Добротность спиральной антенны

Важным параметром спиральной антенны является ее добротность. Знание

добротности позволит судить о полосе пропускания, а также сделать выводы о месте размещения укороченной спиральной антенны. Чем выше добротность, тем хуже ее полоса пропускания и тем большее по интенсивности реактивное поле создает антенна во время передачи. Любой предмет в этом реактивном поле, начинает поглощать его энергию. Создается интересная ситуация. Спиральная антенна, имеющая большой коэффициент укорочения и высокую добротность, требует для размещения больше места, чем спиральная антенна, обладающая малым коэффициентом укорочения и низкой добротностью. В противном случае, высокодобротная антенна

начинает просто обогревать окружающие ее предметы. Это легко проверяется следующим образом. Если подключить к передатчику

мощностью выше 50 Вт спиральную антенну с коэффициентом укорочения более 10 (через коаксиальный кабель, на конце которого надеты ферритовые кольца) и попробовать через несколько минут эти кольца на ощупь, они будут теплыми. Но нагревает их реактивное поле антенны, а не поверхностная волна, которая стремится уйти с антенны по оплетке коаксиального кабеля. В этом легко убедиться, разместив эти ферритовые кольца просто рядом с коаксиальным кабелем. Они все равно будут теплыми! Поэтому при конструировании укороченных спиральных антенн необходимо

строго придерживаться следующего правила: если коэффициент удлинения

спиральной антенны К > 5, на конце коаксиального кабеля целесообразно устанавливать высокочастотный дроссель не из ферритовых колец, а в виде 5–20 витков кабеля диаметром 10…20 см.

Были проведены измерения добротности спиральных антенн диапазона

7…28 МГц, выполненных на диэлектрическом каркасе диаметром 1…10 см. Намотка спирали антенн была равномерной. Спиральные антенны, выполненные на каркасе большого диаметра, намотаны проводом диаметром не менее 1 мм, антенны на каркасе 1 см и чуть больше — проводом диаметром не менее 0,5 мм. Добротность определялась по формуле:

где f1 — частота резонанса антенны; f2 — полоса пропускания антенны.

В результате измерений построен график добротности укороченных спиральных антенн, имеющих КУ = 2…10 (рис. 6.10). Для сильно укороченных спиральных антенн с КУ > 10, полученные мной результаты показали, что добротность в значительной мере зависит от диаметра диэлектрического каркаса и частоты, на которой спиральная антенна имеет резонанс. Поэтому для сильно укороченных антенн такого простого графика, который показан на рис. 6.10 получить не удалось.

Семейство этих графиков подходит как для дипольных, так и для несимметричных вертикальных спиральных антенн. Однако, при выполнении несимметричных вертикальных спиральных антенн неожиданностей при определении их добротности будет больше. Это связано с тем, что на добротность антенны в значительной степени влияет состояние «земли» антенны. При размещении вертикальной антенны над хорошо проводящей поверхностью можно ожидать, что ее добротность будет соответствовать указанной на графике рис. 6.10. При размещении вертикальной антенны над поверхностью имеющей значительные потери на высоких частотах

и при использовании при этом совместно с антенной небольшого количества противовесов, экранирующих эту поверхность от реактивного поля антенны, добротность антенны будет ниже указанной на этом графике. Из графиков, показанных на рис. 6.9, 6.10, можно сделать вывод, что наиболее рационально использовать спиральную антенну с 5 < КУ < 8. Антенна, имеющая меньшее значение КУ громоздка в выполнении, а антенна с большим КУ имеет высокую добротность, и, следовательно, узкую полосу пропускания. Кроме того, вокруг этой антенны во время работы на передачу будет существовать значительное реактивное поле. Как отмечалось выше, это приводит к тому, что для установки антенны с высокой добротностью требуется значительное свободное пространство, а для вертикальной спиральной антенны, кроме того, необходимо будет использовать

металлизацию «земли». В противном случае эффективность работы спиральных антенн с большим коэффициентом укорочения значительно снизится.