User:Inzhrui/沙盒3

一种常见的法向模螺旋天线是便携式收音机中使用的“橡皮鸭天线”。一种手持式双向无线电，天线上的橡胶套已拆除。

螺旋结构的加载效应使天线物理尺寸小于其四分之一波长的电长度。例如27 MHz频段的四分之一波长天线需2.7米，不适合实际应用；而螺旋天线在保持相近辐射方向图的前提下，尺寸显著缩小，性能仅轻微降低。

使用螺旋导体而非直导体做天线会导致匹配阻抗从标称50 Ω变为25-35 Ω基准阻抗。当连接馈线电气等效于工作频率的半波长时，不会对标准50 Ω传输线运作产生不利影响。

移动HF螺旋天线

1954年，法向模螺旋UHF电视广播天线

移动HF螺旋天线采用等匝距设计，在单个骨架上缠绕单组或多组线性绕组，通过保留特定间距实现特定谐振频率下电容与电感的有效平衡。自1960年代末起，最早在美国和澳大利亚，该设计广泛应用于27 MHz民用波段无线电。迄今为止，此类“螺旋天线”产量已达数百万，主要面向移动车辆，在1970-1980年代民用波段无线电的热潮中达到量产高峰，并推广至全球。

多频点版本已成为多频段单边带调制（SSB）高频通信的主流，通过手动插接抽头实现HF全频谱（1-30 MHz）覆盖，配备2-6个专用频点抽头，适用于陆地移动、海事和航空波段。现代多频天线已被电子调谐匹配装置取代。结构上通常采用玻纤棒为骨架缠绕铜线，外覆PVC或聚烯烃热缩管形成防水保护层。玻纤棒会被粘合和/或压接到黄铜配件上，并用螺钉安装在固定在车顶、护栏或保险杠支架上的绝缘底座上。车身金属部分提供接地平面形成有效垂直辐射方向图。

截至2018年该设计仍广泛使用，澳大利亚开发的等匝距方案已被广泛采用，成为许多原厂生产的机动车辆的标准调频接收天线，同时应用于售后HF/VHF移动螺旋天线。钢质或铜质辐射单元构成的宽边螺旋结构则常见于便携VHF/UHF电台的"橡胶鸭天线"，多采用BNC/TNC或螺纹连接器。

螺旋广播天线

专用的法向模螺旋天线作为VHF/UHF频段电视广播发射天线，由环绕钢管的螺旋导体构成，通过支架绝缘子固定。辐射单元包含等长的左右旋向双螺旋体，在中心连接。钢管与螺旋体构成漏泄传输线，沿垂直于钢管方向辐射。该天线于底部馈电，与其他法向模天线不同的行波工作模式使电流振幅沿轴向衰减（顶端衰减达40 dB）因此反射不多。单匝长度通常为2倍波长以确保垂直辐射。仅6-7%的带宽特性要求天线划分多个垂直节段，节间设置相位调节环维持全塔相位一致性。

轴向模螺旋天线

端射螺旋卫星通信天线，美国伊利诺伊州斯科特空军基地。卫星通信系统通常使用圆极化无线电波，因为卫星天线可以在空间中以任意角度定向而不会影响传输，轴向模（端射）螺旋天线通常用作地面天线。

当螺旋周长接近工作波长时，天线工作在轴向模。这是一种非谐振的行波模式：电流与电压波不是驻波，沿单一方向传播——发射天线中从馈点向上行进，接收天线中则向馈点下行。该模式不再辐射垂直于轴线的线极化波，而是沿轴线方向辐射圆极化波束。辐射方向图的主瓣位于螺旋轴线两端。因定向天线只需单向辐射，螺旋末端通常加载金属平板或网状反射器以引导波束前向传播。

在无线电传输中，圆极化适用于收发天线相对方位难以控制的场景（如动物追踪、航天通信）或信号极化可能变化的情况，故轴向螺旋天线在此类应用中具有显著优势。鉴于大型螺旋结构制造困难且转向操控笨拙，该设计通常仅用于VHF至微波的高频段。

螺旋结构存在两种旋向：右旋（形如标准瓶塞钻）或左旋。首图四螺旋阵列采用左旋结构，其余图示均为右旋。轴向螺旋的旋向决定辐射波的极化方向。关于圆极化波描述存在两种互斥惯例，导致螺旋旋向与辐射极化类型的关系表述存在歧义。但螺旋天线发明者J.D.克劳斯明确声明："左旋螺旋响应左旋圆极化波，右旋螺旋响应右旋圆极化波（IEEE标准定义）"。 IEEE将极化旋向定义为：

Telstar 1通信卫星上的四轴螺旋定向天线（顶部），1961年

"当观察者沿传播方向观察时，电场矢量顺时针旋转为右旋极化"。

因此右旋螺旋辐射右旋圆极化波（电场矢量顺传播方向呈顺时针旋转）。

螺旋天线可接收任意线极化信号（如水平/垂直极化），但接收圆极化信号时须与发射天线旋向一致：左旋极化天线接收右旋圆极化信号时将产生严重增益损耗，反之亦然。 螺旋尺寸由工作频率的波长（λ）决定，而波长取决于工作频率。为实现轴向模式工作，周长应等于工作波长， 螺距角需设定为13°（对应螺距=0.23倍周长），匝间距约为λ/4。匝数决定天线方向性：增加匝数可提升轴向增益（加装接地板时单端增强），但会牺牲其他方向的辐射强度。当周长C<λ时，天线转入法向模，此时增益方向呈环状侧向辐射而非端射。

轴向模式下的终端阻抗范围在100至200 Ω之间，满足下列近似关系式：

$Z\simeq 140{C \over \lambda }$

用于无线局域网通信的轴模螺旋天线，工作频率约2.45 GHz

其中C为螺旋线的周长，λ为波长。与标准50或75 Ω同轴电缆的阻抗匹配（当C = λ时）通常通过四分之一波长带状线段实现，该带状线段充当螺旋线和接地板之间的阻抗变压器。

最大定向增益满足：

$\mathrm {Gain} \simeq 15({C \over \lambda })^{2}({NS \over \lambda })$

其中N为匝数，S 为匝间距。大多数设计采用C = λ且S = 0.23 C，因此增益通常为G = 3.45 N。以分贝为单位的增益为$G_{dBi}=10\log _{10}(3.45N)$

半功率波束宽度为：

$\mathrm {HPBW} \simeq {5 \over 2}{C \over \lambda }{\sqrt {NS \over \lambda }}\mathrm {degrees}$

零点之间的波束宽度为：

$\mathrm {FNBW} \simeq {115 \over C}{\sqrt {\lambda ^{3} \over NS}}\mathrm {degrees}$

螺旋天线的增益很大程度上取决于反射器。 上述经典公式假设反射器为圆形谐振器（带边框的圆形板），且俯仰角是此类反射器的最佳选择。然而，这些公式会将增益高估几dB。 对于平坦接地平面，可使增益最大化的最佳俯仰角在3至10°范围内，取决于导线半径和天线长度。