Спиральная телевизионная антенна своими руками: описание

• Спиральная антенна отличается от других антенн, обладающих направленным излучением, в первую очередь тем, что ее поле излучения имеет круговую поляризацию. В случае применения такой антенны необходимо, чтобы как передающая, так и приемная антенны имели круговую поляризацию излучения.
• Круговая поляризация имеет место, когда проводник наматывается в направлении излучения в виде спирали, причем необходимо, чтобы общая длина проводника в одном витке равнялась длинне волны, что соответствует при учете коэффициента укорочения диаметру витка D, равному приблизительное 0,31 длинны волны. Предполагается, что для получения круговой поляризации используется по меньшей мере три витка, так как поляризация излучения будет тем ближе к круговой, чем больше витков имеет антенна. Простая спиральная антенна излучает в обе стороны в направлении своей оси. Для получения одностороннего излучения и увеличения коэффициента усиления ангенны используется дисковый рефлектор.
• Схематическое изображение спиральной антенны с необходимыми размерами приведено на рис. 11-11.

• Спираль изображена на этом рисунке упрощенно. Диаметр спирали D, см, равный 0,31 длинны волны, может быть рассчитан по отношению к частоте f, МГц, по формуле:

  D=9300/f
• Зная диаметр витка, можно определить длину проводника, образующего виток L:
• L=D*3,14
• К важным конструктивным размерам этой антенны относится также угол подъема спирали, который может меняться в пределах от 6 до 24°, однако на практике наиболее часто угол подъема спирали выбирают равным 14°, так как при этом антенна имеет оптимальные электрические параметры. При угле подъема спирали 14° расстояние между витками S равно 0,24 длинны волны. Это расстояние 5, см. относительно частоты f, МГц, можно рассчитать по формуле:
• S=7200/f
  
• Диаметр дискового рефлектора выбирается небольшим, но всегда больше 0,5 длинны волны, так как при этом входное сопротивление спиральной антенны при подключении рефлектора изменяется незначительно.

• При больших диаметрах рефлектора увеличивается обратное ослабление. Наиболее часто диаметр рефлекора выбирают равным двоенному значению диаметра витка спиральной антенны, т. е. 0,62 длинны волны. Рефлекторы могут быть как дисковыми, так и квадратными. В диапазоне дециметровых волн рефлекторы можно изготовлять из жести, а в диапазоне УКВ рефлекторы изготовляются обычно таким образом, как показано на рис. 11-12

  или 11-15.
  
  
• Расстояние между рефлектором и началом спирали целесообразно выбрать равным 0,13 длинны волны. Относительно частоты f, МГц это расстояние .4, см, может быть определено по формуле:
• A=3900/f

  Схематическое изображение спиральной антенны с необходимыми размерами приведено на рис. 11-11. Спираль изображена на этом рисунке упрощенно. Диаметр спирали D, см, равный 0,31 длинны волны, может быть рассчитан по отношению к частоте f, МГц, по формуле:

  D=9300/f
• Входное сопротивление спиральной антенны почти не имеет реактивных составляющих и равно 120—150 Ом в зависимости от размеров спирали. Питание антенны несимметричное с помощью коаксиального кабеля.
• Спиральная антенна обладает широкой полосой пропускания. При расстоянии между витками S 0,24 длинны волны и допущении максимального КСВ в линии питания (1,35) соотношение частот, в пределах которых антенна работает удовлетворительно, равно 1 : 1,6.
• Коэффициент усиления спиральной антенны зависит от числа витков n, шага намотки S и длины витка спирали L и увеличивается приблизительно пропорционально с увеличением числа витков. При углах подъема спирали, равных 12—15°, и при наличии по крайней мере трех витков в спиральной антенне ее коэффициент усиления может быть рассчитан по формуле
• G [дб] =10*logL^2*S*n*15
• При обычных на практике размерах шага намотки спирали S = 0,24 длинны волны и диаметре витка D = 0,31 длинны волны, коэффициенты усиления (дБ) спиральной антенны, рассчитанные по этой формуле, при различном числе витков принимают следующие значения:

• 3 витка — 10,1 дБ;

  4 — 11,3;

  5 — 12,3;

  6 — 13,1;

  7 — 13,8;

  8 — 14,4;

  9 - 14,9;

  10— 15,3;

  11 — 15,7

  12 витков — 16,1 дБ.

• Если электромагнитные волны с круговой поляризацией принимаются на антенну, обладающую линейной поляризацией, то в этом случае теряется половина энергии, переносимой электромагнитными волнами, что соответствует потерям в 3 дБ. Однако с помощью спиральных антенн можно излучать или принимать линейно-поляризованные электромагнитные волны. Для этого используют группу из двух спиральных антенн с противоположной намоткой (т. е. если одна антенна имеет правостороннюю намотку, то вторая— левостороннюю). При этом если эти две антенны располагаются рядом друг с другом в горизонтальной плоскости, то поляризация поля горизонтальная, а если они располагаются одна над другой в вертикальной плоскости, то поляризация поля вертикальная. Если обе спиральные антенны имеют одну и ту же намотку, то поляризация поля остается круговой, но параллельное соединение двух спиральных антенн дает очень удобное с точки зрения согласования антенны с линией передачи входное сопротивление (65—70 Ом). В этом случае становится возможным без включения дополнительных трансформирующих устройств непосредственно питать антенну при помощи обычного коаксиального кабеля. По сравнению с антенной «волновой канал», имекщей равное усиление со спиральной антенной, последняя занимает несколько меньше места и, кроме того, обладает полосой пропускания, значительно преносходящей полосу пропускания антенны «волновой канал».
• Согласование входного сопротивления спиральной антенны с волновым сопротивлением линии передачи удобнее всего осуществлять с помощью коаксиального четвертьволнового трансформатора, сопротивление которого рассчитывается 0,24 длинны волны по известной формуле
• Zтр=(Za*Z)^1/2
• Если положить входное сопротивление спиральной антенны Za равным 125 Ом и потребовать согласования этого сопротивления с коаксиальным кабелем, имеющим волновое сопротивление 60 Ом, то волновое сопротивление такого концентрического четвертьволнового трансформатора должно быть равно:
• Zтр=(120*60)^1/2=(7500)^1/2=86,6Ом

  На рис. 11-13 показана практическая конструкция оформления четвертьволнового трансформатора со всеми необходимыми размерами. Общая длина согласующего устройства с учетом коэффициента укорочения равна 0,24 длинны волны

• а - продольный разрез
• б - поперечный разрез