螺旋天线的制作参数

螺旋天线的制作参数

2009-08-01 20:01

我在论坛上混了一段时间了，到目前仍然没有作为，惭愧呀，由于兴趣所在，我找了天线原理书籍，其中介绍的螺旋天线有明确的参数和方法，这里我就把书中的内容简单转述一下吧。（高手就绕过吧）

首先了解一些基础部分：

1、我们的WLAN所使用的2.4GHz电磁波是行波，即电磁波的电场和磁场两者都与电波的传播方向相垂直。

2、我们的天线主要是利用电磁波中的电场分量来负载信息的

正题：螺旋天线的制作参数

我们制作螺旋天线是将铜丝绕着圆管一圈圈斜向上绕，角度绕过360度时算作是一圈，绕这一圈所使用的一匝铜线长度记为L，把上下相邻两圈的间距记作S，铜线形成的螺圈的实际半径记为R（就是PVC管的半径+铜线的横切面半径)，用这个半径R算出来的圆周长记为O.（有些符合不知如何输入，我只好用文字，锻炼大家的理解和想象能力了）

L: 螺线旋转一圈的长度，；

S:上下相邻两个螺圈的距离

R: 螺圈的半径（PVC管的半径+铜线的横切面半径）

O：螺圈的周长（用R算出来的那个），

对于波长和L长度的关系：（下面指的是比值）

L/波长<0.5 ------------------------L小于0.5个波长，天线将工作于法向辐射模式

L/波长=(0.8到1.3)-----------------L居于0.8个波长到1.3个波长之间，轴向辐射模式（我们需要的）

L/波长>1.3 -----------------------L大于1.3个波长，圆锥辐射模式

我们要的是轴向辐射模式

L对应的是工作波长，对于行波L可以取值范围是0.8～1.3个波长，我们最好就直接用一个波长，即12.6CM 算了

L 、S、O 三者的关系：L的平方=S的平方+O的平方

L>S ; L>O

S和O关系不定

我们确定好L 长度之后，S 和O 是可以方便自定义的，这样我们可以去方便利用用不同口径的PVC管了

理论是这样说的，我还没有亲自去试验呢...

完整结构形象概样：1铜线绕在圆管上作为天线部分，圈数多点好； 2 反射金属板（约一个波长直径的圆，形状其实无关，主要看面积） 3 这两者不相接，相互距离尽量小些即可

接线方式：

将馈线接在铜线的一段，屏蔽层接反射板

补充说明：

1铜线绕多少圈及相应效果本书没有数据可查，我想至少要10多圈吧，可能是越多越好吧

2通过L 、S、O 三者的关系，我们可以利用上多种口径的PVC管，而不用拘泥了老外给出的数据了。这里L=12.6cm是固定的啦它就是2.45Ghz电波的波长，O约等于PVC管的周长（不是直径D呀，注意了,O=3.14*D），具体来说就是只要水管的直径D小4.01cm的原则上都是可以利用的。

3由于我没有条件去实践，所以不知到效果会是怎样，据某网页的计算软件来看，15圈左右就有25dB的增益，具体的我也不知道，还有赖于各位做一回排头兵，试一试并发布一下效果图，共同提高大家的水平！

具体操作：

制作并不复杂，其实L 、S 、O 三者构成的是直角三角形，如下图，大家只要事先将实际尺寸的图线画在一张纸上面，然后贴在PVC管上面绕线的具体位置就一目了然了。看下图就会明白的了，很简单的！

将图纸贴在PVC管上之后沿着对角线(L)绕铜丝就行了，不是很方便吗...

绕线位置图.jpg (31.97 KB)

相关公式.jpg (22.23 KB)

相关公式（更正：天线的方向系数）借图说明螺旋天线01.jpg (144.43 KB)

借图说明螺旋天线02.JPG (34.07 KB)

袖珍通讯机用天线的设计和制作

曹志宇

袖珍通讯机由于体积小，重量轻，使用方便等优点而被广泛应用于社会各部门，这种机器现在广泛应用一种螺旋天线，一般成品螺旋天线都用导电性能良好的金属线绕成并密封好。其工作原理下：

图1 所示一般天线结构示意图。D是螺旋天线直径，L是螺旋天线长度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋线上相对应两点。

一般可以认为，电磁波沿金属螺旋线以光速C作匀速运动。

从Ⅰ点到Ⅱ点即进行一个螺旋，所需时间为

t = πD/C

而对螺旋天线而言，其轴向电磁波只运动行进了一个螺距ρ，其轴向等效速率

υ=ρ/t=ρ/C(πD)

这种关系也可用图2形式解释。由图2可知：

υ=Csinθ=Cρ/（πD）≤C

由上式可以看出，υ总是小于等于C的。故螺旋天线能使电磁波运动速度减慢，是一个慢波系统，其等效波长λ等效小于工作波长λ。对于螺旋天线而言，应谐振于其1/4等效波长，因而能缩短螺旋天线的几何长度。

对于工作于一定中心频率的通讯机来说，其所需绕的线圈数N可以由下式近似算出：

螺距：υ=L/N

所需金属线长度：ι=NπD

对于一般通讯机可取

L=20~40cm

D=10~20mm

下表是对一些常用频率螺旋天线的设计实例，其他频率也可类似设计。

f是工作中心频率；

D是螺旋天线直径；

L是螺旋天线长度；

N是螺旋圈数；

ι是所需金属线长度。

以上N、ρ为了实际制作需要均取近似值。

制作时可用直径0.5~1.5mm漆包线或镀银铜线或铝线在直径为D的有机玻璃或其他绝缘材料上绕制，并在棒的两头打上小孔，以利于固定金属线；在棒的底端焊上较粗的金属杆或插头固定在棒上，以利于与机器连接；整个螺旋天线的外面可用橡胶管或其他材料套封，并在顶端盖上橡皮帽或用其他材料密封，这样既美观大方，又防雨防蚀，经久耐用。如果没有上述金属丝，也可采用多股细绝缘导线代替，效果相同，只是绕制时固定较为困难。

以上螺旋天线也可用于各种小型遥控设备及其他类似机器上。

为了比较慢波天线与常规拉杆天线的不同，说明慢波天线尺寸较小的优点，我们可对拉杆天线作一计算。

设定参数如下：

频率f=27MHZ

波速c=3×108M（注：108应为10的8次方）

天线应谐振于1/4工作波长，则按公式可计算拉杆天线的长度：

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

按照上面的表格，可知如果使用螺旋天线，中心频率为27MHZ的慢波天线，其外观长度仅40cm，尺寸约仅为拉杆天线的七分之一。

李樾于二000九年二月

附图：

附表：