Спіральна антена з псевдо-рефлектором

При виготовленнi рiзних варiантiв Helical антен натрапив на стару публікацію Майкла AF9Y про експериментальну полегшену спіральну антену, яку він оптимізував для роботи у стеку з метою виявлення Mars Observer. Особливістю цієї антени хвилі, що біжить, було те, що громіздкий відбивач замінюється петльовим рефлектором діаметром, аналогічним спіралі, і є по суті продовженням самої спіралі. При цьому значно знижується не тільки загальна вага антени, але її парусність. А сам петльовий відбивач робить антену короткозамкнутою по постійному струму, обмежуючи також смугу робочих частот. Це позитивний момент певною мірою при роботі на вузьких ділянках...

Використаний метод узгодження відомий як "Impedance matching by pressing the Helical against the reflector" (узгодження притисканням витка до рефлектора). Цей метод часто піддавався безпідставній критиці (мовляв це псує ДС спіральної антени), і антенобудівники вперто використовують канонічний експоненційний трансформатор, часто навіть не розуміючи принципу його роботи. У поодиноких випадках використовується коаксіальний чвертьхвильовий трансформатор, як гнучкий, так і жорсткий:

    

У роботі Influence of Wire-Based Impedance-Matching on Helical Antenna Radiation and Limitations Equivalent Model авторами побудована модель такого узгодження та за допомогою HFSS проведено дослідження ДС антени при його використанні. Було показано, що узгоджуючий провід над площиною рефлектора практично не впливає на діаграму спрямованості і коефіцієнт відображення та ДН спіральної антени можна оптимізувати (налаштувати) незалежно.

    

Як показав експеримент, використання окремого відбивача петльового звужує робочу смугу антени до декількох мегагерц і було вирішено використовувати частину спіралі як псевдовідбивач, паралельно запитуючи саму спіраль. Узгодження ж виконане за класикою притисканням першого робітника витка спіралі до псевдорефлектора. А далі найцікавіше. Периметр оберту псевдорефлектора обраний трохи менше довжини хвилі (або периметра решти всіх працюючих витків далі). І цей вибір не випадковий. Якщо розглянути поведінку імпедансу по довжині довгої лінії в режимі КЗ, то на довжині 1/4 еквівалентно паралельному контуру (тобто з максимальним імпедансом), послідовному півлямбди (тобто з мінімальним імпедансом), далі періодично повтор і на довжині 4/4 . Так ось хитрість у тому, що при трохи менше лямбди характер імпедансу практично ємніснiй, а бiльше лямбди - індуктивний. А перше й треба. Те що ДС має великий заднiй пелюсток це конструктивна особливість, як і відсутність вітрового навантаження. 

Слід зазначити, що така антена замислювалася автором не для міста, а подалі від джерел шуму та місцевих осіб для проведення EME. Тому чекати від неї якихось чудес у міських джунглях не варто.

Зверніть увагу:

1. Використані сумісні метали – алюміній та оцинкована сталь (таблиця сумісності металів та гальванічних пар прикладена нижче)
2. Місця стику потрібно покрити акриловим лаком Plastik 71 (він радіопрозорий до гігагерця)
3. Діаметр спіралі 0.31λ крок спіралі 0.23-0.24λ для режиму осьового випромінювання Діаметр петльового рефлектора дорівнює діаметру спіралі.

Постскриптум

Шановні читачі, якщо мої дописи вас зацікавили – пiдтримайте збiр або ставайте спонсорами Youtube-каналу LaboratoryW з ексклюзивними лайфхаками.

Кориснi матерiали

1. Про фiдер замовте слово...
2. Про тепловий пробiй або допустиму потужнiсть в фiдерi
3. Орієнтовний розрахунок допустимої потужності для рiзних RF-конекторiв
4. Приклад розрахунку втрат у діелектриці
5. Приклад конструктивних елементів підстроювання резонансу для антени в кожусі
6. Приклад розрахунку та вимірювань коефіцієнта вкорочення
7. Визначення коефіцієнту вкорочення за допомогою NanoVNA у режимі TDR
8. Вимiрювання LC на векторнiку LiteVNA
9. Вимiрювання LC на векторнiку NanoVNA
10. Вимiрювання втрат методом S11 на VNA NanoVNA
11. Вимірювання втрат методом S11 та S21 на VNA NanoVNA
12. Запірна лямбда / 4 склянка. Виготовлення та вимірювання імпедансу
13. Напiвхвильовi повторювачi
14. Гнучка коаксіальна лінія 83 Ohm для спіральних антен
15. Виготовлення напівжорсткого коаксіального кабелю імпедансом 70.7 Ohm для чвертьхвильового трансформатора
16. Як правильно тестувати антени
17. Як підключити Hybrid Couplers до Cross-YAGI
18. Щогла для ваших антен. Чи все так просто?
19. Розрахунок спiральних антен та відмінності від антен зі штучною еліптичною поляризацією
20. До питання узгодження спіральних антен
21. Захист спіральних антен від статики
22. Як скласти сигнали спіральних антен з одностороннім намотуванням або антен лiнiйних полярізацiй
23. Суматор двох антен iмпедансом 50 Ohm на 50 Ohm коаксиалах
24. Індуктивності та BIAS дроселi, чи все так просто?
25. Як оцінити підсилення рупорної антени
26. Лайфхак швидкої оцінки ширини діаграми спрямованості антен
27. Як вивести RF-кабель через вікно/двері, якщо не можна свердлити
28. Як виміряти КСХ та АЧХ антени за допомогою HackRF чи RTL SDR чи TinySA Ultra
29. Симетруючi шлейфи з КЗ по DC
30. Notch або смуговий фiльтри
31. На ВЧ особливу увагу придiляйте стрибку iмпеданса на стиках у конекторах
32. Чи все так просто з довжиною штирьових антен
33. Будь-яка земляна петля - антена
34. Рекомендації щодо ЕМС та трасування друкованих плат
35. Rusty bolt effect (PIM). Ефект іржавого болта або пасивні інтермодуляційні завади
36. Меблева фурнітура як джерело перешкод або сплески ЕМІ в газліфтах крісел
37. Чому на польових днях на УКХ найчастіше використовується горизонтальна поляризація?
38. DIY широкосмуговий антенний комутатор до 500 MHz
39. Антени для PEP детекторів дронів. Рекомендації щодо застосування