袖珍通訊機用螺旋天線的原理,設計與制作 Helical antenna

袖珍通訊機由于體積小，重量輕，使用方便等優點而被廣泛應用于社會各部門，這種機器現在廣泛應用一種螺旋天線，一般成品螺旋天線都用導電性能良好的金屬線繞 成并密封好。其工作原理下：圖1 所示一般天線結構示意圖。D是螺旋天線直徑，L是螺旋天線長度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋線上相對應兩點。

一般可以認為，電磁波沿金屬螺旋線以光速C作勻速運動。 從Ⅰ點到Ⅱ點即進行一個螺旋，所需時間為：

t = πD/C

而對螺旋天線而言，其軸向電磁波只運動行進了一個螺距ρ，其軸向等效速率：

υ=ρ/t =ρ/C (πD)

這種關系也可用圖2形式解釋。由圖2可知：

υ=Csinθ=Cρ/（πD）≤C

由上式可以看出，υ總是小于等于C的。故螺旋天線能使電磁波運動速度減慢，是一個慢波系統，其等效波長λ等效小于工作波長λ。對于螺旋天線而言，應諧振于其1/4等效波長，因而能縮短螺旋天線的幾何長度。

對于工作于一定中心頻率的通訊機來說，其所需繞的線圈數N可以由下式近似算出：

螺距：υ=L/N

所需金屬線長度：ι=NπD

對于一般通訊機可取

L=20~40cm

D=10~20mm

下表是對一些常用頻率螺旋天線的設計實例，其他頻率也可類似設計。

f是工作中心頻率；

D是螺旋天線直徑；

L是螺旋天線長度；

N是螺旋圈數；

ι是所需金屬線長度。

以上N、ρ為了實際制作需要均取近似值。

制作時可用直徑0.5~1.5mm漆包線或鍍銀銅線或鋁線在直徑為D的有機玻璃或其他絕緣材料上繞制，并在棒的兩頭打上小孔，以利于固定金屬線；在棒的底端 焊上較粗的金屬桿或插頭固定在棒上，以利于與機器連接；整個螺旋天線的外面可用橡膠管或其他材料套封，并在頂端蓋上橡皮帽或用其他材料密封，這樣既美觀大 方，又防雨防蝕，經久耐用。如果沒有上述金屬絲，也可采用多股細絕緣導線代替，效果相同，只是繞制時固定較為困難。

以上螺旋天線也可用于各種小型遙控設備及其他類似機器上。

為了比較慢波天線與常規拉桿天線的不同，說明慢波天線尺寸較小的優點，我們可對拉桿天線作一計算。

設定參數如下：

頻率f=27MHZ

波速c=3×108M（注：108應為10的8次方）

天線應諧振于1/4工作波長，則按公式可計算拉桿天線的長度：

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

按照上面的表格，可知如果使用螺旋天線，中心頻率為27MHZ的慢波天線，其外觀長度僅40cm，尺寸約僅為拉桿天線的七分之一。