Nonuniform helical antennas

Abstract

The objective of this thesis is to systematically analyze and optimize nonuniformly-wound helical antennas, along with classical (uniform) helical antennas. The optimization of the nonuniform helical antennas has many degrees of freedom. Hence, the optimization space is large and the optimization task is challenging. It is shown that, in most practical cases, the optimal nonuniform helical antennas outperform the uniform helical antennas presented in the literature. It is also shown that the nonuniform helical antennas are the preferable choice when the losses are low or medium, whereas for high losses, the uniform helical antennas should be used. A large database is assembled from the optimization results, wherefrom a complete design procedure is developed for the nonuniform helical antennas. This procedure comprises all necessary equations and graphs for evaluating the optimal antenna parameters and estimating the antenna characteristics. The design procedure is verified experimentally, by measurements of a fabricated prototype. Quad (2 x 2) arrays of nonuniform helical antennas are also investigated. Their design procedure includes the optimization of single antennas along with their positions in the array. The solution of a real engineering problem is presented: a quad array that meets predefined specifications is designed and a prototype is fabricated and measured.

Циљ ове тезе је систематична анализа и оптимизација неуниформно мотаних хеликоидалних антена, као и класичних (униформних) хеликоидалних антена. Оптимизација неуниформних хеликоидалних антена има много степени слободе. Стога је оптимизациони простор велики, а оптимизација изазован задатак. Показано је да, у највећем броју практичних случајева, оптималне неуниформне хеликоидалне антене надмашују по перформансама униформне хеликоидалне антене представљене у литератури. Осим тога, показано је да су неуниформне хеликоидалне антене бољи избор када су губици мали или средњи, док би у случају великих губитака требало користити униформне хеликоидалне антене. Резултати оптимизације чине велику базу података, на основу које је развијен поступак пројектовања неуниформних хеликоидалних антена. Овај поступак обухвата све потребне једначине и графике за одређивање оптималних параметара антена и процену карактеристика антена. Поступак дизајна је потврђен експериментално, мерењем карактеристика реализованог прототипа. Такође су испитивани низови од 2 x 2 неуниформне хеликоидалне антене. Процедура за њихов дизајн садржи оптимизацију засебних антена, као и оптимизацију положаја антена у низу. Представљено је и решење реалног инжењерског проблема: дизајниран је низ од 2 x 2 антене који испуњава унапред дефинисане спецификације, а прототип је направљен и измерен.