Синфазная вибраторная антенна. Директорная антенна или антенна «волновой канал». Линзовые антенны. Щелевые антенны, страница 3

Питание к спиральной антенне подводится с помощью коаксиальной линии, внутренний привод которой подсоединяется к самой спирали, а наружный провод к экрану. Каждая антенна характеризуется числом витков п, диаметрам спирали d, шагом намотки S или углом подъема винтовой линии α и полной длиной антенны L. Диаметр проводника на характеристики спиральной антенны влияет сравнительно слабо.

Указанные размеры антенны связаны между собой соотношениями

,                                                              (42)

,                                                                (43)

первое из которых легко проверить, пользуясь схемой развертки спирали (рис. 40 и рис. 38).

В зависимости от диаметра спирали, в спиральном волноводе преобладает поле одного какого-нибудь типа волны. Среди них основное значение в высокочастотной технике имеют симметричная волна и несимметричная волна с вращающимся в направлении витков полем с одной азимутальной вариацией. В отношении смысла терминология симметричных и несимметричных волн аналогична терминологии для круглых волноводов с той разницей, что для спирального волновода электрические и магнитные волны неразделимы, то есть имеют место волны смешанного типа.

Симметричная волна в опирали преобладает, когда длина волны меньше величины ~ 0,18d. При этом диаграмма на правленности антенны аналогична диаграмме

прямого провода, совпадающего с осью опирали (рис. 41, а). Обычно в спиральных антеннах симметричная волна не используется.

Основное применение в антеннах данного типа находит несимметричная волна с одной вариацией. В многовитковых спиральных антеннах (n>3÷4) в основном присутствует одна бегущая волна, распространяющаяся со стороны точки питания. Несимметричная волна преобладает, если длина одного витка спирали близка к длине волны, то есть

.                                                                  (44)

Диаграмма направленности, формируемая спиралью с несимметричной волной, имеет типичную форму для антенн с осевым излучением рис. 41,6.

Для маловитковых спиралей распределение тока не может быть представлено в виде одной бегущей волны и обычно оказывается довольно сложным. При этом диаграмма направленности получается малонаправленной. Выбор размеров спирали определяется в основном требованиями получения максимального КНД и вращающегося поля в направлении оси антенны. Оптимальный режим антенны в отношении этих параметров обеспечивается при d≈ (0,3 ÷ 0,4)λ и S≈ (0,15 ÷ 0,3)λ, что соответствует углам подъема α  ≈   8° ÷15°.

Спиральные антенны являются одними из наиболее диапазонных антенн, как в отношении диаграмм направленности, так и в отношении входных сопротивлений.

Простота возбуждающего устройства, практически лишенного всяких резонансных элементов, и наличие в спирали, в основном, только одной уходящей от точки питания бегущей волны обеспечивают входное сопротивление мало меняющееся по диапазону и практически чисто активное.

Эмпирическая формула дает следующее его приближенное значение .для многовитковых спиралей с углом подъема α  ≈   12° ÷15°

, ом                                                                 (45)

Диапазонность спиральных антенн в отношении диаграммы направленности связана с тем, что несимметричная волна с одной вариацией остается основной в значительном диапазоне частот. Это в свою очередь обусловлено благоприятным изменением коэффициента замедления волны тока    в зависимости от частоты (рис. 42). Из рис. 42 видно, что на рабочее участке кривой, то есть при,   фазовая скорость  монотонно увеличивается с ростом частоты. Вследствие этого влияние повышения частоты генератора на электрическую длину витков спирали, равную

.

компенсируется изменением фазовой скорости волны тока, так как отношение , характеризующее наклон кривой  (рис. 42), изменяется незначительно.

Направленные свойства спиральных многовитковых антенн могут быть охарактеризованы эмпирическими формулами