника.
