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螺旋天线介绍

螺旋天线介绍
由金属导线绕成螺旋形状的天线。

它由同轴线馈电,在馈电端有一金属板(图1)。

螺旋天线的方向性在很大程度上取决于螺旋的直径(D)与波长(λ)的比值D/λ。

当D/λ<0.18时,螺旋天线在包含螺旋轴线的平面上有8字形方向图,在垂直于螺旋轴线的平面上有最大辐射,并在这个平面得到圆形对称的方向图。

这种天线称为法向模螺旋天线(图2a),用于便携式电台。

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,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(图2b),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(图2c)。

轴向模螺旋天线应用最广。

图1中,D为螺旋天线直径;S为螺距;l为一圈周长;n 为圈数;α为升角;L为轴线长。

它们的关系是
l2=(πD)2+S2
L=nS
α=0的螺旋为平面上的单圈螺旋,取周长近似等于一个波长,并假定线上运载行波电流。

在某一瞬时线上是正弦电流分布(图3)。

在和x与y轴对称的任意四点A、B、C、D,电流存在下列关系:
这些电流的方向相反,它们的作用彼此抵消,所以在z轴方向只有Ey分量起作用。

绕圈运载的是行波,电流沿线圈的分布将绕z轴旋转。

因此,在z轴方向的电场Ey也绕z轴
旋转,于是在轴向产生圆极化波,并有最大辐射,故称为轴向模辐射。

这种天线具有圆极化辐射的特点,它的频带很宽,在1:1.7通频带内方向图变化不大,而且天线的输入阻抗几乎恒定,约为140欧。

朝辐射方向看,螺旋右绕产生右旋波,左绕产生左旋波。

为了进一步展宽频带,可将螺旋天线做成圆锥形(图4)。

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(见不对称天线)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(图5)。

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(图6)。

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。

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