螺旋天线的设计

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：