Lịch sử của anten xoắn lò xo không chỉ là một câu chuyện về sự phát minh và tiến bộ, mà còn giải quyết vấn đề quan trọng: tối ưu hóa truyền tín hiệu trong các môi trường khắc nghiệt. Bài viết này sẽ giúp bạn khám phá quá trình phát triển của anten xoắn lò xo và cách nó đã trở thành một phần không thể thiếu của hệ thống truyền thông hiện đại.
Xem thêm:
1. Những phát kiến thô sơ đầu tiên của Helix
Một trong những công nhận đầu tiên chính là tương tác giữa một chùm tia điện từ và một sóng chạy trở nên khả thi trong nghiên cứu của Haeff vào năm 1933. Bằng sáng chế được nộp cùng năm đó, Haeff mô phỏng các Ống lái tia điện tử sử dụng bằng các Ống sóng chạy Xoắn ốc, và ông đã nghĩ là lúc đó các thiết kế này có thể dùng cho các máy oscillo hay máy dò. Thiết bị của Haeff dùng một tín hiệu RF (Radio Frequency) lan truyền trên một cuộn Xoắn ốc để bẻ lái những chùm tia electron ở gần. Ta có thể thấy rõ thiết kế của Haeff chưa có tiềm năng sinh ra sự khuếch đại.
Năm 1940, Lindenbrad nộp một bằng sáng chế chứng tỏ khuếch đại sóng chạy Xoắn ốc hoạt động tương tự như Ống sóng chạy Xoắn ốc. Trong bộ khuếch đại của Lindenbrad, tín hiệu được dùng chéo theo chùm tia sử dụng màng lưới trong ống súng electron. Chính sáng chế của ông sau này được ứng dụng cho tín hiệu RF dùng Xoắn ốc. Ông đã là người đầu tiên giải thích được tính đồng bộ trong tương tác chùm tia điện tử và sóng RF đã thực sự sinh ra tính khuếch đại như thế nào.
Tại đại học Birmingham, Rudolf Kompfner, tại thời điểm chưa hay biết đến nghiên cứu của Lindenbrad, phát triển thành công Ống sóng Xoắn (Traveling Wave Tube – TWT) đầu tiên trên thế giới vào năm 1943. Mục tiêu của nghiên cứu là tạo ra một bộ khuếch đại với độ nhạy và chặn tạp âm để đối trọng với những chiếc bộ thu bằng tinh thể tốt nhất thời bấy giờ. Vì bê bối chiến tranh, nghiên cứu của ông không được công bố mãi cho đến năm 1946, bài phát biểu trước công chúng đầu tiên được diễn ra tại Hội thảo Ống điện tử thuộc Học viện Kỹ sư Radio tại Đại học Yale, trong hai ngày 27-28, tháng 6 năm 1946.
2.Sự phát triển thật sự của Ăngten xoắn lò xo
Tình cờ thế nào, ít lâu sau khi Hội thảo ở đại học Yale diễn ra, Dr. Paul Raines ghé thăm Đại học bang Ohio để thuyết giảng về Ống sóng khuếch đại, và ông John Kraus, một giáo sư OSU đã có mặt ở buổi trình bày này.
Theo lời kể của Kraus: “Tôi đã tham dự một một bài giảng buổi chiều về Ống sóng bởi một nhà khoa học có tiếng. Trong những chiếc ống này, một chùm tia điện tử bắn dọc theo một cuộn dây Xoắn ốc dài nhằm khuếch đại sóng lan truyền ngay trên cuộn dây. Đường kính hình Xoắn ốc chỉ bằng một phần nhỏ so với bước sóng trong Ống và hoạt động như một thiết bị dẫn đường. Sau buổi trình bày, tôi đã hỏi Raines xem cái thiết bị Xoắn ốc có thể vận hành như một Ăngten, ‘Tôi đã thử nó nhưng e là nó không hoạt động như một ăngten đâu’, Raines đáp. Câu trả lời làm đã tôi suy nghĩ thế này: ‘Nếu tăng kích thước đường kính vòng xoắn lớn hơn như khi nó ở trong Ống sóng, tôi có linh cảm rằng nó sẽ bức xạ bằng cách nào đó, tôi không chắc lắm, nhưng tôi sẽ quyết tìm ra bằng được!’
Tối đó, trong Ham-shack của tôi, tôi sử dụng một oscillo cấp nguồn 2.5GHz, cuộn xoắn 7 vòng với 4cm đường kính, hình thành 12.5cm chu vi cho nó xấp xỉ ngang với 1 bước sóng từ nguồn 2.5GHz. Tôi kết hợp sử dụng một thiết bị phát hiện bằng tinh thể (crystal detector) gắn với một cánh lưỡng cực cỡ nhỏ như là một ăngten thu dipole.
Tôi đã vô cùng phấn khích khi thấy nó sinh ra một chùm phân cực tròn sắc nét bức xạ ra từ một đầu của ăngten. Tiếp theo, tôi thử quấn các vòng xoắn khác có đường kính lớn hơn, nhỏ hơn và nhận thấy một chút thay đổi. Còn nếu thêm nhiều vòng hơn sẽ làm chùm tia rõ ràng hơn. Mặc dù khám phá của tôi đến rất nhanh, nhưng khi đó tôi nhận ra sẽ cần nhiều công sức nghiên cứu hơn để hiểu được chiếc ăngten thú vị này. Trên thực tế, đã mất kha khá thời gian đo đạc và kiểm thử. Bài công bố đầu tiên với tiêu đề: ‘The Helical Beam Antenna’ được đăng trên số tháng tư của tạp chí Electronics năm 1947. Và sau bài viết đó, đã có hàng loạt báo cáo đã được xuất bản cho ăngten Xoắn lò xo bàn về thuyết hoạt động, chỉnh các thông số để cải thiện, và hàng loạt các biến thể của ăngten này được ra đời.
