螺旋天线

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螺旋天线属于类“频率无关天线。这些天线有一个非常大的的 带宽。 相对带宽 可以像30:1高。 这意味着,如果较低的频率为1 GHz,天线仍然可以在频段在30 GHz(这意味着性能好), 和每一个频率之间。    

螺旋天线通常是圆偏振光。 螺旋天线的辐射模式通常有一个峰值辐射方向垂直的平面 螺旋(宽边辐射)。半功率波束宽度(HPBW)大约是70-90度。    

   螺旋天线被广泛应用于国防工业,遥感应用,    宽带天线,不占用太多的空间是必要的。    螺旋天线阵列用于在1-18 GHz范围内的军用飞机。    螺旋天线的其它应用包括全球定位系统,它有利于    

RHCP(右手圆极化)天线。

对数周期螺旋天线

1954年,埃德温Turnur开始改变一个偶极天线。离开偶极子天线,双臂伸直, 他缠对方, 形成一个螺旋。这是螺旋天线开始。 使用简单的极坐标,我们可以定义一个螺旋天线的武器 和极地功能。对数周期螺旋天线,又称等角螺旋天线, 极地函数中定义的每个手臂:

[方程 1]

在方程[1], 是一个常数,它控制的螺旋天线的初始半径。参数“a” 控制螺旋的速度 天线耀斑或增长,事实证明。方程[1] 简单的状态,螺旋天线半径呈指数增长,事实证明。在图1中,积 平面数周期螺旋天线。

图1。数周期螺旋天线的“C”= 1,“a”= 0.1.

图1的平面螺旋天线将流入和流出的屏幕的峰值辐射方向 (舷侧或垂直平面螺旋,在这两种 正面和背面)。 图1螺旋天线辐射右手将圆极化(RHCP) 领域的屏幕,和左手圆极化(LHCP) 到屏幕的领域。可确定的圆偏振光领域意识领域的方向放置在你的拇指和冰壶 在螺旋天线的方向(如果你的手指卷曲的正确方法,用你的右手,然后是RHCP,否则,它是LHCP)你的手指。

参数影响螺旋天线的辐射包括:

1。总长度的螺旋,或外半径 () - 这就决定了螺旋天线的最低操作频率。最低工作 螺旋天线的频率 通常近似时发生的波长等于螺旋周长:

[方程 2]

2。耀斑率(“a”) - 螺旋角生长的速率是耀斑率。如果实在是太小,螺旋 是紧紧包裹在自己周围。在这种情况下,它的行为更像是一个电容器,与密切 加上导线,给穷人的辐射。如果 耀斑率过小,更像是一个螺旋行为 偶极子,因为它不环绕本身。一个常用的值是“a”=0.22。

3。饲料结构 - 饲料必须 巴伦控制 使螺旋无论是手臂上的平衡电流。一个常用的螺旋天线的巴伦 是无限的巴伦。 更重要的是,饲料结构决定了工作频段的高端。 有多紧密,你可以用螺旋本身 多小的波长可以将适合你的螺旋仍然保持螺旋天线操作。 螺旋天线的最高频率 工作频段时,会发生 最内层半径的螺旋(螺旋开始后,饲料结构)等于λ/4(四分之一波长)。也就是说, 最高频率可确定从内半径 ( 在公式 [1]):

[方程 3]

4。匝数(N) - 螺旋的圈数也是一个设计参数。 实验发现,用螺旋 至少有一个半转3圈工作做好了,就是一个很好的数字与1.5轮流。

螺旋天线的辐射发生时,旋臂的电流相。 由于螺旋风从中心向外, 每个频率(波长)的电流添加建设性的,并产生辐射,会存在一些地区。 这种辐射 删除螺旋天线上的电流的能量;作为一个结果,幅度 目前的死亡与距离从螺旋 天线。因此,当前的小螺旋天线反射。 如何迅速增加的幅度的电流减小 远离中心的螺旋是螺旋天线的几何形状的功能。

要furthur减少反射的螺旋 (这将降低整体天线的效率和带宽) 有时阻性负载 适用于螺旋年底保持目前在旋臂年底的反映。

缝隙天线的阻抗 - 贝比芮的原理

要估计的螺旋天线的阻抗,我们可以回顾贝比芮的的原则,这是方面的讨论 缝隙天线。请注意,对数周期螺旋天线和它的 双表面是相同的。也就是说,如果我们数周期螺旋旋转90度,我们得到确切的形状相同,这是双螺旋 天线。这种独特的财产是指有一个很好的结果。由于两个相同的形天线的阻抗也必须 是相同的,我们可以从阻抗贝比芮的原则:

[方程 4]

也就是说,对数周期螺旋天线的约188欧姆的理论阻抗。 螺旋天线的实际实现的阻抗 往往是在100-150欧姆的范围内,低于这一标准。

辐射模式

对数周期螺旋天线的辐射模式大约是:

[方程 5]

这种模式有两个相等的辐射峰,都痛批平面螺旋天线 (Z =0平面,或X - Y平面在于)。一个峰值以上 平面螺旋天线和其他下文。螺旋天线具有圆极化超过 beamwdith宽,往往是一样宽角地区 。 这是一个非常广泛的波束圆极化的,这是一个 螺旋天线非常有用的功能,使。

阿基米德螺旋天线

另一种常见的平面螺旋天线类型被称为阿基米德螺旋天线。 每个阿基米德螺旋臂是由方程定义:

[方程 6]

方程[6]“R”的天线半径的增加而线性与角度 。 参数“A”是根本 一个常数,控制率在螺旋耀斑。 阿基米德螺线作为第一第二的手臂,但180度旋转。 公式阿基米德螺旋曲线[6],如图2所示:

图2。阿基米德螺旋天线, "a" = 0.1.

在图2中,我们有两个武器的阿基米德螺旋天线火炬中心,如方程[6]中定义。 饲料中的天线 (电压源),是直接放在跨之间的螺旋的两个武器 - 积极的一只手臂和饲料的负面 第二旋臂。

背腔缝隙天线

所述的缝隙天线以前一直平面缝隙天线。 如前所述,他们常用的飞机或其他金属的支持对象。 因此,它是理想的设计缝隙天线是由一些金属腔支持。 这株螺旋天线,从它的背后是什么,使IT 可安装在对象上,而不必担心关于重新调整天线。

背腔槽有两种类型。首先是一个简单的金属后盾 从螺旋中分离出来,通过一定的距离或深度,“D”。这金属 支持将导致进入空腔的辐射场的反射。 因此,他们往往可以取消行驶痛批领域 平面螺旋天线。如果深度“D”是相对较小的波长,或 一个半波长的整数倍,反映的领域 将倾向于取消螺旋天线领域向前行驶, 从而导致贫困辐射。因此,做一个金属的背腔螺旋 将工作,但会减少螺旋天线宽带特性。

另一种方法是使用吸音材料,背腔螺旋天线。 在这种情况下,从腔反射 被衰减,因此,没有破坏性的干扰,因此,螺旋 天线将保持其宽带特性。这趋于下降 天线效率 螺旋天线,因为大约一半的辐射功率应吸收(旅游等领域的进入型腔)。 然而,这方面的损失 效率是约3分贝,这往往是容忍。

施工简单,阿基米德螺旋天线

在本节中,我将讨论简单的平面螺旋天线的建设。 首先,这里有一些螺旋天线模式,可以打印出 如果你想创建自己的螺旋天线:

阿基米德螺线,“a”= 0.22,约3.2圈

数周期螺旋天线,“a”= 0.2,约2.5打开

我开始与阿基米德螺旋天线的打印。 然后我用了两个大约15英寸长的同轴电缆:

我开始配合饲料同轴电缆,和总结,对中心的螺旋 (这将是旋臂1)。重要的是有相同的旋臂 材料和形状,以保持目前的平衡。因此,我养活中心 第二外层屏蔽馈电缆导体(旋臂1) 同轴电缆(旋臂2)。然后,我包旋臂2沿着第二条道路 螺旋天线(绿线)在上面的阿基米德形象。然后,我 简单地使用磁带,以确保在地方的天线。这就是它!我们有 我们的螺旋天线,与喂养同轴连接电缆所示:

请注意,我们作为一个臂螺旋天线的馈电缆本身,使得 无限巴伦。用网络分析仪(VNA)测量VSWR是如图3所示:

图3。螺旋天线的VSWR如上所示。

在图3的VSWR是不是特别好匹配(略小于50%,在整个频段失配损耗)。然而, VSWR是相当稳定,这是一种理想的宽带天线的财产。此的VSWR 天线可以通过优化改进 饲料结构,增加圈数和优化的形状(如何快速的螺旋 风,或使用对数周期螺旋形)。 然而,这是相当不错了5分钟的天线。天线的效率,如图4所示:

图4。建螺旋天线的效率。

效率仍然相当稳定,在约-5分贝整个波段。 随着失配损耗大约为-3 dB,似乎有 与结构本身的损失约2分贝。因此,有一个很好的 优化量可能出现改善 螺旋天线的性能。然而,图4显示了这种天线是 一个体面的散热器.


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