螺旋天線

螺旋天線(helical antenna)是一種具有螺旋形狀的天線。它由導電性能良好的金屬螺旋線組成，通常用同軸線饋電，同軸線的心線和螺旋線的一端相連線，同軸線的外導體則和接地的金屬網（或板）相連線。螺旋天線的輻射方向與螺旋線圓周長有關。當螺旋線的圓周長比一個波長小很多時，輻射最強的方向垂直於螺旋軸；當螺旋線圓周長為一個波長的數量級時，最強輻射出現在螺旋旋軸方向上。

基本介紹

• 中文名：螺旋天線
• 外文名：helical antenna

定義

螺旋天線是天線的一種，可以收發空間中旋轉的偏振電磁信號。這種天線通常用在衛星通訊的地面站中。用非平衡饋線，比如同軸電纜來連線天線，電纜中心連線在天線的螺旋部分，電纜的外皮連線在反射器上。

螺旋天線

螺旋天線

從外表看起來，螺旋天線就好像在一個平面的反射屏上安裝了一個螺旋。螺旋部分的長度要等於或者稍大於一個波長。反射器呈圓形或方形，反射器的內部最大距離（直徑或者邊緣）至少要達到四分之三波長。螺旋部分的半徑在八分之一到四分之一波長之間，同時還要保證四分之一到二分之一波長的傾斜角度。天線的最小尺度取決於所採用的低頻信號頻率大小。如果螺旋或反射器太小，那么天線的效率就會嚴重降低。在螺旋天線的軸心部分，電磁波的能量最大。　螺旋天線通常是由多個螺旋部分和一個反射器組成。可以同時垂直或水平的挪動整組天線來跟蹤某個衛星。如果衛星並沒有在軌道上運行，可以通過計算機來調節天線的方位角，來跟蹤衛星軌跡。

螺旋天線

分類與套用

當D/λ=0.25～0.46（即一圈螺旋周長約為一個波長）時，天線沿軸線方向有最大輻射，並在軸線方向產生圓極化波。這種天線稱為軸向模螺旋天線，常用於通信、雷達、遙控遙測等。當 D/λ進一步增大時，最大輻射方向偏離軸線方向。

螺旋天線半徑(周長)對方向圖的影響

法向模螺旋天線(D/λ<0.18)實質上是細線天線，為了縮短長度，可把它卷繞成螺旋狀。因此，它的特性與單極細線天線相仿，具有8字形方向圖，並且頻帶很窄，一般用作小功率電台的通信天線。

邊射式螺旋天線是一種法向模螺旋天線。它是在螺旋的中心軸線上放置一根金屬導體，當螺旋一圈的周長l=Mλ(M=2，3，…整數)時，也在螺旋的法向產生最大輻射。這種天線可用作電視發射天線。

等角螺旋天線也是一種法向模螺旋天線。天線的兩臂，在一個平面上或錐面上按特定的曲率變化繞旋展開。由於這種天線的外形只由角度決定，不包含線性長度，因而天線的特性不受頻率變化的影響，故有極寬的頻帶。平面等角螺旋天線的最大輻射方向是在平面兩邊的法向方向，並輻射圓極化波。

袖珍天線製作

袖珍通訊機用天線的設計和製作曹志宇

螺旋天線

袖珍通訊機由於體積小，重量輕，使用方便等優點而被廣泛套用於社會各部門，這種機器廣泛套用一種螺旋天線，一般成品螺旋天線都用導電性能良好的金屬線繞成並密封好。其工作原理下：

圖1 所示一般天線結構示意圖。D是螺旋天線直徑，L是螺旋天線長度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋線上相對應兩點。

一般可以認為，電磁波沿金屬螺旋線以光速C作勻速運動。

從Ⅰ點到Ⅱ點即進行一個螺旋，所需時間為

t = πD/C

而對螺旋天線而言，其軸向電磁波只運動行進了一個螺距ρ，其軸向等效速率

υ=ρ/t =ρ/C (πD)

這種關係也可用圖2形式解釋。由圖2可知：

υ=Csinθ=Cρ/（πD）≤C

由上式可以看出，υ總是小於等於C的。故螺旋天線能使電磁波運動速度減慢，是一個慢波系統，其等效波長λ等效小於工作波長λ。對於螺旋天線而言，應諧振於其1/4等效波長，因而能縮短螺旋天線的幾何長度。

螺旋天線

對於工作於一定中心頻率的通訊機來說，其所需繞的線圈數N可以由下式近似算出：

螺距：υ=L/N

所需金屬線長度：ι=NπD

對於一般通訊機可取

L=20~40cm

D=10~20mm

下表是對一些常用頻率螺旋天線的設計實例，其他頻率也可類似設計。

f是工作中心頻率；D是螺旋天線直徑；

螺旋天線

L是螺旋天線長度；

N是螺旋圈數；

ι是所需金屬線長度。

以上N、ρ為了實際製作需要均取近似值。

製作時可用直徑0.5~1.5mm漆包線或鍍銀銅線或鋁線在直徑為D的有機玻璃或其他絕緣材料上繞制，並在棒的兩頭打上小孔，以利於固定金屬線；在棒的底端焊上較粗的金屬桿或插頭固定在棒上，以利於與機器連線；整個螺旋天線的外面可用橡膠管或其他材料套封，並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，經久耐用。如果沒有上述金屬絲，也可採用多股細絕緣導線代替，效果相同，只是繞制時固定較為困難。

以上螺旋天線也可用於各種小型遙控設備及其他類似機器上。

為了比較慢波天線與常規拉桿天線的不同，說明慢波天線尺寸較小的優點，我們可對拉桿天線作一計算。

設定參數如下：

頻率f=27MHZ

波速c=3×108M（註：108應為10的8次方）

天線應諧振於1/4工作波長，則按公式可計算拉桿天線的長度：

L=1/4λ=1/4 c/f=1/4(3×108/27×108)=2.78m（註：108應為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。