螺旋天線(xiàn)的設(shè)計(jì)

袖珍通訊機(jī)由于體積小，重量輕，使用方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于社會(huì)各部門(mén)，這種機(jī)器現(xiàn)在廣泛應(yīng)用一種螺旋天線(xiàn)，一般成品螺旋天線(xiàn)都用導(dǎo)電性能良好的金屬線(xiàn)繞成并密封好。其工作原理下：

圖1 所示一般天線(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖。D是螺旋天線(xiàn)直徑，L是螺旋天線(xiàn)長(zhǎng)度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋線(xiàn)上相對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)。

一般可以認(rèn)為，電磁波沿金屬螺旋線(xiàn)以光速C作勻速運(yùn)動(dòng)。

從Ⅰ點(diǎn)到Ⅱ點(diǎn)即進(jìn)行一個(gè)螺旋，所需時(shí)間為

t = πD/C

而對(duì)螺旋天線(xiàn)而言，其軸向電磁波只運(yùn)動(dòng)行進(jìn)了一個(gè)螺距ρ，其軸向等效速率

υ=ρ/t =ρ/C (πD)

這種關(guān)系也可用圖2形式解釋。由圖2可知：

υ=Csinθ=Cρ/(πD)≤C

由上式可以看出，υ總是小于等于C的。故螺旋天線(xiàn)能使電磁波運(yùn)動(dòng)速度減慢，是一個(gè)慢波系統(tǒng)，其等效波長(zhǎng)λ等效小于工作波長(zhǎng)λ。對(duì)于螺旋天線(xiàn)而言，應(yīng)諧振于其1/4等效波長(zhǎng)，因而能縮短螺旋天線(xiàn)的幾何長(zhǎng)度。

對(duì)于工作于一定中心頻率的通訊機(jī)來(lái)說(shuō)，其所需繞的線(xiàn)圈數(shù)N可以由下式近似算出：

螺距：υ=L/N

所需金屬線(xiàn)長(zhǎng)度：ι=NπD

對(duì)于一般通訊機(jī)可取

L=20~40cm

D=10~20mm

下表是對(duì)一些常用頻率螺旋天線(xiàn)的設(shè)計(jì)實(shí)例，其他頻率也可類(lèi)似設(shè)計(jì)。

f是工作中心頻率;

D是螺旋天線(xiàn)直徑;

L是螺旋天線(xiàn)長(zhǎng)度;

N是螺旋圈數(shù);

ι是所需金屬線(xiàn)長(zhǎng)度。

以上N、ρ為了實(shí)際制作需要均取近似值。

制作時(shí)可用直徑0.5~1.5mm漆包線(xiàn)或鍍銀銅線(xiàn)或鋁線(xiàn)在直徑為D的有機(jī)玻璃或其他絕緣材料上繞制，并在棒的兩頭打上小孔，以利于固定金屬線(xiàn);在棒的底端焊上較粗的金屬桿或插頭固定在棒上，以利于與機(jī)器連接;整個(gè)螺旋天線(xiàn)的外面可用橡膠管或其他材料套封，并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(jīng)久耐用。如果沒(méi)有上述金屬絲，也可采用多股細(xì)絕緣導(dǎo)線(xiàn)代替，效果相同，只是繞制時(shí)固定較為困難。

以上螺旋天線(xiàn)也可用于各種小型遙控設(shè)備及其他類(lèi)似機(jī)器上。

為了比較慢波天線(xiàn)與常規(guī)拉桿天線(xiàn)的不同，說(shuō)明慢波天線(xiàn)尺寸較小的優(yōu)點(diǎn)，我們可對(duì)拉桿天線(xiàn)作一計(jì)算。

設(shè)定參數(shù)如下：

頻率f=27MHZ

波速c=3×108M(注：108應(yīng)為10的8次方)

天線(xiàn)應(yīng)諧振于1/4工作波長(zhǎng)，則按公式可計(jì)算拉桿天線(xiàn)的長(zhǎng)度：

L=1/4λ=1/4 c/f=1/4(3×108/27×108)=2.78m(注：108應(yīng)為10的8次方)

按照上面的表格，可知如果使用螺旋天線(xiàn)，中心頻率為27MHZ的慢波天線(xiàn)，其外觀長(zhǎng)度僅40cm，尺寸約僅為拉桿天線(xiàn)的七分之一。

李 樾 于二000九年二月

附圖：

附表：