ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ
Цель работы и исходные данные 
Цель работы – рассчитать спиральную антенну, используя приведённые ниже в таблице данные 
Параметр 	Значение параметра 	
Рабочая частота 	800 МГц 	
Коэффициент усиления 	30 	
Режим передающий 	- 	
Уровень боковых лепестков 	-15 дБ 	
Мощность передачи 	
в импульсном режиме 	10 кВт 	
при скважности 	100 кВт 	

Основные характеристики спиральных антенн 
Конструктивно спиральные антенны представляют собой металлическую спираль, питаемую коаксиальной линией. Спиральные антенны принадлежат классу антенн бегущей волны и основным режимом работы антенны является режим осевого излучения. Также спиральная антенна формирует диаграмму направленности вдоль оси спирали 
Основные составляющие спиральной антенны: 
1.Спираль из медной трубки 
2.Сплошной экран: В качестве экрана можно применить более дешёвый алюминий; расстояние от первого витка берут . В нашем случае - 2 см 
3.Согласующее устройство: для согласования надо применить согласующее устройство СВЧ так как входное сопротивление фидера 50 или 75 Ом, а сопротивление спирали 140 Ом; к тому же сопротивление спиральной антенны практически активное и для согласования можно применить конусообразный переход из коаксиальных линий передачи 
D 1 d 1 d 2 D 2 

  
4.Питающий фидер 
5.Диэлектрический каркас: в качестве каркаса часто применяется твёрдый пенопласт. При этом расчетные соотношения останутся неизменными т.к. диэлектрическая проницаемость пенопласта практически равна диэлектрической проницаемости воздуха 
Основные моменты расчёта: 
Для облегчения последующих расчётов введём обозначения: 
Условное обозначение 	Расшифровка 	Значение 	
С 	скорость света 	300 (см) 	
F 	рабочая частота 	800 (см) 	
L (С/F ) 	рабочая длина волны в свободном пространстве 	36.5 (см) 	
D 	диаметр витка спирали (см) 	- 	
Примечание : если длина витка спирали лежит в пределах от 0.75 до 3l то излучение С.А. максимально вдоль оси спирали. Это основной режим работы С.А 
Расчётные соотношения цилиндрической спирали 
Условное обозначение 	Расшифровка 	
n 	число витков спиральной антенны 	
a 	угол подъёма витка 	
R 	радиус спирали 	
S 	шаг витка спиральной антенны 	
L 	длина витка спирали 	
  
.Развёртка витка спиральной антенны 

S L 

a 
2 P R 
Основные соотношения следуют из рисунка: 
1.	L =(2 P R)+S 
2.	Sin a =S/L 
3.	l=nS 
4.	2 q 0.5 = ( Ширина диаграммы направленности по половинной мощности в градусах) 
5.	D 0 =15 n 
(Коэффициент направленного действия) 
(Входное сопротивление (Ом)) 
Расчёт цилиндрической спиральной антенны 
Наиболее характерен режим спиральной антенны устанавливается при следующих условиях: 
(См) 
= , потому что 
К.П.Д в этом случае близок 100 % , так как площадь сечения спиральной антенны достаточно велика: 
См 
Шаг спирали для получения круговой поляризации 
См 
Число витков спирали 
(при округлении получаем витков) 
Радиус спирали: 
См 
  
    Ширина диаграммы направленности: 

Диаметр диска экрана принимается равным (0.9 1.1) . В нашем случае диаметр диска экрана См 
Диаметр провода спирали берется порядка (0.03 0.05) В нашем случае - См 
Кроме того, в существующих условиях лучше взять медную трубку близкого диаметра т.к. токи высокой частоты текут лишь по поверхности металла 
Входное сопротивление требует согласующего устройства к линии 75 ом 
Угол подъёма спирали из 

Коаксиальный трансформатор волновых сопротивлений передающего тракта 
Если длину конусной части ( ) взять равной (в нашем случае см) этот переход работает как четвертьволновый трансформатор для согласования линии с разным волновым сопротивлением (75 Ом и 140 Ом) 
Волновое сопротивление конусной части линии, должно быть: 

1.	-волновое сопротивление конусной части перехода 
2.	-волновое сопротивление подводящего фидера 75 Ом 
3.	-волновое сопротивление спиральной антенны 
4.	
Ом 
По известному волновому сопротивлению определяем отношение диаметров элементов коаксиального тракта: 
lg ( Ом ) 
•	Для коаксиального устройства с воздушным заполнением и Ом отношение : 
•	Для Ом и для Ом: 
  
Выбрав, в качестве подводящего мощность фидера РК-9-13 по допустимой предварительной мощности имеем: диаметр центральной жилы 1.35 мм. Отсюда определяем все размеры коаксиального трансформатора: 
мм 
мм 
выберем равным мм., тогда мм 
В качестве основания спирали можно применить твердый пенопласт. Он не изменит электрических параметров антенны, т.к. по своим электрическим параметрам пенопласт близок к воздуху. При мощности передатчика 10 кВт и скважности 100 средняя площадь излучения примерно 100 Вт, при КСВ антенны лучше 1.35 отражённая мощность не более 5%, т.е. не более 5 Вт. Можно считать, что эта мощность и тепло рассеивается на спирали 
Уровень боковых лепестков 
Наряду с шириной луча очень важным параметром является уровень боковых лепестков, который можно определить через К.Н.Д. по формуле 
где - это “эффективный уровень боковых лепестков” 
или дБ 
Для уменьшения уровня боковых лепестков следует увеличить размер рефлектора и сделать его форму более сложной 
Эскиз рефлектора для уменьшения уровня боковых лепестков 
  
40 см 

20 см 
Рефлектор следует делать из листа толщиной не менее 3 мм, т.к. он является несущим для фидера спирали и какого-либо опорно-поворотного устройства 
Диаграмма такой антенны достаточно широка ( > ),так что особой точности наведения она не требует. Антенна достаточно проста в изготовлении и надежна в эксплуатации 
  
Приложение 
Спиральная антенна 

  

Диаграмма направленности 

            
  
Список литературы: 
1.Антенно-фидерные устройства СВЧ 
(под общей редакцией Маркова) 
2.Антенны 
(Д.М.Сазонов) 
3.Антенны и устройства СВЧ 
(В.В.Никольский)