[科普中國(guó)]-軸向模螺旋天線

軸向模螺旋天線的特點(diǎn)：

1.最大輻射方向與螺旋軸一致；

2.天線輻射的電磁波在軸向是圓極化波，或接近圓極化波，其它方向是橢圓極化波；

3.天線的輸入阻抗呈純電阻性；

4.天線中是行波電流。因?yàn)楫?dāng)螺旋天線匝數(shù)很多時(shí)，幾乎所有輸入天線的能量均由天線輻射出去，而從開路端返回的能量極少，故天線中是行波電流；

5.天線有較寬的工作頻帶(土30%)。

軸向模螺旋天線方向圖：軸向模螺旋天線的方向圖函數(shù)可用單圈的方向函數(shù)乘以行波天線陣因子函數(shù)3而求得。工程上可近似表示為：

（1）

式中，P是相對(duì)傳播常數(shù)；

方向圖主瓣寬度以度為單位計(jì)為：

式中，C=πD是螺旋柱的周長(zhǎng)。

方向圖主瓣零值寬度以度為單位計(jì)為：

下圖繪制出了由式（2）計(jì)算得出的主瓣寬度與ns/λ和c/λ的關(guān)系曲線:

軸向模螺旋天線波瓣圖：

軸向模螺旋天線的寬頻帶特性：軸向模螺旋天線固有其寬頻帶性,在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)具有所期望的波瓣圖、阻抗和極化特性。由于其相速能隨頻率自然調(diào)整.因此在近乎2: 1的倍頻程內(nèi),每經(jīng)歷一圈所滯后的相位恰被沿軸向輻射的相位領(lǐng)前所補(bǔ)償。倘若相速不隨頻率而變化，則只能在窄頻帶上實(shí)現(xiàn)軸向模波瓣圖 。由于從螺旋敞開端反射的波經(jīng)所了很大的衰減,因此饋端阻抗也在相同的倍頻程上相對(duì)穩(wěn)定。此外,因?yàn)橥鄨?chǎng)條件與圓極化條件一致,所以在同樣的倍頻程上近似為圓極化。

軸向模螺旋天線的設(shè)計(jì):下圖繪制的是軸向模螺旋天線的通用設(shè)計(jì)圖3。圖中分三部分：下部陰影區(qū)是法向模螺旋天線區(qū)；上部陰影區(qū)是圓錐形方向圖螺旋天線區(qū)；中間部分就是軸向模螺旋天線區(qū)。圖中還用實(shí)線、虛線和點(diǎn)劃線分別劃定了方向圖、阻抗和軸比的合理設(shè)計(jì)區(qū)域。在這些區(qū)域內(nèi)，方向圖主瓣在軸向，主瓣寬度在30°～60°范圍內(nèi)；阻抗近似為純電阻，其值為100～150Ω；軸比小于l dB。

圖;螺旋天線設(shè)計(jì)圖

從上圖可以看出，兼顧方向圖、阻抗、軸比三者均合理的最佳螺距角在14°左右。天線的帶寬也可以從圖中看出，例如，若取α=14°，則在α=14°的直線上可找到表示頻率上限和下限的和兩點(diǎn)，圖上是設(shè)計(jì)的中心頻率，值為=(+)/2，由和確定的帶寬約為1．7：1。

具體設(shè)計(jì)方法是在圖中三條合理設(shè)計(jì)曲線圍繞的區(qū)域內(nèi)選定一個(gè)螺距角α，并在該α角直線上標(biāo)出F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，然后根據(jù)α點(diǎn)從設(shè)計(jì)圖中查出相應(yīng)的D/λ和S/λ。若按給定的增益G進(jìn)行軸向模螺旋天線設(shè)計(jì)，則將C/λ,S/λ及G值代入公式計(jì)算出所需要的螺旋圈數(shù)n.若按給定的主瓣寬度2，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，則將C/λ，S/λ，及值2代入式(2)計(jì)算出所需要的螺旋函數(shù)n。然后將求得相對(duì)傳播常數(shù)P值，若該值在1．25左右，則認(rèn)為符合要求。此外，接地板直徑應(yīng)取大于0．8λ的值，螺旋導(dǎo)線直徑一般取d=0．02λ，接地板到第一圈螺旋始端的距離可取g=S/2。螺旋天線圓極化的旋向與螺旋線的繞制方向有關(guān)，若要求右旋圓極化，螺旋線的繞制方向應(yīng)與右旋螺釘一樣，反之則與左旋螺釘一樣。

應(yīng)該注意，若對(duì)頻帶寬度要求不高，在螺距角α選定以后，點(diǎn)的位置只要在相應(yīng)α角直線上的合理設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)即可，不一定要在該段的中點(diǎn)。