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介绍简易螺旋天线的制作方法
螺旋天线(helical antenna)是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金螺旋天线属螺旋线组成,通常用同轴线馈电,同轴线的心线和螺旋线的一端相连接,同轴线的外导体则和接地的金属网(或板)相连接。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时,辐射最强的方向垂直于螺旋轴;当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时,最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。
袖珍通讯机由于体积小,重量轻,使用方便等优点,现在广泛应用一种螺旋天线,一般成品螺旋天线都用导电性能良好的金属线绕成并密封好。其工作原理下:
图1 所示一般天线结构示意图。D是螺旋天线直径,L是螺旋天线长度,ρ是螺距,Ⅰ、Ⅱ是螺旋线上相对应两点。
一般可以认为,电磁波沿金属螺旋线以光速C作匀速运动。
从Ⅰ点到Ⅱ点即进行一个螺旋,所需时间为t = πD/C,而对螺旋天线而言,其轴向电磁波只运动行进了一个螺距ρ,其轴向等效速率υ=ρ/t =ρ/C (πD),这种关系也可用图2形式解释。由图2可知: υ=Csinθ=Cρ/(πD)≤C
由上式可以看出,υ总是小于等于C的。故螺旋天线能使电磁波运动速度减慢,是一个慢波系统,其等效波长λ等效小于工作波长λ。
对于工作于一定中心频率的通讯机来说,其所需绕的线圈数N可以由下式近似算出:
螺距:υ=L/N
所需金属线长度:ι=NπD
对于一般通讯机可取:L=20~40cm,D=10~20mm
下表是对一些常用频率螺旋天线的设计实例,其他频率也可类似设计。
f是工作中心频率; D是螺旋天线直径; L是螺旋天线长度; N是螺旋圈数; ι是所需金属线长度。
以上N、ρ为了实际制作需要均取近似值。
制作时可用直径0.5~1.5mm漆包线或镀银铜线或铝线在直径为D的有机玻璃或其他绝缘材料上绕制,并在棒的两头打上小孔,以利于固定金属线;在棒的底端焊上较粗的金属杆或插头固定在棒上,以利于与机器连接。设定参数如下:
频率f=27MHZ
波速c=3×108M(注:108应为10的8次方)
天线应谐振于1/4工作波长,则按公式可计算拉杆天线的长度:
L=1/4λ=1/4 c/f=1/4(3×108/27×108)=2.78m(注:108应为10的8次方)
按照上面的表格,可知如果使用螺旋天线,中心频率为27MHZ的慢波天线,其外观长度仅40cm,尺寸约仅为拉杆天线的七分之一。
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