Σχεδιασμός, ανάλυση και πειραματική αξιολόγηση κυκλικά πολωμένης ελικοειδής φασικής στοιχειοκεραίας πολύ συμπαγούς γεωμετρίας

Abstract

This work presents the design, development, and performance evaluation of a compact wide-band phased array active helical antenna for monitoring HF interference. Traditional multi-element HF antenna designs are often subjected to size restrictions. The front-to-back ratio of the proposed circularly polarized phased array exceeds 20 dB across the operating range. This array enables simultaneous monitoring of vertically and horizontally polarized signals, offering a practical alternative to larger antennas, particularly in space-constrained scenarios. Through advanced low-noise amplifier design, efficiency and bandwidth are optimized while mitigating mutual coupling effects. Optimal beamformer design enhances array performance with respect to more traditional array design approaches. Test results verify exceptional performance with an average axial ratio of 2 dB and high front-to-back ratio beyond the desired frequency range. This study offers valuable insights into the design and deployment of compact wideband phased array antennas, providing an effective solution for monitoring HF interference.

Η παρούσα εργασία παρουσιάζει τη σχεδίαση, την ανάπτυξη και την αξιολόγηση της απόδοσης μιας συμπαγούς γεωμετρίας ενεργής φασικής στοιχειοκεραίας ευρείας ζώνης για την παρακολούθηση του υψίσυχνου φάσματος(HF). Οι παραδοσιακές κεραίες HF πολλαπλών στοιχείων υπόκεινται συχνά σε περιορισμούς μεγέθους. Ο λόγος μπρος-πίσω της προτεινόμενης κυκλικά πολωμένης φασικής στοιχειοκεραίας, υπερβαίνει τα 20 dB σε όλο το εύρος λειτουργίας. Αυτή η συστοιχία επιτρέπει την ταυτόχρονη παρακολούθηση κατακόρυφα και οριζόντια πολωμένων σημάτων, προσφέροντας μια πρακτική εναλλακτική λύση έναντι σε μεγαλύτερου φυσικού μεγέθους κεραίες, ιδίως σε περιπτώσεις περιορισμένου διαθέσιμου χώρου. Μέσω του προηγμένου σχεδιασμού ενισχυτή χαμηλού θορύβου, βελτιστοποιείται η απόδοση και το εύρος ζώνης, ενώ παράλληλα μετριάζονται τα φαινόμενα αμοιβαίας σύζευξης. Ο βέλτιστος σχεδιασμός του διαμορφωτή δέσμης βελτιώνει την απόδοση της συστοιχίας σε σχέση με τις πιο παραδοσιακές προσεγγίσεις σχεδιασμού φασικών στοιχειοκεραίων. Τα αποτελέσματα των δοκιμών επαληθεύουν την εξαιρετική απόδοση με μέσο αξονικό λόγο 2 dB και υψηλό λόγο μπρος-πίσω ακόμα και πέρα από το επιθυμητό εύρος συχνοτήτων. Τέλος, αυτή η μελέτη παρέχει πολύτιμα δεδομένα για τη σχεδίαση και την ανάπτυξη συμπαγούς γεωμετρίας ευρειζωνικών φασικών στοιχειοκεραίων, παρέχοντας ταυτόχρονα μια αποτελεσματική λύση για την παρακολούθηση παρεμβολών HF