Калькулятор спиральной антенны

Спиральная антенна в режиме осевого излучения излучает вдоль своей оси с круговой поляризацией. Её применяют для Wi-Fi 2,4 ГГц, спутниковой связи и в радиолюбительской практике.

Подготовьте рабочую частоту в мегагерцах из паспорта оборудования (2,4 ГГц - это 2400 МГц), выберите число витков и угол подъёма витка. Оптимальный угол - 12-14 градусов, по умолчанию стоит 12,5 градусов. Чем больше витков, тем выше усиление и уже луч, но длиннее антенна.

По результату изготавливают спираль заданного диаметра с заданным шагом; общая длина спирали равна числу витков, умноженному на шаг. Рефлектор должен быть не меньше указанного минимального размера (0,8 длины волны).

Типичные ошибки: частота в гигагерцах вместо мегагерц (2,4 вместо 2400) - все размеры получатся в тысячу раз больше; угол подъёма в радианах вместо градусов.

Усиление - оценка по формуле Крауса, которая для длинных спиралей завышает реальное значение на 2-4 дБ. Используйте его для сравнения вариантов, а не как гарантированную характеристику.

Используются приближённые формулы Крауса для режима осевого излучения при длине витка, равной длине волны (Краус Дж. Д., Мархефка Р. Дж. "Антенны для всех применений", глава "Спиральные антенны"); минимальный размер рефлектора - по справочнику по антеннам Американской радиорелейной лиги.

длина волны = 299 792,458 / Частота
Диаметр = длина волны / пи
Шаг = длина волны * tg альфа
Длина спирали = Число витков * Шаг
Рефлектор = 0,8 * длина волны
Усиление = 10 * lg(15 * Число витков * Шаг / длина волны)
Ширина луча = 52 / корень(Число витков * Шаг / длина волны)

Частота - в МГц; длина волны - длина волны, мм; Диаметр - диаметр спирали, мм (длина витка пи * Диаметр равна длина волны); альфа - угол подъёма витка, градусы; Шаг - шаг витка, мм; Число витков - в штуках; Длина спирали - в мм; Усиление - в дБи; Ширина луча - ширина луча по половинной мощности, градусы. Общие формулы Крауса: Усиление примерно 15 * (Длина витка / длина волны)^2 * Число витков * Шаг / длина волны и Ширина луча примерно 52 градусов / ((Длина витка / длина волны) * корень(Число витков * Шаг / длина волны)); при длине витка, равной длина волны, множитель Длина витка / длина волны равен 1.

Режим осевого излучения существует при длине витка 0,75-1,33 длина волны, оптимум - около длина волны; угол подъёма - 12-14 градусов.

Округление: длина волны, диаметр и шаг - до 0,1 мм, длина спирали и рефлектор - до 1 мм, усиление - до 0,1 дБи, ширина луча - до 0,1 градусов.

Ограничения: формула усиления Крауса для длинных спиралей завышает реальное усиление на 2-4 дБ - это оценка, а не гарантия. При нулевой частоте расчёт невозможен.

Пример: 2400 МГц, 10 витков, угол 12,5 градусов.

длина волны = 299 792,458 / 2400 примерно 124,9 мм; Диаметр примерно 39,8 мм
Шаг = 124,9 * tg 12,5 градусов примерно 27,7 мм; длина примерно 277 мм
Усиление = 10 * lg(15 * 10 * 0,2217) примерно 15,2 дБи
Ширина луча примерно 34,9 градусов; рефлектор примерно 100 мм