Спиральная антенна

Двуручная, плотно обернутая, логарифмическая спиральная антенна

Двуручная, широко обернутая, логарифмическая спиральная антенна

В микроволновых системах спиральная антенна является разновидностью радиочастотной антенны . Он имеет форму спирали с двумя рукавами , или можно использовать несколько рукавов. ^[1]^{( стр. 14‑2 )} Спиральные антенны были впервые описаны в 1956 году. ^[2] Спиральные антенны относятся к классу частотно-независимых антенн ^[3], которые работают в широком диапазоне частот. Поляризация, диаграмма направленности и импеданс таких антенн остаются неизменными в большой полосе частот. ^[4]Такие антенны по своей природе имеют круговую поляризацию с низким коэффициентом усиления. Для увеличения усиления можно использовать массив спиральных антенн. Спиральные антенны - это антенны уменьшенного размера, обмотки которых делают их чрезвычайно малой конструкцией. Полости с потерями ^[5] обычно размещаются сзади, чтобы устранить задние лепестки, поскольку в таких антеннах обычно предпочтительнее однонаправленная диаграмма направленности. Спиральные антенны подразделяются на разные типы; Спираль Архимеда, логарифмическая спираль, квадратная спираль, звездная спираль и т. Д. Архимедова спираль - самая популярная конфигурация.

Принципы работы [ править ]

Обычно 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 между рукавами спирали. Проходящая волна «утекает» энергию во время распространения по спиральным рукавам, создавая излучение.

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

Дизайн [ править ]

При проектировании квадратной спиральной антенны необходимо учитывать различные конструктивные параметры. Параметры включают расстояние между витками , ширину плеча , внутренний радиус и внешний радиус . Внутренний радиус измеряется от центра спирали до центра первого витка, а внешний радиус измеряется от центра спирали до центра самого дальнего витка. Помимо этих конструктивных параметров, спиральные антенны имеют самые низкие ( и самые высокие рабочие частоты. Это соответствует скорости света в металле антенны, в основном определяемой диэлектрической проницаемостью подложки, на которой лежит спираль, и ее перекрытием (если любой). ${\ displaystyle s}$ ${\ displaystyle w}$ ${\ displaystyle r_ {1}}$ ${\ displaystyle r_ {2}}$ ${\ displaystyle f _ {\ text {low}} = c / 2 \ pi r_ {2})}$ ${\ Displaystyle (е _ {\ текст {высокий}} = с / 2 \ пи r_ {1})}$ ${\ displaystyle c \ leq 299.79 {\ text {мм / с}} = c_ {0}}$

В полярной системе координат спираль растет одновременно вдоль оси -оси и -оси. Часто используемые спирали Archemedian удовлетворяют особенно простому уравнению, где соответствует коэффициенту роста и соответствует коэффициенту размножения. Следствием этого является равное расстояние между последовательными витками, что ограничивает ширину спиральных рукавов, которая обычно остается постоянной. Также можно использовать другие варианты спиральной формы, такие как логарифмические спирали, которые удовлетворяют ; Полученные спиральные рукава более широко разнесены во внешних витках, что может лучше вместить значительно расширяющиеся рукава. ${\ Displaystyle (г, \ тета)}$ ${\ displaystyle r}$ ${\ displaystyle \ theta}$ ${\ Displaystyle г = а + Ь \, \ тета}$ ${\ displaystyle a}$ ${\ displaystyle b}$ ${\ Displaystyle г = а + б \, е ^ {м \ тета}}$

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

Элементы [ править ]

Антенна обычно имеет два проводящих спиральных рукава, идущих 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 часовых пружин, или спирали могут иметь трехмерную форму, как винтовая резьба.

Выход двух- или четырехлепестковой спиральной антенны представляет собой симметричную линию . Если требуется одна входная или выходная линия - например, заземленная коаксиальная линия - тогда добавляется симметричный трансформатор или другой трансформатор, чтобы изменить электрический режим сигнала.

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

Спираль может быть напечатана или вытравлена на специально выбранной диэлектрической среде, диэлектрическая проницаемость которой может использоваться для изменения частоты для заданного размера. Диэлектрические среды, такие как Rogers RT Duroid, помогают уменьшить физический размер антенны. На тонких подложках с более высокой диэлектрической проницаемостью можно достичь 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 [ править ]

Спиральные антенны передают радиоволны с круговой поляризацией и принимают волны с линейной поляризацией в любой ориентации, но значительно ослабляют сигналы с круговой поляризацией, полученные с противоположным вращением. Спиральная антенна будет отклонять волны с круговой поляризацией одного типа, в то же время прекрасно принимая волны с другой поляризацией.

Одно из применений спиральных антенн - широкополосная связь. Еще одно применение спиральных антенн - мониторинг частотного спектра. Одна антенна может принимать в широкой полосе частот, например, при соотношении максимальной и минимальной частоты 5: 1. Обычно в этом приложении используется пара спиральных антенн с идентичными параметрами, за исключением противоположной поляризации (одна правая, другая - левая). Спиральные антенны полезны для микроволнового пеленгования. ^[8]

Ссылки [ править ]

^ Джонсон, Ричард С .; Джасик, Генри, ред. (1961). Справочник по проектированию антенн (второе изд.). ISBN 0-07-032291-0.
^ Орр, Уильям I. (1976). Справочник по лучевой антенне (5-е изд.). Радиопубликации. С. 185–186.
^ «Дизайн и анализ печатной монопольной антенны СШП с фрактальными прорезями в форме кривой Гильберта для функциональности многополосного подавления» . IGI-Global.com . Частотно-независимые антенны.
^ Мейс, Paul E. (1992). «Частотно-независимые антенны и их широкополосные производные». Труды IEEE . 80 (1): 103–112. DOI : 10.1109 / 5.119570 .
^ "Апертурное возбуждение электрически больших резонаторов с потерями" . Национальный институт стандартов и технологий (NIST) .
^ Mehta, A .; Миршекар-Сяхкал, Д .; Накано, Х. (2006). «Лучевая адаптивная одноплечая спиральная прямоугольная антенна с переключателями». Микроволны, антенны и распространение (Труды IEE) . 153 (1): –18. DOI : 10.1049 / IP-карта: 20050045 .
^ Асад, М .; Gilani, J .; Халид, А .; Икбал, МС (2010). «Оптимизация добротности квадратной спиральной антенны». PACCS : 227–230.^{[ требуется полная ссылка ]}
^ Липски, Стивен Э. (2004). Пассивное микроволновое пеленгирование . SciTech Publishing. п. 40. ISBN 1-891121-23-5.

Ссылки на "Практическую антенну" [ править ]

«Спиральная антенна» . Теория антенн .

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

[2] Орр, Уильям I. (1976). Справочник по лучевой антенне (5-е изд.). Радиопубликации. С. 185–186.

[3] «Дизайн и анализ печатной монопольной антенны СШП с фрактальными прорезями в форме кривой Гильберта для функциональности многополосного подавления» . IGI-Global.com . Частотно-независимые антенны.

[4] Мейс, Paul E. (1992). «Частотно-независимые антенны и их широкополосные производные». Труды IEEE . 80 (1): 103–112. DOI : 10.1109 / 5.119570 .

[5] "Апертурное возбуждение электрически больших резонаторов с потерями" . Национальный институт стандартов и технологий (NIST) .

[6] Mehta, A .; Миршекар-Сяхкал, Д .; Накано, Х. (2006). «Лучевая адаптивная одноплечая спиральная прямоугольная антенна с переключателями». Микроволны, антенны и распространение (Труды IEE) . 153 (1): –18. DOI : 10.1049 / IP-карта: 20050045 .

[7] Асад, М .; Gilani, J .; Халид, А .; Икбал, МС (2010). «Оптимизация добротности квадратной спиральной антенны». PACCS : 227–230.^{[ требуется полная ссылка ]}

[8] Липски, Стивен Э. (2004). Пассивное микроволновое пеленгирование . SciTech Publishing. п. 40. ISBN 1-891121-23-5.

[1]

vтеТипы антенн
Изотропный	Изотропный радиатор
Всенаправленный	Антенна крыла летучей мыши Биконическая антенна Клеточная антенна Кольцевая дроссельная антенна Коаксиальная антенна Скрещенная полевая антенна Антенна с диэлектрическим резонатором Дипольная антенна Дисконная антенна Сложенная унипольная антенна Антенна Франклина Наземная антенна Halo антенна Спиральная антенна J-полюсная антенна Радиатор мачты Монопольная антенна Случайная проволочная антенна Резиновая уточка антенна Антенна турникета Антенна T2FD Т-антенна Зонтичная антенна Штыревая антенна
Направленный	Антенна Adcock Антенна AS-2259 Антенна AWX Антенна для напитков Кантенна Антенна Кассегрена Коллинеарная антенная решетка Конформная антенна Антенна с угловым отражателем Массив штор Дипольная антенна Сложенная перевернутая конформная антенна Фрактальная антенна Антенна G5RV Гизмотчий Спиральная антенна Рупорная антенна Перевернутая F-антенна Перевернутая V-образная антенна Логопериодическая антенна Рамочная антенна Микрополосковая антенна Антенна Moxon Офсетная тарелка антенны Патч антенна Фазированная антенная решетка Планарный массив Параболическая антенна Плазменная антенна Счетверенная антенна Отражательная антенная решетка Регенеративная рамочная антенна Ромбическая антенна Секторная антенна Антенна с короткой обратной вспышкой Наклонная антенна Щелевая антенна Антенна Sterba Антенна Вивальди WokFi Антенна Яги – Уда
Зависит от приложения	АЛЛИСС Угловой отражатель (пассивный) Развитая антенна Наземный диполь Реконфигурируемая антенна Ректенна Эталонная антенна Спиральная антенна Wullenweber Телевизионная антенна