Как рассчитать спиральную антенну
Спиральная (винтовая) антенна в осевом режиме (axial-mode helix) — это провод, намотанный в винтовую линию над рефлектором. В отличие от обычных антенн, она излучает узкий луч вдоль своей оси и даёт круговую поляризацию, поэтому её любят для спутниковой связи, приёма сигналов GPS, метеоспутников NOAA (APT), радиолюбительских спутников и любой дальней связи, где важна устойчивость к вращению поляризации.
Расчёт строится вокруг длины волны. Длина волны λ (в миллиметрах) = 300000 ÷ частота в МГц. Осевой режим работает, когда длина окружности одного витка C близка к длине волны: обычно C берут примерно равной λ (рабочий диапазон примерно 0,75·λ…1,3·λ). Отсюда диаметр витка D = C/π = λ/π. Шаг спирали (расстояние между соседними витками вдоль оси) берут около четверти длины окружности: S ≈ 0,25·C, что соответствует углу намотки около 12–14°. Длина провода на один виток равна √(C² + S²), а полная длина провода — это число витков, умноженное на длину одного витка. Длина траверсы (осевая длина антенны) равна числу витков, умноженному на шаг: n·S.
Число витков задаёт пользователь, и именно оно определяет усиление и остроту луча: чем больше витков, тем выше усиление и уже диаграмма, но тем длиннее антенна. На практике делают от 6 до 16 витков. Ориентировочное усиление осевой спирали оценивают по формуле Крауса G ≈ 6,2·(C/λ)²·n·(S/λ) (в разах, затем переводят в дБи). Например, для GPS L1 (1575 МГц) при 8 витках получается около 11 dBi.
Спираль наматывают над рефлектором — металлическим экраном (диском или квадратом) со стороной примерно 0,8·λ…1·λ; иногда рефлектор делают в виде неглубокого стакана. Входное сопротивление осевой спирали составляет около 120–140 Ом, поэтому его согласуют с 50-омным кабелем: четвертьволновым трансформатором из полоски или плавным переходом у точки питания. Направление намотки задаёт правую (RHCP) или левую (LHCP) круговую поляризацию — на приёме и передаче она должна совпадать. Любой расчёт — только стартовая точка: готовую антенну доводят по КСВ и, если есть возможность, по уровню принимаемого сигнала. Если нужна не спираль, а компактная антенна с круговой поляризацией для FPV, рядом есть калькулятор антенны Клевер; для широкополосного приёма — калькулятор логопериодической антенны. Сайт работает как хаб калькуляторов антенн.