谈谈螺旋天线

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任何依靠电磁波传送信息的无线电设备都需要天线。天线是一种
转能器。当发射时，它把发射机的高频电流转换成空间电磁波。接收
时，它又把从空间截获的电磁波转换成高频电流送入接收机。本文简
单的介绍一下无线电收发装置中天线的原理与制作。
  
                          鞭天线
  
    袖珍超短波无线电台，接收与发射共用一付天线。但考虑到使用
环境的不同，一般该机都配有两种不同型式的天线供选用。一种是四
分之一波长鞭天线，另一种是小型螺旋天线。四分之一波长鞭天线是
一种由多节组成的普通拉杆夭线。工作时拉开与发射机发出的高频电
流产生谐振。理论上，谐振时鞭天线的长度应该是谐振频率相对应波
长的四分之一。但是，由于电磁波在金属杆中的传播速度比在空气中
稍小，电磁波在金属杆上传播的波长也相应稍短，故实际鞭天线的长
度要比四分之一波长略短些。这个缩短系数与工作频率，金属杆直径
有关。工作频率高，金属杆直径大，则缩短值也大。此拉杆天线平均
直径是４．５厘米，缩短系数为０．９７，取电台工作的中心频率四
分之一波长乘以该缩短系数为实际天线长度。
  
                         螺旋天线
  
    螺旋天线是一种新型的小型化通讯天线，它对于移动通讯中使用
的袖珍无线电台特别适用。因长度为１米多的天线对袖珍机来说确实
长了些，给使用者带来不便，尤其是在高压电线附近使用不够安全。
为此专门为该机设计了总长度不到拉杆天线三分之一的小型螺旋天线
。这种天线目前已开始在通讯及电视等方面获得应用。这里重点淡谈
它的结构、工作原理、计算公式和制作方法。
  
    结构：把金属导线按一定的间距曲绕成螺旋形状，并用绝缘材料
支杆沿螺旋的轴向方向把线圈支撑起来，螺旋的—端与发射机的输出
端连接，另一端开路，就构成了螺旋天线。产品是用直径１．２毫米
碳素钢丝，在普通车床上绕成平均直径为１厘米的螺旋若干圈，并用
截面为梅花状的热成型聚丙烯芯杆支撵起来。螺旋外面用丁膳橡胶管
密封以防雨水漫蚀。
  
    工作原理：小型螺旋天线是一个慢波系统。电磁波在螺旋轴向方
向上的传播遗度ｕ比在空气中的速度（近似为光速Ｃ）小很多，所以
波长也相应短很多，为了与工作频率对应的波长加以区别，把螺旋线
中的波长叫做“导波长”。由图１可以说明其原理。现在可以粗略地
认为电磁波是沿着金属螺旋线绕制方向近似以光速Ｃ传播的，当电磁
波沿螺旋线绕一圈从ａ点到达ｂ点时，实际上电磁波在螺旋的轴向上
只走了Ｓ的路程（螺距），把这一螺旋圈在平面上展开成直角三角形
，则斜边代表电磁波沿螺旋线的传播速度Ｃ，短直角边代表电磁波沿
螺旋轴向的传播速度ｕ。由直角三角形的几何关系式ｕ＝Ｃ·ｓｉｎ
ψ可知（ψ角是螺旋切线与水平线的夹角），因ｓｉｎψ〈１，所以
总有ｕ小于光速Ｃ，故螺旋线是个慢波系统，它可以把电磁波的传播
速度减慢。若把螺旋天线也做成谐振在四分之一波长的天线，那么它
应是谐振在四分之一的“导波长”上，因而螺旋天线的几何长度可以
比拉杆天线短很多。
  
    计算公式：螺旋天线的长度等于四分之一“导波长”。“导波长
”与螺旋直径Ｄ、螺距Ｓ、工作频率ｆ有关。它们之间有着很复杂的
数学关系，若螺旋天线ｈ》Ｄ，同时Ｄ又比工作波长小很多，则可按
下面的近似公式进行计算：
  
    计算时应根据使用条件，选定螺旋宜径Ｄ、长度ｈ（以米为单位
），工作频率ｆ由中心频率决定（以‘兆赫’为单位），根据上式计
算出对应的螺旋圈数Ｎ，当然选定的ｈ要比Ｄ大很多（１０倍以上）
，绕制螺旋所用金属导线的长度可按下式计算：
  
   ｌ＝Ｎ·πＤ   (２)
  
    例如一袖珍机中心工作频率取为７２．７ＭＨｚ，螺旋平掏直径
Ｄ＝１ｃｍ，希望天线尺寸不超过２５ｃｍ，则按（１）式计算总圈
数为７９．２圈，按（２）式计算所用导线长度约２．５米。
  
                        业余制作
  
    与上述袖珍无线电台配用的鞭天线可用壁厚为０．２毫米的薄铜
管自制，管的外径在５～７毫米为宜，长度１米。若外径粗些，其长
度可略短２～３厘米。铜管的一头与发射机输出端连接，可在此头钻
一直径２毫米的小孔，从中引出焊线与发射机相连，铜管的另一端可
用口径大小相仿的塑料牙膏加盖封住，若有长度相当的拉杆天线，就
可以代用。若拉杆天线的外径粗，天线长度还可以稍短一些，若实在
没有条件，可以用长度为１．０５米的塑料皮导线来代替鞭天线。螺
旋天线的制作：螺旋线可用宜径０．８～１．５ｍｍ的漆包线绕制。
漆包线的粗细对螺旋天线的性能影响不大，螺旋之间由于电压不高，
一般用低强度油基性漆包线即可。需注意的是，螺旋之间的间距应保
持一致并等于设计值。当工作频率为７２．７ＭＨｚ时，螺距Ｓ为３
毫米，共绕８０圈。绕制时，可先在一根直径为９毫米左右的金属杆
上以间距为２．５毫米绕８５圈，绕好后考虑螺旋线的回弹，基本上
可以满足中心距离为３毫米的要求，再把多余的圈数剪掉。绕好的螺
旋线用绝缘支撵棒撵住，如环氧棒、有机玻璃棒、空心电工塑科管或
细竹杆等。螺旋线还可用直径相仿的铝丝绕制，不过铝丝较铜丝硬，
回弹也大，开始绕制时，中心距宜取得更小些，如２．２毫米左右，
绕好后通过整形达到３毫米，把最上面半圈螺旋旋向圆心处弯拆，靠
支撑棒顶住，见图２。能用热塑套管或薄橡皮套管把制作好的天线套
起来更好，以防螺旋线受外力而变形。螺旋天线应与整机匹配地工作
，让能量全部发射出去，或把接收到的能量全部送进接收机。
  
　　鞭天线和螺旋天线部有一定的方向性，即在某几个方向上能量最
为集中，接收或发射的效果最好。所以在使用时，可旋转一下天线以
获得最佳通讯效果。实际通话效果表明，该机配用１米长鞭天线时可
在５公里平地范围内可靠通话，在配螺旋夭线时通话距离为３～４公
里。
  
　　接上述原理及计算公式也可以绘出工作在其它频率上的无线电遥
测、遥控收发设备的天线参数。原则上也可以用于电视、调频广播接
收等无线电装置上
  
http://member.netease.com/~qsl/files/ant2/ant.htm

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图1

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计算公式

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图2

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另外再附上一张螺旋天线，这个是工作在1-1.3G频率的

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天线尺寸的缩短
http://gzdzw.51.net/txjs.htm
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]在很多时候，为了减少天线的占用空间，我们常常需要将天线的尺寸减少。那么怎样在天线尺寸减少的情况下，天线仍然能准确地产生谐振呢？这是我们下面讨论的问题。
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]一根短于1/4波长倍数的天线是呈容性的。这是由于它不产生谐振而且其电流和电压的合成相位关系与电容性电路的相位关系很相似的缘故。那么，我们可在天线上加一个电感来使天线产生谐振。图1是一个偶极子天线，天线的两臂小于1/4波长，这时我们可在两臂上分别接入一个电感使天线产生谐振。这两个电感装在离天线的接线端约几公分位置比装在臂的两端效果更好，电感的大少可通过实验的方法获得。例如，我们可通过测试天线的驻波比来获得合适的加装电感量的大少。
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]将一条长度为半波长的导线绕成螺旋形式，其效果和一条四分之一波长的天线相差无几，这种设计称为螺旋天线。由于这种天线很少能找到与之匹配的传输电缆，所以这种天线多用在不需要传输电缆的设备中，如手提电话、手持式无线对讲机等。
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]通常我们称1/4波长的天线为鞭状天线。这种天线也是一些小型的无线收发设备用得最多的一种天线。在实际应用中由于受到体积的限制，往往天线的长度总是做成小于1/4波长的，所以要在天线上加电感，电感的加载方式有三种：1、底部加载，2、中部加载，3、顶部加载，如图2所示。每一种加载方式都有其优点和缺点，从机械的角度看，底部加载最为理想，但是这种加载方式的辐射电阻很低而且由于大多数能量是从加载线圈辐射出来，因此效率比较低。中部加载的辐射电阻会增加，但在这种情况下要产生谐振就得有更大的电感，加载的位置越向上，所需的电感就越大。顶部加载的天线较少见，这是因为沉重的电感线圈会使整个结构变得笨重，天线的机械强度难以得到保证。从各个因素来考虑，中部加载的天线是最好的。
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]垂直架设的鞭状天线只能接收垂直极化波，但有时我们可把1/4播长天线制成垂直和水平相结合的组合结构天线。即既可接收垂直极化波又可以接收水平极化波，在这种情况下，我们可将垂直部分的长度做成大于1/4波长，使天线呈电感性，然后在天线的顶部用一个十字形导线与垂直部分形成一个电容而使天线发生谐振，这种天线的结构如图3所示。

lusfe

头痛头痛

chinaboy

算一下2.4G的波长：波速/频率=光速/频率=300000000/2400000000=0.125米
1/4鞭状天线长度为0.125/4=0.03125米=3.125厘米，再做成加感天线或螺旋天线还剩多少长度啊。

阿博

楼主是不是想做超级天线啊？支持，成功了把心得说一说，我也很有兴趣。

pczu

QUOTE:

阿博 wrote:
楼主是不是想做超级天线啊？支持，成功了把心得说一说，我也很有兴趣。

  
我们一起研究吧

汉唐

走了太多的弯路，对于AP来讲，我们在业余条件下，唯一可以做的就是
高增益天线。
  
高增益又必然是高方向性的，这又要求是天线阵，就是天线组合。
有了天线组合，就必然要有控制和管理部分。这就是自动天线。
自动天线，就是现在无线电通讯中一个主要的工作量了。

myddn

唉,基础知识都快忘光了,我先找本无线电的书看看

笔涛

又想到大学里学的电磁场了。巨难！

great_yeye

请教：
  
经常在广告中看到“天线增益5dB”，应该如何理解？

汉唐

QUOTE:

great_yeye wrote:
请教：
  
经常在广告中看到“天线增益5dB”，应该如何理解？

  
就是和一个理想的全向天线(定义为0增益)相比,有5分贝的增益.

htpjun

怎么图都无法看到呀？

czx123456

学习了解

freebeing

做不出来的，尺寸精度要求太高了

拿着菜刀来上网

顶帖没有这么顶的呀  这哪一年的帖子了呀

nirvanahh

掘fen！

xn1893

电磁场与电磁波 天书…

victorchenzj

公式？？什么公式啊？

yln0813

谢谢楼主分享

35520100

看不到啊。。。。。。

lzlml168

天哪，03年的帖子！