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螺旋天线

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【摘要】:
螺旋天线(helical antenna)是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成,通常用同轴线馈电,同轴线的心线和螺旋线的一端相连接,同轴线的外导体则和接地的金属网(或板)相连接。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时,辐射最强的方向垂直于螺旋轴;当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时,最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。

螺旋天线(helical antenna)是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成,通常用同轴线馈电,同轴线的心线和螺旋线的一端相连接,同轴线的外导体则和接地的金属网(或板)相连接。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时,辐射最强的方向垂直于螺旋轴;当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时,最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。

定义

螺旋天线是天线的一种,可以收发空间中旋转的偏振电磁信号。这种天线通常用在卫星通讯的地面站中。用非平衡馈线,比如同轴电缆来
螺旋天线螺旋天线
连接天线,电
螺旋天线螺旋天线
缆中心连接在天线的螺旋部分,电缆的外皮连接在反射器上。

 

从外表看起来,螺旋天线就好像在一个平面的反射屏上安装了一个螺旋。螺旋部分的长度要等于或者稍大于一个波长。反射器呈圆形或方形,反射器的内部最大距离(直径或者边缘)至少要达到四分之三波长。螺旋部分的半径在八分之一到四分之一波长之间,同时还要保证四分之一到二分之一波长的倾斜角度。天线的最小尺度取决于所采用的低频信号频率大小。如果螺旋或反射器太小,那么天线的效率就会严重降低。在螺旋天线的轴心部分,电磁波的能量最大。 螺旋天线通常是由多个螺旋部分和一个反射器组成。可以同时垂直或水平的挪动整组天线来跟踪某个卫星。如果卫星并没有在轨道上运行,可以通过计
螺旋天线螺旋天线

算机来调节天线的方位角,来跟踪卫星轨迹。

 

 

 

 

 

 

 

分类与应用

 

当D/λ=0.25~0.46(即一圈螺旋周长约为一个波长)时,天线沿轴线方向有最大辐射
螺旋天线半径(周长)对方向图的影响螺旋天线半径(周长)对方向图的影响
,并在轴线方向产生圆极化波。这种天线称为轴向模螺旋天线,常用于通信、雷达、遥控遥测等。当 D/λ进一步增大时,最大辐射方向偏离轴线方向。
法向模螺旋天线(D/λ<0.18)实质上是细线天线,为了缩短长度,可把它卷绕成螺旋状。因此,它的特性与单极细线天线相仿,具有8字形方向图,并且频带很窄,一般用作小功率电台的通信天线。
边射式螺旋天线是一种法向模螺旋天线。它是在螺旋的中心轴线上放置一根金属导体,当螺旋一圈的周长l=Mλ(M=2,3,…整数)时,也在螺旋的法向产生最大辐射。这种天线可用作电视发射天线。
等角螺旋天线也是一种法向模螺旋天线。天线的两臂,在一个平面上或锥面上按特定的曲率变化绕旋展开。由于这种天线的外形只由角度决定,不包含线性长度,因而天线的特性不受频率变化的影响,故有极宽的频带。平面等角螺旋天线的最大辐射方向是在平面两边的法向方向,并辐射圆极化波。

袖珍天线制作

袖珍通讯机用天线的设计和制作
螺旋天线螺旋天线
曹志宇
袖珍通讯机由于体积小,重量轻,使用方便等优点而被广泛应用于社会各部门,这种机器广泛应用一种螺旋天线,一般成品螺旋天线都用导电性能良好的金属线绕成并密封好。其工作原理下:
图1 所示一般天线结构示意图。D是螺旋天线直径,L是螺旋天线长度,ρ是螺距,Ⅰ、Ⅱ是螺旋线上相对应两点。
一般可以认为,电磁波沿金属螺旋线以光速C作匀速运动。
从Ⅰ点到Ⅱ点即进行一个螺旋,所需时间为
t = πD/C
而对螺旋天线而言,其轴向电磁波只运动行进了一个螺距ρ,其轴向等效速率
υ=ρ/t =ρ/C (πD)
这种关系也可用图2形式解释。由图2可知:
υ=Csinθ=Cρ/(πD)≤C
由上式可以看出,υ总是小于等于C的。故螺旋天线能使电磁波运动速度减慢,是一个慢波系统,其等效波长λ等效小于工作波长λ。对于螺旋天线而言,应谐振于其1/4等效波长,因而能缩
螺旋天线螺旋天线
短螺旋天线的几何长度。
对于工作于一定中心频率的通讯机来说,其所需绕的线圈数N可以由下式近似算出:
螺距:υ=L/N
所需金属线长度:ι=NπD
对于一般通讯机可取
L=20~40cm
D=10~20mm
下表是对一些常用频率螺旋天线的设计实例,其他频率也可类似设计。
f是工作中心频率;
螺旋天线螺旋天线
D是螺旋天线直径;
L是螺旋天线长度;
N是螺旋圈数;
ι是所需金属线长度。
以上N、ρ为了实际制作需要均取近似值。
制作时可用直径0.5~1.5mm漆包线或镀银铜线或铝线在直径为D的有机玻璃或其他绝缘材料上绕制,并在棒的两头打上小孔,以利于固定金属线;在棒的底端焊上较粗的金属杆或插头固定在棒上,以利于与机器连接;整个螺旋天线的外面可用橡胶管或其他材料套封,并在顶端盖上橡皮帽或用其他材料密封,这样既美观大方,又防雨防蚀,经久耐用。如果没有上述金属丝,也可采用多股细绝缘导线代替,效果相同,只是绕制时固定较为困难。
以上螺旋天线也可用于各种小型遥控设备及其他类似机器上。
为了比较慢波天线与常规拉杆天线的不同,说明慢波天线尺寸较小的优点,我们可对拉杆天线作一计算。
设定参数如下:
频率f=27MHZ
波速c=3×108M(注:108应为10的8次方)
天线应谐振于1/4工作波长,则按公式可计算拉杆天线的长度:
L=1/4λ=1/4 c/f=1/4(3×108/27×108)=2.78m(注:108应为10的8次方)
按照上面的表格,可知如果使用螺旋天线,中心频率为27MHZ的慢波天线,其外观长度仅40cm,尺寸约仅为拉杆天线的七分之一。
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