Журнал "Радио" №2, 1969г.

Инж. Б. Карпов, В. Саркисов

Синфазная спиральная антенна.

Один из наиболее сложных вопросов это вопрос выбора наилучшего антенного устройства для работы в диапазоне 1215 – 1300 МГц. Из существующих антенн пригодными для данного диапазона являются направленные антенны типа «волновой канал», параболические и спиральные. Наиболее эффективными и легко повторимыми являются спиральные антенны.

Спиральная антенна имеет значительный коэффициент усиления, который зависит от количества витков, шага намотки и диаметра витка. Так, антенна, состоящая из трех витков, имеет коэффициент усиления около 10 дБ, что примерно соответствует девятиэлементной антенне «волновой канал». При этом спиральная антенна имеет меньшие размеры и обладает значительно большей полосой пропускания.

К  недостаткам спиральной антенны следует отнести круговую поляризацию поля излучения. В связи с этим необходимо, чтобы как передающая, так и приемная антенны тоже имели круговую поляризацию. В случае работы с другими типами антенн, имеющими линейную поляризацию, теряется около половины энергии, переносимой электромагнитными волнами.

Однако, с помощью спиральной антенны можно излучать или принимать линейно-поляризованные электромагнитные волны, если использовать группу из двух спиральных антенн с противоположной намоткой. Если эти две антенны расположить рядом в горизонтальной плоскости, поляризация поля будет горизонтальной, а если одну над другой – вертикальной. Если же обе антенны имеют одну и ту же намотку, то поляризация поля остается круговой, но при этом повышается коэффициент усиления и падает входное сопротивление антенны.

Рассмотрим спиральную антенну на 1295 МГц, имеющую четыре спирали, установленные на общем щите – рефлекторе. Поляризация поля – круговая. Из-за широкой полосы пропускания антенна может применяться во всем участке диапазона 1215 -1300 МГц. При конструировании антенны ставилась задача создать антенну, имеющую большой коэффициент усиления и наиболее простую, и легко повторимую конструкцию. Кроме того, описываемая антенна сравнительно легко разбирается, что имеет большое значение при использовании ее в полевых условиях.

Диаметр витков спирали выбран с учетом коэффициента укорочения 0,31λ. Угол подъема спирали 14^°; что соответствует расстоянию между витками 0,24λ; при этом антенна имеет оптимальные электрические параметры. Соотношение наружного диаметра стержня и внутреннего диаметра стакана согласующего трансформатора составляет 2,46, что обеспечивает согласование антенны с коаксиальным кабелем.

Конструкция антенны и ее основные детали показаны на рис. 1а. Спираль 1, состоящая из 7 витков, выполнена из посеребренного медного провода диаметрам 3,5 мм. Диаметр намотки 71,3 мм; намотка всех 4 спиралей в одну сторону. Несущие планки 2 изготовлены из органичес­кого стекла толщиной 5 мм. 

 Рис. 1а) Размеры элементов

Для увеличения жесткости к несущей планке снизу приклеивают дихлорэтаном планку 3 из органического стекла, которая несколько короче несущей планки. Затем предварительно рас­тянутые спирали ввинчивают в несущую планку. Последний виток спирали закрепляют с обеих сторон двумя гайками МЗ (3). На другом конце спирали перпендикулярно оси провода просверливают отверстие с резьбой М2 (5) для крепления жилы кабеля. К несущей планке двумя болтами МЗ привинчивают уголок 7 из дюралюминия для крепления к щиту-рефлектору. Щит-рефлектор 8 изготовлен из твердого дюралюминия толщиной 2 мм. Несущие планки со спиралями крепятся двумя болтами МЗ к рефлектору так, чтобы концы спиралей находилися против отверстий 9.

К латунному согласующему стакану 10 припаивают гнездо антенного разъема 11. Предварительно к контакту гнезда припаивают согласующий стержень 12. В отверстия 13 в нижней части стакана вставляют 4 отрезка высокочастотного коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 120—130 Ом длиной 35—45 см (в крайнем случае можно использовать кабель с сопротивле­нием 75 Ом; эффективность антенны при этом несколько понижается). Длина отрезков зависит от жесткости применяемого кабеля. Центральные жилы кабелей вставляют в отверстия 14, просверленные перпендикулярно друг другу, и припаивают к стержню через отверстие 15, а оплетки кабелей — к наружной стороне стакана. Оплетку на про­тивоположных концах отрезков кабелей припаивают к латунным флан­цам 16, имеющим 3 отверстия с резьбой МЗ (17) для крепления к рефлектору. Собранный согласующий трансформатор крепят четырьмя болтами МЗ в центре щита-рефлектора с его обратной стороны, Фланцы 16 с кабелем привинчивают винтами МЗ к рефлектору. Затем централь­ные жилы кабелей крепят с помощью винтов М2 (19) к концам спиралей.

Для того чтобы антенна имела более жесткую конструкцию, в центре щита с лицевой его стороны под болты 18, крепящие согласующий тран­сформатор, крепят также фланец 20, в который вставляют и приклепы­вают несущую штангу 21 из текстолита или другого изоляционного материала. К другому концу штанги при помощи фланца 22 и болтов 23 крепят перпендикулярно друг другу две планки 24 из органического стекла. Концы этих планок привинчиваются винтами МЗ (25) к торцам несущих планок 2.

К антенному разъему 11 подключают кабель с волновым сопротив­лением 75 Ом. Следует отметить, что антенна остронаправленная в обеих плоскостях и требует при установлении связи враще­ния как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Рис. 1б) Узлы антенны в сборе   

Рис. 2. Синфазная спиральная антенна

а-общий вид; б-вид спереди; в-вид сзади.