螺旋天线设计 [复制链接]

您要先看该螺旋直径 d , 当 d 较所使用波长为小时, 辐射方向垂直于螺旋轴向(正交), 好比一般的垂直天线; 该天线可看成多个小环型天线与短小偶极天线的组合; 因为每个小天线的机械长度都小于所使用波长, 故探究每个小天线单体的行为, 我们从模拟软体可以发现短小偶极呈现电容性(两个极片), 而小环型天线呈电感性(线圈), 既然有电容与电感, 想当然尔其必有谐振频率, 在此谐振频率时的 jxl+jxc=0..

倘若 d 大于所使用波长, 严格来说应该是 4/3 入 > pi*d > 3/4 入, 为行波型态, 天线行为为纯电阻, 辐射方向为螺旋轴向; 因为是纯电阻, 没有 jx 的虚数阻抗, 所以没有谐振频率, 自然就是大频宽..

以上所讲的是在理想状况下, 事实上在微波波段, 因为导体的机械尺寸相对于所使用的波长来看, 远比 vhf 频段要来大得多, 故导体行为不再能像处理低频那样, 将电路分布参数集中在单一元件上来看待, 也因为频率高, 低微的电容与电感变化, 就会影响整个电路特性甚巨; 譬如线圈, 它的每一线段间, 就有电容存在, 而电容, 它的极片导体, 本身就有电感性; 故在高频率下, 它们不再是单纯的线圈与电容, 必须把它们看成具备分布电容的电感, 与具备分布电感的电容来看待; 故单就单一的电感或电容零件来讲, 就会有自我谐振频率, 譬如一般的铝电解质电容器, 其自谐振频率约数 mhz..

因为并不清楚您所制作的螺旋天线的机械尺寸, 相对于所使用的波长, 是怎么样的比率, 我猜应该是第一种型态, 从所使用频率来看, 应该是用来给行动电话用的吧! 以第一种型态, 要增加使用频宽, 可以考虑您之前提过, 加串接电阻的方式来获得, 当然此时天线整体的效率会变低, 因为要丧失一部份能量在电阻上..

给大家一个天线讲义!!!!!!!!

任何依靠电磁波传送信息的无线电设备都需要天线。天线是一种 转能器。当发射时，它把发射机的高频电流转换成空间电磁波。接收 时，它又把从空间截获的电磁波转换成高频电流送入接收机。本文简 单的介绍一下无线电收发装置中天线的原理与制作。 鞭天线 袖珍超短波无线电台，接收与发射共用一付天线。但考虑到使用 环境的不同，一般该机都配有两种不同型式的天线供选用。一种是四 分之一波长鞭天线，另一种是小型螺旋天线。四分之一波长鞭天线是 一种由多节组成的普通拉杆夭线。工作时拉开与发射机发出的高频电 流产生谐振。理论上，谐振时鞭天线的长度应该是谐振频率相对应波 长的四分之一。但是，由于电磁波在金属杆中的传播速度比在空气中 稍小，电磁波在金属杆上传播的波长也相应稍短，故实际鞭天线的长 度要比四分之一波长略短些。这个缩短系数与工作频率，金属杆直径 有关。工作频率高，金属杆直径大，则缩短值也大。此拉杆天线平均 直径是４．５厘米，缩短系数为０．９７，取电台工作的中心频率四 分之一波长乘以该缩短系数为实际天线长度。



  螺旋天线 螺旋天线是一种新型的小型化通讯天线，它对于移动通讯中使用 的袖珍无线电台特别适用。因长度为１米多的天线对袖珍机来说确实 长了些，给使用者带来不便，尤其是在高压电线附近使用不够安全。 为此专门为该机设计了总长度不到拉杆天线三分之一的小型螺旋天线 。这种天线目前已开始在通讯及电视等方面获得应用。这里重点淡谈 它的结构、工作原理、计算公式和制作方法。 结构：把金属导线按一定的渚嗲瞥陕菪巫矗⒂镁挡牧?支杆沿螺旋的轴向方向把线圈支撑起来，螺旋的—端与发射机的输出 端连接，另一端开路，就构成了螺旋天线。产品是用直径１．２毫米 碳素钢丝，在普通车床上绕成平均直径为１厘米的螺旋若干圈，并用 截面为梅花状的热成型聚丙烯芯杆支撵起来。螺旋外面用丁膳橡胶管 密封以防雨水漫蚀。 工作原理：小型螺旋天线是一个慢波系统。电磁波在螺旋轴向方 向上的传播遗度ｕ比在空气中的速度（近似为光速Ｃ）小很多，所以 波长也相应短很多，为了与工作频率对应的波长加以区别，把螺旋线 中的波长叫做“导波长”。由图１可以说明其原理。现在可以粗略地 认为电磁波是沿着金属螺旋线绕制方向近似以光速Ｃ传播的，当电磁 波沿螺旋线绕一圈从ａ点到达ｂ点时，实际上电磁波在螺旋的轴向上 只走了Ｓ的路程（螺距），把这一螺旋圈在平面上展开成直角三角形 ，则斜边代表电磁波沿螺旋线的传播速度Ｃ，短直角边代表电磁波沿 螺旋轴向的传播速度ｕ。由直角三角形的几何关系式ｕ＝Ｃ·ｓｉｎ ψ可知（ψ角是螺旋切线与水平线的夹角），因ｓｉｎψ〈１，所以 总有ｕ小于光速Ｃ，故螺旋线是个慢波系统，它可以把电磁波的传播 速度减慢。若把螺旋天线也做成谐振在四分之一波长的天线，那么它 应是谐振在四分之一的“导波长”上，因而螺旋天线的几何长度计算公式：螺旋天线的长度等于四分之一“导波长”。“导波长 ”与螺旋直径Ｄ、螺距Ｓ、工作频率ｆ有关。它们之间有着很复杂的 数学关系，若螺旋天线ｈ》Ｄ，同时Ｄ又比工作波长小很多，则可按 下面的近似公式进行计算： 计算时应根据使用条件，选定螺旋宜径Ｄ、长度ｈ（以米为单位 ），工作频率ｆ由中心频率决定（以‘兆赫’为单位），根据上式计 算出对应的螺旋圈数Ｎ，当然选定的ｈ要比Ｄ大很多（１０倍以上） ，绕制螺旋所用金属导线的长度可按下式计算： ｌ＝Ｎ·πＤ (２) 例如一袖珍机中心工作频率取为７２．７ＭＨｚ，螺旋平掏直径 Ｄ＝１ｃｍ，希望天线尺寸不超过２５ｃｍ，则按（１）式计算总圈 数为７９．２圈，按（２）式计算所用导线长度约２．５米。 业余制作 与上述袖珍无线电台配用的鞭天线可用壁厚为０．２毫米的薄铜 管自制，管的外径在５～７毫米为宜，长度１米。若外径粗些，其长 度可略短２～３厘米。铜管的一头与发射机输出端连接，可在此头钻 一直径２毫米的小孔，从中引出焊线与发射机相连，铜管的另一端可 用口径大小相仿的塑料牙膏加盖封住，若有长度相当的拉杆天线，就 可以代用。若拉杆天线的外径粗，天线长度还可以稍短一些，若实在 没有条件，可以用长度为１．０５米的塑料皮导线来代替鞭天线。螺 旋天线的制作：螺旋线可用宜径０．８～１．５ｍｍ的漆包线绕制。 漆包线的粗细对螺旋天线的性能影响不大，螺旋之间由于电压不高， 一般用低强度油基性漆包线即可。需注意的是，螺旋之间的间距应保 持一致并等于设计值。当工作频率为７２．７ＭＨｚ时，螺距Ｓ为３ 毫米，共绕８０圈。绕制时，可先在一根直径为９毫米左右的金属杆 上以间距为２．５毫米绕８５圈，绕好后考虑螺旋线的回弹，基本上 可以满足中心距离为３毫米的要求，再把多余的圈数剪掉。绕好的螺 旋线用绝缘支撵棒撵住，如环氧棒、有机玻璃棒、空心电工塑科管或 细竹杆等。螺旋线还可用直径相仿的铝丝绕制，不过铝丝较铜丝硬， 回弹也大，开始绕制时，中心距宜取得更小些，如２．２毫米左右， 绕好后通过整形达到３毫米，把最上面半圈螺旋旋向圆心处弯拆，靠 支撑棒顶住，见图２。能用热塑套管或薄橡皮套管把制作好的天线套 起来更好，以防螺旋线受外力而变形。螺旋天线应与整机匹配地工作 ，让能量全部发射出去，或把接收到的能量全部送进接收机。

　　鞭天线和螺旋天线部有一定的方向性，即在某几个方向上能量最 为集中，接收或发射的效果最好。所以在使用时，可旋转一下天线以 获得最佳通讯效果。实际通话效果表明，该机配用１米长鞭天线时可 在５公里平地范围内可靠通话，在配螺旋夭线时通话距离为３～４公 里。 　　接上述原理及计算公式也可以绘出工作在其它频率上的无线电遥 测、遥控收发设备的天线参数。原则上也可以用于电视、调频广播接 收等无线电装置上。

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