螺旋天線的設(shè)計(jì)
袖珍通訊機(jī)由于體積小,重量輕,使用方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于社會各部門,這種機(jī)器現(xiàn)在廣泛應(yīng)用一種螺旋天線,一般成品螺旋天線都用導(dǎo)電性能良好的金屬線繞成并密封好。其工作原理下:
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/153749.htm圖1 所示一般天線結(jié)構(gòu)示意圖。D是螺旋天線直徑,L是螺旋天線長度,ρ是螺距,Ⅰ、Ⅱ是螺旋線上相對應(yīng)兩點(diǎn)。
一般可以認(rèn)為,電磁波沿金屬螺旋線以光速C作勻速運(yùn)動。
從Ⅰ點(diǎn)到Ⅱ點(diǎn)即進(jìn)行一個(gè)螺旋,所需時(shí)間為
t = πD/C
而對螺旋天線而言,其軸向電磁波只運(yùn)動行進(jìn)了一個(gè)螺距ρ,其軸向等效速率
υ=ρ/t =ρ/C (πD)
這種關(guān)系也可用圖2形式解釋。由圖2可知:
υ=Csinθ=Cρ/(πD)≤C
由上式可以看出,υ總是小于等于C的。故螺旋天線能使電磁波運(yùn)動速度減慢,是一個(gè)慢波系統(tǒng),其等效波長λ等效小于工作波長λ。對于螺旋天線而言,應(yīng)諧振于其1/4等效波長,因而能縮短螺旋天線的幾何長度。
對于工作于一定中心頻率的通訊機(jī)來說,其所需繞的線圈數(shù)N可以由下式近似算出:
螺距:υ=L/N
所需金屬線長度:ι=NπD
對于一般通訊機(jī)可取
L=20~40cm
D=10~20mm
下表是對一些常用頻率螺旋天線的設(shè)計(jì)實(shí)例,其他頻率也可類似設(shè)計(jì)。
f是工作中心頻率;
D是螺旋天線直徑;
L是螺旋天線長度;
N是螺旋圈數(shù);
ι是所需金屬線長度。
以上N、ρ為了實(shí)際制作需要均取近似值。
制作時(shí)可用直徑0.5~1.5mm漆包線或鍍銀銅線或鋁線在直徑為D的有機(jī)玻璃或其他絕緣材料上繞制,并在棒的兩頭打上小孔,以利于固定金屬線;在棒的底端焊上較粗的金屬桿或插頭固定在棒上,以利于與機(jī)器連接;整個(gè)螺旋天線的外面可用橡膠管或其他材料套封,并在頂端蓋上橡皮帽或用其他材料密封,這樣既美觀大方,又防雨防蝕,經(jīng)久耐用。如果沒有上述金屬絲,也可采用多股細(xì)絕緣導(dǎo)線代替,效果相同,只是繞制時(shí)固定較為困難。
以上螺旋天線也可用于各種小型遙控設(shè)備及其他類似機(jī)器上。
為了比較慢波天線與常規(guī)拉桿天線的不同,說明慢波天線尺寸較小的優(yōu)點(diǎn),我們可對拉桿天線作一計(jì)算。
設(shè)定參數(shù)如下:
頻率f=27MHZ
波速c=3×108M(注:108應(yīng)為10的8次方)
天線應(yīng)諧振于1/4工作波長,則按公式可計(jì)算拉桿天線的長度:
L=1/4λ=1/4 c/f=1/4(3×108/27×108)=2.78m(注:108應(yīng)為10的8次方)
按照上面的表格,可知如果使用螺旋天線,中心頻率為27MHZ的慢波天線,其外觀長度僅40cm,尺寸約僅為拉桿天線的七分之一。
李 樾 于二000九年二月
附圖:
附表:
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