СПИРАЛЬНАЯ АНТЕННА

Перевод: Ершова И.А.
Источник:  http://wifiantenna.wordpress.com/helical-antennas
     
  Основная информация
Спиральная антенна - это простой способ получения высокого коэффициента усиления и широкой полосы частот. Спиральная антенна излучает, когда окружности спирали порядка одной длины волны, самое сильное излучение вдоль оси спирали. Это антенна направленного действия. Спиральная антенна имеет круговую поляризацию, т.е. электромагнитное поле вращается вокруг оси спирали по направлению витка спирали. Таким образом спиральная антенна излучает либо по часовой, либо против часов стрелки.

Если бы нужно было исследовать поле винтовой антенны в направлении максимального излучения простой монопольной или дипольной антенн, известно, что сила сигнала останется неизменной до тех пор, пока диполя перпендикулярны оси спирали. Спиральная антенна эллиптически поляризована, поэтому горизонтальная и вертикальная части сигнала будут в разных пропорциях.

При использовании спиральных антенн необходимо убедиться в том, что обе антенны имеют одинаковую ориентацию потока (т.е. по часовой стрелке) иначе прием сигнала будет значительно ослаблен. Еще важно отметить, что в Кодексе федеральных правил, Ст.47, том5, части 80 (47CFR101/117) Исправлено Микроволновая служба: Антенная поляризация, могут быть использованы только линейные методы поляризации. Т.е. использовать спиральную антенну с круговой поляризацией для любого приложения СВЧ (928 МГц - 40.000 МГц) не разрешается, если я правильно понял.

Есть два хороших метода построения спиральных антенн, первый из которых описан в VNF-UHFРуководстве DS Эванс (G3RPE) и Г.Р. Джессоп (G6JP). Третье издание напечатано RSGP в 1977 году. Хотя это и старая книга, но ее дизайнерские идеи актуальны и сейчас.  Они предлагают предварительно подготовить то, что является "достаточно жестким для адекватной поддержки всей структуры, и в то же время не являлось бы металлом, например, дерево,плотная пластиковая трубка, толстостенное стекловолокно".

Во-первых, убедитесь что все что вы исользовали для центра поддержки не из металла и если вы используете пластик или ПВХ, проверьте пропускную способность. Если вы решили использовать ПВХ или ХПВХ, лучше используйте ПВХ, только постарайтесь минимизировать использование этого материала. Как будет отмечено в следующем методе постороения, использование слишком большого количества ПВХ может убить ваш сигнал и изминить частоту работы антенны.

Во-вторых, опоры для катушки не должны быть изготовлены из металла. Используйте хороший диэлектрик с низкой постоянной. Я хотел бы предложить деревянные дюбели.

В-третьих, отражатель либо твердым, либо из сетки, размер ячеек которой не должен превышать 1/32  λ до 1/25  λ для оптимального приема, однако можно использовать что-то вроде металлической сетки (которой обивают здания перед штукатуркой) или тяжелого экрана окна, я не вижу значительного ухушения качества сигнала. Чтобы вы не использовали, убедитесь, чтобы материал имеел высокую электропроводность.

Наконец, запустите подачи проволоки как показано на рисунке выше. Т.е. за отражателем, а затем через центр рефлетора. Кроме того, за пределами оболочки кабель должен быть подключен непосредственно к отражателю, а центральный проводник подключен к катушке.

Аннотация

Спиральную антенну, изобретеную Джоном Краусом (W8JK), можно рассматривать как гениальную максимально простую конструкцию антенны. Специально для частот в диапазоне 2 -5 ГГц эта конструкция очень проста, практична и не критичнаю Этот вклад описывает, как производить спиральную антенну для частот около 2,4ГГц, которая может быть использована, например, для высокой скорости пакетной передачи  (S5-PSK,1,288 Мбит/c) и любительских спутниковых (АО40). Изменения в результате  WaveLAN обородувания в легкой возможности для высокоскоростного беспроводного доступа в Интернет с использованием стандарта 802.11b (WiFi) .

Теория с высоты птичьего полета

Спиральная антенна состоит из N отражателя. Окружность (C) в свою очередь равна примерно одной длины волны (L), а расстояние (D)  между витками составляет приблизительно 0.25С. Размер отражателя (R) равен С или R, и может быть кругом или кватратом. Дизайн дает круговую поляризацию (КП), которая может быть как "правая рука" или "левая рука" (RHCP или левая круговая поляризация соответственно), в зависимости от намотки спирали. Чтобы иметь максимальную передачу энергии на обоих концах ссылки должны использовать одинаковую поляризацию, если вы не используете пассивный отражатель в радио пути. Усиление (G) от антенны, по сравнению с изотропной (дБ), можно оценить:

G=11.8 +10* Вход  {(C/L)^2*N*D} дБ.

По словам доктора Даррела Эмерсона (AA7FV) из Национальной радиоастронамической обсерватории, результаты из формулы, известны также как "Крах формулы" являются 4-5 дБ являются слишком оптимистичными. Доктор Рэй Креста (WK0O) вставил результаты Эмерсона в программе анализа антенн "ASAP".

Волновое сопротивление (Z) в результате "линии" эмпирически, расчитывается:
Z = 140 * (C/l), Ом


Тип: спиральная антенна
Поляризация: круговая
Количество витков: 16
Усиление: 16дБ*
Общая длина: 68 см
Ширина луча (-3дБ): 27град. *

Вот дизайн антенны 2,4 ГГц, который идеально подходит для любительской спутниковой связи. Эта антенна проста в сборке, потому что сама конструкция допускает неточности в строительстве, действительно не влияя на производительность. И с этой антенной, Вы не будете иметь никаких трудностей со всеми текущими и будущими любительскими спутниками предложенными 2,4GHz. группы. Исключение АО-40, которая будет параболической антенной.

Следующие рисунки и таблицы достаточно хорошо описывают строительство этой антенны. Вы можете щелчком мыши на чертежах на указанном выше сайте , получить увеличенный вид.

Рассмотрим дополнительно некоторые вопросы:

Использование фломастера, марка провода на каждом 14,75 см, эквивалентная длина одного витка проволоки. В общей сложности  17 (16 оборотов). Выполняют эту задачу на плоской поверхности, перед формированием проводов.

Для формирования спирали, используйте форму цилиндра трубки с диаметром чуть меньше, чем конечный диаметр. В конце концов,все спирали должны быть одинаковыми.

Просверлите отверстия, размер которого  соответствует диаметру стойки. В этом случае 1,1 см диаметра. Соблюдайте правила безопасного обращения с дрелью.

0,3 см уходит в глубину в конце каждой стойки. Это расчитано в целях поддержания провода катушки в центре. Для этого случая прдусмотрены катушки радиусом 2,3 см.

Слот противостояния должны быть ориентированы под углом 12 градусов с зеркальной антенны. Это позволит разместить провод катушки и сохранить ее форму.
Вы можете применить гарячий клей на противостояние конечностей. Это позволит провести провод на место.

Вы можете нарисовать антенные части, которые более восприимчивы к ухудшению: горячий клей, медная проволока и соответствующие пластины.