Спиральные антенны

Спиральная антенна представляет собой свернутый в спираль провод (1), который питается через коаксиальный фидер (2) (рисунок 7.9, а). Внутренний провод фидера соединяется со спиралью, а внешняя оболочка фидера - с металлическим диском (З). Последний служит рефлектором, а также препятствует проникновению токов с внутренней на наружную поверхность оболочки фидера. Спираль может быть не только цилиндрической, как на рисунке 7.9, а, но и конической (рисунок 7.9, в ) и плоской (рисунок 7.11) или выпуклой.

Рисунок 7.9 - Спиральные антенны: а – цилиндрическая; б – развернутый

виток; в – коническая

Цилиндрическая спиральная антенна характеризуется следующими геометрическими размерами: радиусом а, шагом s, длиной одного вятка l_c, числом витков р, длиной по оси l_А, углом подъема α.

Как видно из схемы антенны и изображения развернутого витка спирали (рисунок 7.9, б), между размерами антенны имеются следующие зависимости:
,

Спиральные антенны используются на УКВ в режиме бегущих волн с осевым излучением и вращающейся поляризацией. Такой режим требует определенных соотношений между размерами антенны и длиной волны. Выявим эти соотношения.

Ток высокой частоты, проходя по спирали, вызывает излучение электромагнитных волн. Достаточно десяти-одиннадцати витков, чтобы вся подводимая к антенне энергия излучалась в пространство, и не происходило отражения волн от конца спирали. Такая бегущая волна тока распространяется вдоль провода спирали с фазовой скоростью υ_ф< c, т. е. с замедлением k_з = с/ υ_ф >1. Волна тока проходит один виток (от сечения 1к сечению 5 на рисунке 7.10) за время t=l_c/υ_ф. Электромагнитные волны, возбуждаемые током спирали, распространяются в воздухе со скоростью с и длиной волны λ = сТ.

Рисунок 7.10 - Виток спиральной антенны

Если бы все витки сливались, то достаточнобыло установить время t₁=l_c/υ_ф, равнымпериоду колебаний Т = λ /с, т. е. l_c/υ_ф = λ /с, чтобы поля любойпары противоположных элементов (1-3, 2-4) спирали совпадали по фазе и полностью складывались в точках оси О’О’’, которая равноудалена от контура витка. Это объясняется тем, что в пределах одного витка амплитуды тока практически одинаковая, а различие в фазе на угол ψ = π в диаметрально противоположных сечениях витка (1-3, 2-4) компенсируются противоположным направлением токов в них.

Вслучае спирали цилиндрической формы с шагом s условие максимального осевого излучения формулируется несколько иначе: за время прохождения тока по витку t₁ = l_c/υ_ф электромагнитная волна должна пройти в воздухе расстояние большее, чем длина волны, на шаг s: l_c/υ_ф =(λ+s)/c соответственно

(7.2)

При таком коэффициенте замедления токив любых двух сечениях, расположенных под углом 90° (например, в 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4, 4 и 5), вызывают на оси О’О’’ поля, которые сдвинуты по фазе на 90°,и волны, которые поляризованы под углом 90°. В результате сложения этих линейно-поляризованных волн получаются волны с круговой поляризацией.

Опытным путем установлено, что с увеличением длины волны λ фазовая скорость υ_ф уменьшается, а коэффициент замедления увеличивается во столько же раз. Благодаря этому условие осевого излучения (7.2) поддерживается в широком диапазоне волн: l_c = 0,75...1,3λ (рисунок 7.11, а).

Рисунок 7.11 - ДН цилиндрической спиральной антенны при различной

Дата добавления: 2017-02-01