Любительские антенны ew8au конструкции и описание радиолюбительских коротковолновых и ультрокоротковолновых антенн
Спиральные антенны
Спиральные антенны относятся к классу антенн бегущейволны. Они представляют собой металлическую спираль, питаемую коаксиальнойлинией. Спиральные антенны формируют диаграмму направленности, состоящую издвух лепестков, расположенных вдоль оси спирали по разные стороны от нее.
Напрактике обычно требуется одностороннее излучение, которое получают, помещаяспираль перед экраном или в отражающей полости. Существуют цилиндрические,конические и плоские спиральные антенны. Вид спиральной антенны может бытьвыбран по заданному диапазону волн.
Если ширина диапазона не превышает 50%, тоберется цилиндрическая спираль, коническая спираль обеспечивает диапазон в двараза шире, чем цилиндрическая. Плоские спиральные антенны обладают двадцатикратнымперекрытием по рабочему диапазону.
В радиолюбительской практике, в диапазоне
УКВ, наибольший интерес представляет собой цилиндрическая спиральная антенна с
круговой поляризацией и большим коэффициентом усиления. Если мы принимаем
сигнал с линейной поляризацией (вертикальной или горизонтальной) на антенну с
круговой поляризацией, теряется три децибела, но при этом намного уменьшается
глубина замираний.
При переотражении сигнала на длинных трассах, мы не знаем скакой поляризацией (или с каким наклоном) приходит сигнал в точку приема, дляантенны с круговой поляризацией это не будет иметь никакого значения. Вообщеможно отметить, что изготовление в домашних условиях антенн с большимкоэффициентом усиления, типа ”волновойканал”, сопряжено с рядом трудностей.
Даже имея хороший парк приборов, труднодобиться расчетных значений. Необходимо строго выдерживать линейные размеры. Принастройке обычно корректируют не более двух – трех элементов, расположенныхрядом с активным вибратором. Расчет и настройка антенн типа “волновой канал” прост только для малого количестваэлементов.
Параметры антенны могут значительно изменяться при небольшомизменении размеров элементов и их взаимного расположения. С ростом числаэлементов, количество операций при настройке растет в геометрическойпрогрессии. Большое количество элементов сужает полосу пропускания антенны,уменьшает входное сопротивление.
Поэтому сужение диаграммы направленности директорнойантенны с увеличением ее длины происходит значительно медленнее, чем у антенныбегущей волны, элементы которой возбуждаются с одинаковой интенсивностью. Посравнению с директорными антеннами у спиральных антенн размеры являются менеекритичными.
Не критичность спиральных антенн к точности изготовления – большоеих преимущество. При одном и том же усилении, спиральная антенна имеет меньшиеразмеры, чем антенна волновой канал. Так как полоса пропускания спиральнойантенны, намного больше, чем любой любительский диапазон, нет необходимостидаже измерять резонансную частоту антенны, достаточно измерить только входноесопротивление и рассчитать под него согласующее устройство, для оптимальногосогласования антенны с фидером питания.
D — диаметр спирали, S – шаг спиралиРис. 1. Цилиндрическаяспиральная антенна.
Следует иметь в виду, что спиральные антенны имеютизлучение с вращающейся поляризацией. При работе на передачу спиральная антеннаизлучает поле с вращающейся поляризацией, право или лево поляризованное, взависимости от направления намотки спирали.
При работе на прием она принимаетлибо поле вращающейся поляризации с направлением вращения, как и при передаче,либо поле любой линейной поляризации. При расчете К.Н.Д. антенны следует делатьпоправку на круговую поляризацию и от результата отнимать 3 dВ.
Для приема излучения с линейной поляризацией, чтобы
не терять 3 dВ, можно применять антенну состоящую из двух близко расположенных
параллельных спиралей, намотанных в противоположные стороны.
Если антеннапредназначена для работы только на одном радиолюбительском диапазоне, например430 / 435 МГц, желательно заузить полосу пропускания антенны при помощичетвертьволнового короткозамкнутого шлейфа, выполненного из медного проводадиаметром 2-3 мм или медной шинки, соединяющей разъем и экран (Рис. 2).
Если спирали расположить вгоризонтальной плоскости, то возможен прием волн с горизонтальной поляризацией,а при вертикальном расположении – с вертикальной поляризацией.
Антенна из двухпараллельно расположенных спиралей дает возможность при соединении спиралейпараллельно получать входное сопротивление Rвх = (65-80) Ом, что удобнопри питании ее обычным коаксиальным кабелем без согласующих устройств.
То есть делаетсядвухзаходная спираль на одном каркасе с противоположным направлением намоткивитков.
Спирали с противоположным направлением намоткиразвязаны относительно друг друга на 40 dВ, меняя сдвиг по фазе между токами вобеих обмотках можно управлять направлением поляризации.
В диапазонах 1200 мГц и выше антенну следуетпомещать не над экраном, а в коническом рупоре, что увеличивает в четыре разакоэффициент направленного действия такой антенны по сравнению с обычнойспиралью такой же длины, а уровень боковых лепестков становится на 15 – 20 dВниже. Рис.
Цилиндрическая спиральная
антенна состоит из следующих основных частей: проволочной спирали,
сплошного или сетчатого экрана, согласующего устройства. В конструкцию антенны
могут входить так же диэлектрический каркас, на который наматывается спираль и
диэлектрические растяжки, придающие антенне жесткость.
Если спираль крепится насплошном каркасе из диэлектрика, то ее расчетные размеры должны быть уменьшеныв 1/v? раз. Спираль наматывается изпроволоки, трубки либо плоской ленты. Как витки, так и экран необязательноделать круглыми, их можно делать квадратными или многоугольными.
Длина виткаспирали принимается равной средней длине волны заданного диапазона L=?cp.
Рис.3 Двухзаходная спиральная антенна Рис.4 Коническийрупорс противоположным направлением со спиральнымвозбудителемнамотки витков
Шаг спирали находится изусловия S=0,22 ?cp, если необходимо получить круговую поляризацию поля, или из условия
если необходимо получить от антенны максимальный К.Н.Д. L – длина витка, S – шаг спирали, ?’- длина антенны. Входное сопротивление почти чисто активное.
Расстояние начала спирали от экрана выбирают равным 0,13 ?. Диаметр дискаэкрана принимается равным (0.9 ? 1,1); диаметр провода спирали беретсяпорядка (0,03 ? 0,05) ?cp.
Еслинеобходимо иметь согласование в широкой полосе частот, например, втелевизионном диапазоне ДМВ, можно применить широкополосной экспоненциальныйтрансформатор, в полосковом исполнении.
Экспоненциальным трансформаторомназывается линия, по длине которой волновое сопротивление изменяется поэкспоненциальному закону. См.Рис. 5 а.
Это достигается изменением расстояниямежду проводниками или их диаметра и соответственно изменением погоннойиндуктивности и емкости трансформатора по всей его длине.
Физическая сущность
согласования экспоненциальным трансформатором заключается в том, что по мере
увеличения его волнового сопротивления амплитуда напряжения возрастает, а
амплитуда тока уменьшается, причем эти изменения происходят достаточно плавно,
так, что режим бегущих волн практически сохраняется.
На практике, особенно вдиапазоне сверхвысоких частот, широко применяются отрезки линий, поперечныеразмеры которых изменяются по линейному закону. Изготовление такихтрансформаторов проще, чем экспоненциальных и они близки по эффективностисогласования к экспоненциальным. См. Рис.5Б.
Рис. 5а Рис.5б
Рис.6
Полосок вырезается из тонкой листовой меди илилатуни толщиной 0,3-0,6 мм. Чтобы выдержать точное расстояние над экраном ихорошо закрепить полосок, на экран приклеить кольцо из пенопласта и на этокольцо приклеить полосок.
При расчете волнового сопротивления учитывается диэлектрическаяпроницаемость пенопласта 1,1.
Рис. 7
Рис. 7а
Толщина пенопласта 7 мм. В нашем примеретрансформатор трансформирует 120 Ом в75 Ом. Согласно графику можно изготовить трансформатор с другим коэффициентомтрансформации. Рис.8.
На рис.9антенна дециметрового диапазона, несущая траверса склеена из двух частей,прямоугольная стеклопластиковая труба от хоккейной клюшки, вторая часть круглаястеклопластиковая труба от лыжной палки. Каждый виток спирали опирается начетыре стеклотекстолитовые распорки.
В качестве распорок использовалась крайняясекция от пластиковой телескопической удочки (хлыстик), который всегда можноприобрести в продаже отдельно (без удочки). По длине траверсы с постояннымшагом сверлятся отверстия, в которые вклеиваются на эпоксидный клей распорки.
Спираль выполнена из медной шинки прямоугольного сечения. Несмотря на большую
длину антенны, имеет хорошую жесткость. Антенна расчалена тонким капроновым
шнуром, это придает антенне дополнительную жесткость, а так же защищает от
птиц.
Для уравновешивания конструкции с задней стороны экрана крепится металлическая труба с грузом наконце.
Рис.8
Рис. 9
Согласование в узкой полосечастот можно осуществить с помощью четвертьволнового трансформатора,сопротивление которого рассчитывается по известной формуле
Приприеме слабого сигнала, желательно применить согласование в узкой полосечастот. Автором была изготовлена и испытана антенна в диапазоне 70 см котораяпозволяла принимать станции не только в любительском диапазоне, и в телевизионномДМВ диапазоне.
O спирали 167 мм, расстояние между витками спирали 154 мм.
В точкеподключения широкополосного трансформатора к разъему СР-75, дополнительноподключался короткозамкнутый четвертьволновой шлейф, который позволял заузитьполосу пропускания антенны в нужном участке диапазона, при этом наблюдалосьулучшение качества изображения на принимаемом канале.
Самодельная спиральная антенна для эфирного цифрового телевидения
Этот тип антеннхорошо подходит для дальнего приёма эфирного телевизионного цифрового сигнала. Подкупаетпростота изделия, всего две основные детали: отражатель из снегоуборочнойлопаты и спираль из мотка силового провода.
Ни одного паяного соединения, всёна винтах и скрутке. Нет сложныхсогласующих элементов. Тем не менее, коэффициент усиления конструкции достигаетболее 10 дБ, что позволяет использовать её в некоторых случаях без усилителя.
Именно на эту антенну без усилителя япринял за городом цифровой телевизионный сигнал.
| Фото 1. Конструкция спиральной антенны. |
Хочу напомнить, чтолюбая дециметровая антенна годится для цифрового канала вещания, разница будеттолько в дальности приёма. Но не всякаяантенна обеспечит максимальный коэффициент усиления и согласования именно на нужнойчастоте. Какая бы сложная антенна не была, она имеет провалы и пики усиления вовсём своём диапазоне принимаемых частот.
Именноспиральные антенны следили за полётом первого космонавта Юрия Гагарина. Когда первые советские луноходы, ориентируяспирали, бороздили поверхность Луны, я мечтал сделать такую же космическуюантенну.
Нет ничего хуженезавершенных дел. За основу выбираю самую простую из всех типов спиральныхантенн. Это однозаходная, спиральная, цилиндрическая (бывает ещё коническая),регулярная, то есть с постоянным шагом намотки или одинаковым расстоянием междувитками. Таким образом, уже название антенны говорит о её конструкции. Именнотакую конструкцию впервые предложил Kraus J.D.
«Helical beam antenna». – «Electronics»,1947 год. V20, N4. Р. 109.
Рекомендую длярадиолюбителей лучшую настольную книгу «Антенны»,издание 11, том 2. Автор Карл Ротхаммель. В книге собрано многопрактического материала почти всем видам антенн. Характеристики, параметры,практические расчёты, рекомендации.
Из этого издания я привожу характеристикиспиральной антенны.
Необходимо узнать накакой частоте в вашем регионе идёт цифровое вещание и значение этой частотыперевести в метры. Длина волны в метрах = 300 / F (частота в МГц).
Для московских частотвещания двух цифровых пакетов, я выбрал среднюю частоту 522 МГц, чтосоответствует длине волны лямбда 57 см.В этом случае диаметр витка равен D = 17,7 см, расстояние между витками13,7 см, расстояние от экрана до витка 7,4 см, а ширина экрана должна уложитьсяв 35 см.
Вкачестве экрана (отражателя) мне потребовалась неправильная снегоуборочнаялопата из красивой блестящей нержавейки, постоянно гнущейся под тяжестью снега.Практика показывает, что отражатель не обязательно должен быть круглым, аделать сторону квадрата более двухдиаметров витка спирали нет смысла.
Спиралья сделал из сетевого силового провода диаметром около 2 мм, используя однуиз его жил, не снимая с неё изоляцию,так как она прозрачна для радиоволн, а медная проволока не окисляется в ней подвоздействием внешней среды. На практике толщина провода оказалась почти в 5 разменьше теоретической, вот почему диапазон антенны получился узким.
Не рекомендую сильно увлекаться длиной кабеля, особенно если антеннабез усилителя, так как в его каждом метре теряется от 0,5 до 1 дБ усиления идлинному кабелю потребуется согласующее устройство. В своей конструкции яиспользовал 3-и метра кабеля.
Всего-то дел, намотать спираль, подсоединить кпроводнику спирали кабель и прикрепить всё это к полотну лопаты.
Нодиэлектрического цилиндра нужного диаметра для фиксации провода спирали у меняне оказалось, и поэтому в качестве каркаса я использовал рейки и лист сухойфанеры, перенеся на неё размеры антенны с эскиза.
Было бы круче, если быиспользовались черенки от лопат вместореек и фанеры, но я собирал только макет, и мне было удобно сделать всё нафанере. Когда обечайка стала обволакиваться проводом, самоделка была похожа накорпус летательного аппарата.
Со стороны это выглядело менее безобидно, если бы
я стал гнуть витки из медной трубки, как хотел раньше. Как я уже говорил, такую
антенну удобно спрятать под конёк дома с крышей из мягкой кровли, андулина или
шифера, прозрачной для радиоволн.
| Фото 3. Испытание макета антенны. |
Для проверки антенны я использовал комнатумансарды, где с помощью лестницы приподнял самоделку поближе к потолку. В этомместе раньше работала фазированная рамка с усилителем 35 дБ и с трудом покупная комнатная антенна с усилителем 30 дБ. Место испытание тоже.
Владимирскаяобласть, 90 км на восток от Останкино. Теперь здесь работает спиральная антеннабез усилителя. Она «видит» телецентр через: вагонку, пергамин, 10 смбазальтовой ваты, доску обрешётки, фанеру OSB, подстилочный ковёр, чешую мягкой кровли и сгусток гвоздейразной длины. Остаётся закрепить её ещёвыше, под конёк дома или разобрать, ведь это всего только макет.
| Фото 4. Фанеру закрепил пластмассовым уголком. |
| Фото 5. Размер и шаг предыдущих конструкций антенн почти совпадают. |
| Фото 6. Регулировка согласующего устройства. |
Для улучшенияпараметров антенны не помешает применить согласующее устройство –трансформатор, обеспечивающий переход с сопротивления антенны равного 180 Ом на коаксиальный кабельс сопротивлением 75 Ом . Это пластинка из тонкой меди в виде треугольника,расширяющегося к экрану.
Место крепления пластинки и её размеры я подобралэкспериментальным путём, применив две пластмассовые прищепки. В домашнихусловиях это легко сделать с помощью телевизора, спустив антенну на болеенизкий уровень, при котором изображение будет «заснеженным».
Необходимо двигать,поворачивая пластинку, и на слух, по уменьшению уровня шума в аудио канале приприёме аналогового сигнала, близкого по частоте к цифровому пакету, определитьеё местоположение. После чего запаять.
Несмотря на нелепостьформы у этой антенны есть преимущество. Она без усилителя, который послеразрядов молний часто вылетает. На практике два раза усилители выходили изстроя во время грозы у наружных антенн, расположенных в 30-и метрах от столбавоздушной электропроводки, в который попадали молнии.
Ещё одно преимуществов том, что дальность этой антенны с усилителем будет больше, на сколько, проверьтесами.
Дополнение. Изменение конструкции антенны.
В этом году (2023) ярешил доработать самодельную конструкцию спиральной антенны, используя вместопровода металлопластиковую трубку (металлопласт) диаметром 16 мм.
Ранеесобранные антенны уже прошли аналогичную операцию и заметно оживились.
Претерпела оздоровление и спиральная антенна, но не обольщайтесь, приростуровня сигнала составил только 10процентов, а качество сигнала осталось на том же стопроцентном уровне.
| Фото 8. Изменение конструкции. |
Давно хотел сделатьантенну, используя в качестве материала трубку. Останавливала схожесть ссамогонным аппаратом и высокая себестоимость. Но вот материал найден и ужеиспытан на простых антеннах. Это легкогнущаяся трубка из высококачественного алюминия, обтянутого со всех сторонпластиком, продаётся на всех строительных рынках для прокладки водопровода.
| Фото 10. Новая конструкция. |
Экономический
расчёт антенны.
Этот сложный расчёт мне пришлось проделать, зайдяв магазин «Всё для дома», на самой окраине Подмосковья и увидев металлопласт поцене 45 руб. Длина волны, частоты вещания,длина круга, число витков, усиление антенны….
— 4 метра выпалил я на кассе, подведя итог экономическойчасти проекта. Себестоимость антенны не должна превысить минимальную акцизнуюстоимость бутылки водки.
Расчёт антенны.
Чисто поэкономическим соображениям получилось 6,5 витков, на полвитка меньше предыдущейпроволочной самоделки. Так же между витками я взял расстояние равное четвёртойчасти длины волны.
Аналогичным образом подсчитал длину одного витка, но попрактическим соображениям, уже имея опыт по изготовлению простых петлевых антенн, скорректировал зависимость металлопласта от частоты, сократилдлину витка на 1,5 см.
Так же подсчитал диаметр оправки, поделив скорректированную длину витка на 3,14. С учётом толщины трубки
диаметр оправки взял на 8 мм меньше.
Регулировка.
| Фото 11. Самодельный КСВ-метр с генератором. |
Она заключалась визмерении КСВ (коэффициента стоячей волны) самодельным КСВ-метром. Первоначальноя измерил старую самоделку. Странно, но прибор заявлял об отличном согласованиис 50 Ом нагрузкой (КСВ = 1,5). С доработанной антенной тоже всё совпало,правда, при запитке с края полотна.
Но конструктивно, уже впоследствии, язадействовал кабель по центру и КСВ упал до 2. Очень полезным оказалсяпростенький самодельный КСВ-метр, совмещённый с самодельным генератором,настроенным на цифровые частоты вещания. С его помощью я смог не толькоопределить КСВ антенны, но и проверить её работоспособность, когда каждый витокреагировал на подносимую крышку от кастрюльки качанием стрелки микроамперметра.
Итоги.
Изменение конструкциидобавило прирост усиления на 10 процентов, и это при том, что в антенне напол витка меньше. В целом она принимает программы в дециметровом диапазоне,работая в аналоговом режиме, не хуже антенны типа «волновой канал» (Уда – Яги),включающей в себя 12 директоров иусилитель с заявленным усилением не менее 26 дБ.
Обе антенны расположены в одинаковых условияхна одном уровне от земли. Разница лишь в том, что работа покупной антенны, приприёме эфирного цифрового сигнала, зависит от погоды и времени дня, симулируяухудшение прохождения радиоволн характерным крякающим звуком и зависаниемтелевизионных картинок, а то и полным отсутствием изображения.
Радиоприём с самодельной антенной всегдапостоянен.
Но в целом я осталсянедоволен данной конструкцией, поскольку ожидал от неё нечто большего, исключительноисходя из её габаритов и затраченных средств.
| Фото 12. Антенна из дух колец. |
| Фото 13. Антенна из двух колец |
Два фазированных кольца и шесть закрученных в спираль, дают усилениев теории 6 дБ и 10 дБ.
Два кольца на открытом воздухе и 6,5 колец под крышей,на одинаковом уровне от земли и при практическом одинаковом уровне усиления в процентах. Может крыша исъела разницу в 4 дБ, а может реально трудно заметить эту разницу? В тоже времяне выставлять же этот змеевик на улицу, открывая этим тему для лишнихразговоров.
Спиральные антенны (стр. 1 из 11)
Введение
Современное состояние техники связи радиодиапазона нельзя представить без спиральных антенн. Этот тип антенных систем используется благодаря своим характерным качеством: широкополосность, эллиптическая поляризация поля при малых габаритах и простой конструкции .
Спиральные антенны используются как самостоятельно, так и в качестве элементов антенной решётки, облучателя, например, зеркальной антенны, что к преимуществам спиральных антенн прибавляет и направленность.
Благодаря свойству эллиптической поляризации спиральные антенны нашли применение в техники космической связи, поскольку, в ряде случаев поляризация принимаемого сигнала может быть случайной, например, от объектов, положение которых в пространстве изменяется или может быть произвольным (эти объекты могут быть: самолёты, ракеты, спутники и т.д.)
Поле с вращающейся поляризацией может применяться также при работе одной и той же антенны на передачу и приёма для увеличения развязки между каналами ( при этом излучаемые и принимаемые поля должны иметь противоположное направление вращение).
В настоящие время спиральные антенны широко применяются в качестве антенн устройств личной связи. Значительная доля сотовых телефонов, транковых аппаратов, и мобильных радиостанций содержат в своей конструкции спиральные антенны, работающие в режиме перпендикулярной оси излучения.
В настоящие время я собираюсь исследовать диаграммы направленности плоских спиральных и цилиндрических СА, проанализировать их зависимость от длинны, проследить изменение направленности при изменении параметров антенны. Так же сравнить характеристики СА между собой и с другими типами антенн.
В начале каждого раздела берется определенный тип СА. И дальше будут идти результаты компьютерного анализа для разных режимов и типов. Все расчеты и построения графиков будут проведены в программе МаthCAD 2001i.
Предполагается включение в приложения программ простейшего расчета характеристик спиральной антенны.
Особенностью теории СА является сложность расчета поля антенны.
Из различных конструкций диапазонных антенн эллиптической поляризации наибольшее применение получила спиральная антенна, предложенная Краусом в 1947 году, и ее различные модификации.
Чтобы иметь возможность производить расчет перечисленных характеристик и параметров СА в широком интервале частот, необходимо установить зависимость фазовых скоростей волн тока, распространяющихся вдоль провода в спирали от геометрии и частоты возбуждающего спираль напряжения.
Важно
Расчетам фазовой скорости волны тока, распространяющейсявдоль провода спирали, и установлению зависимости фазовых скоростей от геометрии и частоты возбуждающего спираль напряжения, посвящено много работ, первая попытка решения этой задачи принадлежит Поклингтону, который еще в 1897 году, решив задачу об определении фазовой скорости электромагнитной волны, распространяющейся вдоль прямого провода и вдоль кольца, пытался рассмотреть вопрос о распространении электромагнитной волны вдоль спирали. Это удалось ему сделать в ряде частных случаев. Если не считать отдельных работ в этом направлении, связанных с распространением электромагнитной волны в катушках интерес к этой теме возник в конце 40-х годов в связи с широким применением спиралей в качестве замедляющих структур.
Глава 1. Типы спиральных антенн
1.1 Типы спиральных антенн
Среди различных типов широкополосных антенн важное место занимают разнообразные спиральные антенны. Спиральные антенны являются слабо- и средненаправленными широкополосными антеннами эллиптической и управляемой поляризации. Они применяются в качестве самостоятельных антенн, возбудителей волноводно-рупорных антенн эллиптической и управляемой поляризации, элементов антенных решеток.
Спиральные антенны – это антенны поверхностных волн. По виду направителя (замедляющей системы) и способу обеспечения работы в широком диапазоне частот их можно разделить на:
· цилиндрические регулярные, у которых геометрические параметры (шаг, радиус, диаметр провода) постоянны по всей длине и широкополосность обусловлена наличием дисперсии фазовой скорости;
· эквиугольные или частотно-независимые (конические, плоские);
· нерегулярные, к которым можно отнести все другие типы спиральных антенн.
Рис.1.1.1. Цилиндрические регулярные спиральные антенны:
а – однозаходная с односторонней намоткой;
б – многозаходная (четырехзаходная) с односторонней намоткой;
в – многозаходная (четырехзаходная) с двусторонней (встречной) намоткой.
Рис.1.1.2 Эквиугольные спиральные антенны:
а – коническая ;
б – плоская .
Рис.1.1. 3 Нерегулярные спиральные антенны:
а – плоская с постоянным шагом намотки (архимедова);
б – коническая с постоянным шагом намотки;
в – на поверхности эллипсоида вращения с постоянным углом намотки.
Рис.1.1.4 Нерегулярная цилиндрическая спиральная антенна (с переменным шагом)
По числу заходов (ветвей) и способу их намотки спиральные антенны могут быть одно- и многозаходные с односторонней или двусторонней (встречной) намотки.
Отсутствие или наличие дополнительного замедления фазовой скорости и способ его реализации позволяют разделить спиральные антенны на следующие типы:
· из гладкого провода в однородном диэлектрике (воздухе),
· из провода, обладающего собственным замедлением (импедансные спиральные антенны),
· из провода с собственным замедлением и с диэлектриком (импедансные спирально-диэлектрические антенны).
Рис. 1.1.5 Спиральные антенны с дополнительным замедлением:
а – импедансная;
б,в – спирально-диэлектрическая;
г – импедансная спирально-диэлектрическая.
Одним из основных свойств спиральных антенн является их способность работать в широкой полосе частот с коэффициентом перекрытия от 1.5 до 10 и более. Все спиральные антенны – это антенны бегущей волны, но одно обстоятельство само по себе не обуславливает работы спиральных антенн в диапазоне частот с таким коэффициентом перекрытия.
Работа однозаходных регулярных цилиндрических спиральных антенн и их модификаций в диапазоне частот возможна благодаря их дисперсионным свойствам, вследствие которых в широком диапазоне частот фазовая скорость поля вдоль оси спирали близка к скорости света, отражение от свободного конца спирали мало, длина волны в проводе спирали примерно равна длине витка.
В многозаходных цилиндрических спиральных антеннах рабочий диапазон дополнительно расширяется вследствие подавления в них ближайших низших и высших типов волн, искажающих диаграмму направленности основного типа.
Рис.1.1.6. Эквиугольные спиральные антенны с двусторонней (встречной) намоткой: а – коническая четырехзаходная; б – плоская трехзаходная.
Форма частотно-независимых (плоских и конических эквиугольных) спиральных антенн определяется только углами. Каждой длине волны в пределах рабочего диапазона соответствует излучающий участок неизменной формы и постоянных электрических размеров. Поэтому ширина диаграммы направленности и входного сопротивления приближенно остаются постоянными в весьма широких диапазонах частот (10:1 …20:1).
Для получения однонаправленного излучения с эллиптической поляризацией в меньших диапазонах частот (2:1 … 4:1) нет необходимости строго выдерживать форму антенны в соответствии с условием частотной независимости.
Если при переходе от одной длины волны к другой форма и электрические размеры излучающего элемента повторяются хотя бы приближенно, антенна работает в диапазоне частот с меньшим постоянством характеристик и параметров.
Следуя этому, можно построить очень широкое, не подчиняющееся точно принципу частотной независимости семейство антенн в виде одно- или многозаходных спиралей, навитых (по различным законам намотки) на различных поверхностях вращения. Иногда такие антенны называют квазичастотно-независимыми.
Квазичастотно-независимые спиральные антенны для получения управляемой и линейной поляризации также выполняются с двусторонней намоткой. Для получения управляемой, линейной и круговой поляризации могут также применяться различные (цилиндрические, эквиугольные и др.) двухзаходные спиральные антенны.
Рис.1.1.7. Квазичастотно-независимые спиральные антенны с двусторонней (встречной) намоткой и постоянным шагом: а – коническая четырехзаходная; б – полусферическая четырехзаходная; в – эллипсоидная четырехзаходная.