рок 0,1? до 0,5? для антени, яка характеризується кутом 6?- 24?.
Діаграма спрямованості і КНД
Форма діаграми спрямованості спіральної антени істотно залежить від електричної довжини периметра витка, а також від електричної довжини кроку спіралі, і визначається виразом:
(3)
де?- Коефіцієнт укорочення хвилі, рівний 1 - 1,4.
Найбільш типові форми діаграм спрямованості спіральної антени показані на рис.5, б.
Зміна ширини діаграми спрямованості антени при зміні параметра показано на рис.7. З графіків випливає, що на ширину діаграми спрямованості впливає і електрична довжина витка спіралі. Також видно, що одну й ту ж ширину діаграми можна отримати, використовуючи два різні антени.
Рис. 7. Залежність ширини головної пелюстки діаграми спрямованості спіральної антени від числа витків і периметра витка.
Для розрахунку конструктивних параметрів спіральної антени, необхідних для реалізації заданої ширини діаграми спрямованості за рівнем половинної потужності 2? 0,5, можна користуватися наступною формулою:
(4)
Коефіцієнт посилення спіральної антени, як і ширина діаграми спрямованості, залежить від числа витків, кроку намотування і довжини витка спіралі і збільшується приблизно пропорційно зі збільшенням числа витків:
(5)
Коефіцієнт спрямованої дії спіральної антени можна оцінити за формулою:
(6)
де.
У таблиці 1 представлена ??залежність передбачуваного посилення і ширини діаграми спрямованості від кількості витків п при звичайних значеннях параметрів S=0,24? (кут підйому 14?) і D=0,31? (довжина витка 1?). На рис.8 наведено графіки, що дозволяють визначити посилення спіральної антени.
Таблиця 1. Залежність посилення і ширини діаграми спрямованості спіральної антени від кількості витків
Кількість витків, n3456789101112Усіленіе, дБ7,99,110,21111,712,312,813,213,614Шіріна діаграми, град.615347434037353331,530
Рис. 8. Посилення спіральної антени
Поляризація спіральної антени
Поляризація спіральної антени вважається кругової, хоча насправді вона є еліптичної. Однак ставлення великої осі еліпса до малої дуже близько до одиниці, і при великій кількості витків осі можна вважати однаковими. Відношення осей rA описується наступним виразом:
(7)
Якщо електромагнітні хвилі з круговою поляризацією приймаються на антену, що володіє лінійною поляризацією, то в цьому випадку втрачається половина енергії, яку переносять електромагнітними хвилями. Однак за допомогою спіральних антен можна випромінювати або приймати лінійно-поляризовані електромагнітні хвилі. Для цього використовують групу з двох спіральних антен з протилежного намотуванням (одна антена має правобічну намотування, а інша - лівобічну). При цьому якщо дві антени розташовуються поруч один з одним в горизонтальній площині, то поляризація поля горизонтальна, а якщо вони розташовуються одна над іншою у вертикальній площині, то поляризація поля вертикальна. Якщо обидві спіральні антени мають одну і ту ж намотування, то поляризація поля залишається кругової, але паралельне з'єднання двох спіральних антен дає дуже зручне з точки зору узгодження антени з лінією передачі вхідний опір (65 - 70 Ом). У цьому випадку стає можливим без включення додаткових трансформирующих пристроїв безпосередньо живити антену за допомогою звичайного коаксіального кабелю.
Харчування антени та узгодження з фідером.
Вхідний опір одиночній спіральної антени майже не має реактивних складових і одно 120 - 150 Ом залежно від розмірів спіралі. Його можна розрахувати за формулою:
спіральна антена спрямованість фідер
(8)
Якщо довжина витка відповідає довжині хвилі (0,75? - 1,35?), то вхідний опір залишається майже постійним в широкому інтервалі частот, що дозволяє віднести спіральну антену до широкосмугових випромінювачам. При зменшенні довжини витка вхідний опір падає, причому воно стає сильно залежним від частоти.
Вхід антени несиметричний, і тому вона харчується коаксіальної лінією передачі. Узгодження вхідного опору спіральної антени з хвильовим опором лінії передачі найзручніше здійснювати за допомогою коаксіального четвертьволнового трансформатора, опір якого розраховується за формулою:
(9)
де ZA - вхідний опір антени, а Z - опір коаксіальної лінії, рівне 60 або 75 Ом.
На рис.9 показана практична конструкція оформлення четвертьволнового трансформатора з усіма необхідними розмірами. Загальна довжина узгоджувального пристрою з урахуванням коефіцієнта укорочення дорівнює 0,24 ?.
Рис. 9. Коаксіальний четвертьволновой узгоджувальний трансформа...
