Спиральная антенна

— Спиральная антенна это тип радиочастотной антенны , имеющей форму спирали . ^[1]^: 14‑2 впервые описан в 1956 году. ^[2] Архимедовы спиральные антенны являются наиболее популярными, а логарифмические спиральные антенны не зависят от частоты: ^[3] импеданс ведущей точки, диаграмма направленности и поляризация таких антенн остаются неизменными в широкой полосе пропускания. ^[4] Спиральные антенны по своей природе имеют круговую поляризацию и низкий коэффициент усиления ; антенные решетки можно использовать для увеличения усиления. Спиральные антенны уменьшены в размерах, а обмотки делают их чрезвычайно маленькой конструкцией. с потерями Полости ^[5] обычно размещаются сзади, чтобы устранить задние лепестки, поскольку в таких антеннах обычно предпочтительна однонаправленная диаграмма направленности. Спиральные антенны подразделяются на различные конфигурации: архимедова спираль, логарифмическая спираль, квадратная спираль и т. д.

Принцип

В общем, антенны могут работать в трех различных режимах: бегущая волна, быстрая волна и вытекающая волна. Спиральные антенны используют все три.

Бегущая волна, сформированная на спиральных рукавах, обеспечивает широкополосную работу. Быстрая волна возникает из-за явления взаимной связи, происходящего между рукавами спирали. Вытекающая волна «утекает» энергию при распространении по спиральным рукавам, создавая излучение.

Теория колец (теория полос) объясняет принцип работы спиральной антенны. Теория утверждает, что спиральная антенна излучает из активной области , где длина окружности спирали равна длине волны. ^[6]

Дизайн

При проектировании квадратной спиральной антенны необходимо учитывать различные конструктивные параметры. В параметры входит расстояние между витками. $s$ , ширина плеча $w$ , внутренний радиус $r_{1}$ и внешний радиус $r_{2}$ . Внутренний радиус измеряется от центра спирали до центра первого витка, а внешний радиус измеряется от центра спирали до центра крайнего витка. Помимо этих конструктивных параметров, спиральные антенны имеют самые низкие ( $f_{\text{low}}=c/2\pi r_{2})$ и самый высокий $(f_{\text{high}}=c/2\pi r_{1})$ рабочие частоты. Здесь $c\leq 299.79{\text{ Mm/s}}=c_{0}$ соответствует скорости света в металле антенны, в основном определяемой электрической проницаемостью подложки, на которой лежит спираль, и ее защитного покрытия (если таковое имеется).

В полярном $(r,\theta )$ системе координат спираль растет вдоль $r$ -ось и $\theta$ -оси одновременно. Часто используемые архемедианские спирали удовлетворяют особенно простому уравнению. $r=a+b\,\theta$ где $a$ соответствует фактору роста и $b$ соответствует коэффициенту умножения. Следствием этого является равное расстояние между последовательными витками, что ограничивает ширину спиральных рукавов, которая обычно остается постоянной. Также можно использовать другие варианты формы спирали, например логарифмические спирали , удовлетворяющие $r=a+b\,e^{m\theta }$ ; Получающиеся в результате спиральные рукава расположены на более широком расстоянии друг от друга во внешних витках, что позволяет лучше приспособить значительно расширяющиеся рукава.

Различные конструкции спиральной антенны могут быть получены путем изменения количества витков для каждого плеча, количества плеч, типа спирали, расстояния между ее витками, изменения ширины ее плеча (плечей) и материала (материалов). ), которые его окружают, например, подложку, на которой он лежит.

Элементы

Антенна обычно имеет два проводящих спиральных рукава, идущие от центра наружу. Направление вращения спирали определяет направление поляризации антенны. Также могут быть включены дополнительные спирали для образования многоспиральной структуры. Антенна может представлять собой плоский диск с проводниками, напоминающими пару свободно вложенных друг в друга часовых пружин, или спирали могут иметь трехмерную форму, наподобие винтовой резьбы.

Выход двухплечей или четырехплечей спиральной антенны представляет собой симметричную линию . Если требуется одна входная или выходная линия – например, заземленная коаксиальная линия – тогда добавляется балун или другой трансформатор для изменения электрического режима сигнала.

Обычно спираль имеет полость, то есть за спиралью находится полость из воздуха, непроводящего материала или вакуума, окруженная проводящими стенками. Полость правильной формы и размера меняет диаграмму направленности антенны для приема и передачи в одном направлении, вдали от полости.

Спираль можно напечатать или вытравить на специально выбранном диэлектрическом носителе, диэлектрическую проницаемость которого можно использовать для изменения частоты для заданного размера. Диэлектрические материалы, такие как Rogers RT Duroid, помогают уменьшить физический размер антенны. На тонких подложках с более высокой диэлектрической проницаемостью можно добиться того же результата, что и на толстых подложках с более низкой диэлектрической проницаемостью. Единственная проблема таких материалов – их меньшая доступность и высокая стоимость. ^[7]

Приложения

Спиральные антенны передают радиоволны с круговой поляризацией и принимают волны с линейной поляризацией в любой ориентации, но резко ослабляют сигналы с круговой поляризацией, принимаемые с противоположным вращением. Спиральная антенна будет отклонять волны с круговой поляризацией одного типа, но прекрасно принимать волны с другой поляризацией.

Одним из применений спиральных антенн является широкополосная связь. Еще одно применение спиральных антенн — мониторинг частотного спектра. Одна антенна может принимать сигналы в широкой полосе пропускания, например, при соотношении максимальной и минимальной частоты 5:1. Обычно в этом приложении используется пара спиральных антенн, имеющих идентичные параметры, за исключением противоположной поляризации (одна — правая, другая — левая). Спиральные антенны полезны для радиопеленгации. ^[8]

Ссылки

^ Джонсон, Ричард С.; Ясик, Генри, ред. (1961). Справочник по антенной инженерии (второе изд.). ISBN 0-07-032291-0 .
^ Орр, Уильям И. (1976). Справочник по лучевой антенне (5-е изд.). Радио публикации. стр. 185–186.
^ Краус, Джон (1988). Антенны (2-е изд.). МакГроу-Хилл. п. 697. ИСБН 0-07-035422-7 .
^ Мэйес, Пол Э. (1992). «Частотно-независимые антенны и их широкополосные производные». Труды IEEE . 80 (1): 103–112. Бибкод : 1992IEEEP..80..103M . дои : 10.1109/5.119570 .
^ Хилл, Дэвид А.; Ма, Монтана; Ондрейка, Артур; Риддл, Билли Ф.; Кроуфорд, МЛ; Джонк, Роберт Т. (сентябрь 1993 г.). «Апертурное возбуждение электрически больших полостей с потерями» . Технический отчет НАСА STI/Recon N. 1361 : 31683. Бибкод : 1993STIN...9431683H .
^ Мехта, А.; Миршекар-Сяхкал, Д.; Накано, Х. (2006). «Лучная адаптивная прямоугольная спиральная антенна с одним плечом и переключателями». Труды IEE - Микроволновые печи, антенны и распространение . 153 (1): –18. doi : 10.1049/ip-map:20050045 .
^ Асад, М.; Гилани, Дж.; Халид, А.; Икбал, М.С. (2010). «Оптимизация добротности квадратной спиральной антенны». ПАККС : 227–230. ^{[ нужна полная цитата ]}
^ Липски, Стивен Э. (2004). СВЧ-пассивная пеленгация . Научно-техническое издательство. п. 40. ИСБН 1-891121-23-5 .

Ссылки на «Практическую антенну»

«Спиральная антенна» . Теория антенн .

[JohnsonJasik1961-1] Джонсон, Ричард С.; Ясик, Генри, ред. (1961). Справочник по антенной инженерии (второе изд.). ISBN 0-07-032291-0 .

[2] Орр, Уильям И. (1976). Справочник по лучевой антенне (5-е изд.). Радио публикации. стр. 185–186.

[3] Краус, Джон (1988). Антенны (2-е изд.). МакГроу-Хилл. п. 697. ИСБН 0-07-035422-7 .

[4] Мэйес, Пол Э. (1992). «Частотно-независимые антенны и их широкополосные производные». Труды IEEE . 80 (1): 103–112. Бибкод : 1992IEEEP..80..103M . дои : 10.1109/5.119570 .

[5] Хилл, Дэвид А.; Ма, Монтана; Ондрейка, Артур; Риддл, Билли Ф.; Кроуфорд, МЛ; Джонк, Роберт Т. (сентябрь 1993 г.). «Апертурное возбуждение электрически больших полостей с потерями» . Технический отчет НАСА STI/Recon N. 1361 : 31683. Бибкод : 1993STIN...9431683H .

[6] Мехта, А.; Миршекар-Сяхкал, Д.; Накано, Х. (2006). «Лучная адаптивная прямоугольная спиральная антенна с одним плечом и переключателями». Труды IEE - Микроволновые печи, антенны и распространение . 153 (1): –18. doi : 10.1049/ip-map:20050045 .

[7] Асад, М.; Гилани, Дж.; Халид, А.; Икбал, М.С. (2010). «Оптимизация добротности квадратной спиральной антенны». ПАККС : 227–230. ^{[ нужна полная цитата ]}

[8] Липски, Стивен Э. (2004). СВЧ-пассивная пеленгация . Научно-техническое издательство. п. 40. ИСБН 1-891121-23-5 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

v т и антенн Типы
изотропный	Изотропный радиатор
Всенаправленный	Антенна типа «летучая мышь» Биконическая антенна Клеточная антенна Коаксиальная антенна Антенна скрещенного поля Антенна с диэлектрическим резонатором Дипольная антенна Дисконусная антенна Складная однополюсная антенна Антенна Франклина Наземная антенна Антенна G5RV Гало-антенна Спиральная антенна Антенна перевернутая F Перевернутая V-образная антенна J-полевая антенна Мачтовый радиатор Монопольная антенна Случайная проволочная антенна Резиновая антенна-уточка Наклонная антенна Антенна турникета Антенна Т2ФД Т-антенна Зонтичная антенна Штыревая антенна
Направленный	Адкок-антенна AS-2259 Антенна AWX-антенна Антенна для напитков Он поет Антенна Кассегрена Дроссельная кольцевая антенна Коллинеарная антенная решетка Конформная антенна Антенна с угловым рефлектором Массив штор Складная перевернутая конформная антенна Фрактальная антенна Штуковина Спиральная антенна Рупорная антенна Логопериодическая антенна Рамочная антенна Микрополосковая антенна Моксонская антенна Офсетная тарельчатая антенна Патч-антенна Фазированная решетка Планарный массив Параболическая антенна Плазменная антенна Счетверенная антенна Рефлекторная антенна Регенеративная рамочная антенна Ромбическая антенна Секторная антенна Короткая обратная антенна Щелевая антенна Антенна Стерба Антенна Вивальди ВокФи Yagi–Uda antenna
Для конкретного приложения	АЛЛИСС Угловой отражатель (пассивный) Усовершенствованная антенна Земляной диполь Реконфигурируемая антенна ректенна Эталонная антенна Спиральная антенна Антенная решетка, расположенная по кругу Телевизионная антенна