Введение

Тип антенны

Спиральная антенна – это антенна, состоящая из одного или нескольких проводящих проводов, скрученных в форме спирали. Спиральная антенна, изготовленная из одного спирального провода, наиболее распространенного типа, называется монофилярной, а антенны с двумя или четырьмя проводами в спирали называются бифилярными или квадрифилярными соответственно. В большинстве случаев направленные спиральные антенны устанавливаются над земной плоскостью, в то время как всенаправленные конструкции могут не требовать этого. Линия питания подключается между нижней частью спирали и земной плоскостью. Спиральные антенны могут работать в одном из двух основных режимов: нормальном или осевом. В нормальном режиме, или в режиме широкого излучения, диаметр и шаг спирали малы по сравнению с длиной волны. Антенна действует аналогично электрически короткому диполю или монополю, эквивалентному вертикальной волне, а диаграмма направленности, подобно этим антеннам, является всенаправленной, с максимальным излучением под прямым углом к оси спирали. Для монофилярных конструкций излучение линейно поляризовано параллельно оси спирали. Они используются для компактных антенн для портативных ручных радиостанций, а также для двухсторонних радиостанций, устанавливаемых в транспортные средства, и в большем масштабе – для антенн УВЧ-телевещания. В бифилярных или квадрифилярных конструкциях можно реализовать широкополосное излучение с круговой поляризацией. В осевом режиме, или в режиме излучения на конец спирали, диаметр и шаг спирали сопоставимы с длиной волны. Антенна функционирует как направленная антенна, излучающая луч с концов спирали вдоль оси антенны. Она излучает циркулярно поляризованные радиоволны. Они используются для спутниковой связи. Работа в осевом режиме была открыта физиком Джоном Д. Краусом.

Шпионаж в нормальном режиме

Если окружность спирали значительно меньше длины волны, а её шаг (аксиальное расстояние между последовательными витками) значительно меньше четверти длины волны, антенна называется спиралью нормального режима. Антенна работает аналогично дипольной антенне, с всенаправленной диаграммой излучения, излучая одинаковую мощность во всех направлениях, перпендикулярных оси антенны. Однако, из-за индуктивности, добавляемой спиральной формой, антенна ведет себя как диполь с индуктивной нагрузкой; на своей резонансной частоте она короче четверти длины волны. Поэтому спирали нормального режима могут использоваться как электрически укороченные диполи, в качестве альтернативы центральным или базовым нагруженным прутовым антеннам, в приложениях, где полноразмерный четвертьволновый диполь был бы слишком большим. Как и в случае с другими электрически укороченными антеннами, усиление, а следовательно, и дальность связи спирали будет меньше, чем у полноразмерной антенны. Их компактный размер делает спирали полезными в качестве антенн для мобильного и портативного коммуникационного оборудования в диапазонах HF, VHF и UHF. Нагрузка, обеспечиваемая спиралью, позволяет антенне быть физически короче, чем её электрическая длина в четверть длины волны. Это означает, что, например, антенна на 27 МГц имеет длину и физически совершенно не подходит для мобильных приложений. Уменьшенный размер спирали обеспечивает ту же диаграмму излучения в гораздо более компактном физическом размере с незначительным снижением производительности сигнала. Эффект использования спирального проводника вместо прямого заключается в том, что согласованное сопротивление изменяется с номинальных 50 Ом до входного сопротивления от 25 до 35 Ом. Это, как правило, не оказывает негативного влияния на работу или согласование с обычной 50-омной линией передачи, при условии, что соединительная линия является электрическим эквивалентом длины волны на рабочей частоте.

Мобильные вертолеты высокой частоты

Другой пример данного типа, используемого в мобильной связи, – это спиральная антенна с постоянным шагом, в которой одна или несколько различных линейных обмоток наматываются на общий каркас и располагаются таким образом, чтобы обеспечить эффективный баланс между емкостью и индуктивностью для излучающего элемента на определенной резонансной частоте. Многие образцы этого типа широко использовались для 27 МГц CB-радиостанций, с широким разнообразием конструкций, разработанных в США и Австралии в конце 1960-х годов. На сегодняшний день были массово произведены миллионы этих "спиральных антенн", в основном для использования в мобильных транспортных средствах, достигнув пика производства во время бума CB-радио в 1970-х – конце 1980-х годов и получив распространение по всему миру. Многочастотные версии с ручными отводами стали основным решением для многодиапазонной однополосной модуляции (SSB) в диапазоне высоких частот, обеспечивая покрытие частотного спектра от 1 МГц до 30 МГц с 2–6 выделенными частотными точками, настроенными на специальные и выделенные частоты в наземной мобильной, морской и авиационной связях. В последнее время эти антенны были вытеснены электронными устройствами для настройки антенн. Большинство образцов изготавливались с использованием медной проволоки и стержня из стекловолокна в качестве каркаса. Обычно гибкий или ребристый излучатель покрывается термоусадочной трубкой из ПВХ или полиолефина, обеспечивающей прочное, надежное и водонепроницаемое покрытие для готовой мобильной антенны. Затем стержень из стекловолокна обычно приклеивался и/или обжимался к латунной втулке и привинчивался к изолирующей основе, закрепленной на крыше транспортного средства, защитной дуге или кенгурятнике. Такая конструкция обеспечивала плоскость земли или отражатель (предоставляемый транспортным средством) для эффективной вертикальной диаграммы направленности. Эти популярные конструкции по-прежнему широко используются по состоянию на 2018 год, а конструкция спиральной антенны с постоянным шагом, разработанная в Австралии, была повсеместно адаптирована в качестве стандартной FM-приемной антенны для многих серийно выпускаемых автомобилей, а также для базовых моделей спиральных антенн ЧВ и УВЧ для вторичного рынка. Еще одним распространенным применением широкополосных спиральных антенн является так называемая антенна "резиновая уточка", используемая в большинстве портативных радиостанций УВЧ и КВЧ, в которых в качестве излучающего элемента используется стальной или медный проводник, обычно с разъемом BNC/TNC или винтовым соединением для быстрого снятия.

Антенны спиральные для вещания

Специализированные спиральные антенны с нормальными модами используются в качестве излучающих антенн для FM-радио и телевизионных вещательных станций в диапазонах VHF и UHF.