Спіральні антени

Спіральні антени відносяться до типу антен, електромагнітне поле випромінювання котрих має обертальну (кругову) поляризацію в напрямку вісі антени. Такі антени широко застосовуються в радіолокації для отримання більш контрастного зображення цілі на фоні завад, а також при роботі з повітряними й космічними апаратами, положення антен котрих змінюється в просторі у часі.

Спіраль може працювати як самостійна антена або бути елементом антенної решітки чи опромінювачем дзеркальної антени. Найбільш часто застосовуються циліндрична і конічна спіральні антени з одностороннім випромінюванням (рис. 11), отриманим за допомогою плоского суцільного або сітчастого металевого екрану, що розташовується перед спіраллю і виконує роль рефлектора.

Рис. 11 Спіральні антени: а – циліндрична спіраль; б – конічна спіраль

Геометричними параметрами циліндричної спіралі (рис. 11, а) є: l_а – осьова довжина; l – довжина одного вітка; s – відстань між сусідніми вітками (крок спіралі; r – радіус намотки; N – кількість витків і α - кут підйому витка (кроковий кут). Між цими параметрами існує такий зв’язок:

. (77)

У конічної спіралі (рис. 11, б) довжина витка і відстань між витками змінні, її параметрами є: l_а – осьова довжина; r _min – мінімальний радіус намотки; r _maх – максимальний радіус намотки; N – кількість витків; α – кут підйому витка і β – половина кута при верхівці конуса. Геометричні розміри конічної спіралі визначаються по формулах:

, (78)

де λ_min – нижня довжина хвилі робочого діапазону антени.

У режимі осьового випромінювання вздовж вісі циліндричної спіральної антени розташовується сповільнена хвиля. Це відбувається при умові, якщо вздовж одного витка спіралі укладається одна довжина хвилі λ, тобто

. (79)

Щоб отримати максимальний КСД антени, потрібно взяти довжину спіральної антени, рівну:

, (80)

де ξ = 1 ÷ 1.4 – коефіцієнт вкорочення хвилі, яка біжить вздовж антени. При цьому ДС антени розраховується по формулі:

, (81)

де θ – кут між віссю антени та напрямком в точку спостереження.

В режимі осьового випромінювання при оптимальному значенні ξ і N > 3 циліндричну спіральну антену характеризують параметри:

а) ширина променя на рівні 0,5 по потужності (в радіанах)

, (82)

на рівні нульового випромінювання (в радіанах):

; (83)

б) КСД:

; (84)

в) вхідний опір (в Омах):

. (85)

При настроюванні циліндричної спіральної антени на максимальний КСД в напрямку її вісі буде не кругова, а еліптична поляризація. Щоб отримати кругову поляризацію, розміри антени повинні задовольняти співвідношенню , звідки:

. (86)

Таким чином, умова отримання максимального КСД та умова випромінювання поля кругової поляризації протирічні. На практиці надають перевагу першій або другій умові залежно від того, що важливіше - спрямованість спіральної антени або кругова поляризація її випромінювання.

Конічні спіральні антени більш широкосмугові, але мають менший КСД через зменшення кількості витків, для яких виконується умова забезпечення режиму осьового випромінювання.

Дата добавления: 2014-01-11