РОЗБІЖНІСТЬ ТЕОРІЇ Й ПРАКТИКИ СПІРАЛЬНИХ АНТЕН
DOI:
https://doi.org/10.31498/2522-9990312026359383Ключові слова:
спіральна антена; діаграма спрямованості; КСХ; РЕБ; середовище моделювання; HFSS.Анотація
Предметом статті були одновиткові та тривиткові об'ємні спіральні антени діапазону 3..6 ГГц для радіоелектронної боротьби з безпілотними літальними апаратами. Метою статті було порівняння результатів тривимірного моделювання в середовищі HFSS з результатами вимірювань характеристик спрямованості та узгодження фізичних прототипів, які були виготовлені відповідно до геометрії та матеріалів моделі. Для досягнення мети було розраховано геометрію антен, створено моделі одновиткових та тривиткових спіральних антен у середовищі проектування мікрохвильових пристроїв HFSS та оптимізовано розміри за критерієм максимальної ширини діаграми спрямованості. Було встановлено частотні залежності характеристик спрямованості та узгодження з лінією живлення в середовищі HFSS, а саме: розраховано величини імпедансу, коефіцієнти стоячої хвилі, коефіцієнти посилення та діаграми спрямованості одновиткових та тривиткових спіралей з металевими екранами. Для порівняння результатів розрахунків та експериментів були виготовлені прототипи антен відповідно до розрахункових розмірів та експериментально досліджені шляхом безпосереднього вимірювання їх діаграм спрямованості на частоті 5,25 ГГц та якості узгодження з лінією живлення у вигляді коаксіального кабелю з хвильовим опором 50 Ом. Якість узгодження спіральних антен оцінювалася за значенням коефіцієнтів стоячої хвилі в діапазоні від 3 до 6 ГГц. Порівняння літературних, розрахункових та виміряних характеристик показало досить великі розбіжності, які виявилися досить суттєвими, особливо щодо ширини діаграм спрямованості. Було встановлено, що ступінь розбіжності результатів залежить від кількості витків об'ємної спіралі та зменшується зі збільшенням кількості витків. Розбіжність між моделюванням та експериментом коливалася від 20 % до 50 % у характеристиках збігу та від 34% до 50% у ширині діаграм спрямованості (38° та 50° для одновиткової спіралі в експерименті та моделі відповідно, та 25° та 36° для тривиткової спіралі), причому конвергенція зростала зі збільшенням кількості витків спіралі.
Посилання
Parsche F. The All Polarization Helix Antenna: The Sine Wave Antenna. 2025 IEEE International Workshop on Antenna Technology (iWAT), Cocoa Beach, FL, USA, 2025, pp. 1-4, doi: 10.1109/iWAT64079.2025.10931211.
Parsche F. E. A New Axial Mode Helix Antenna: The Archimedean Screw Antenna. 2023 IEEE Wireless and Microwave Technology Conference (WAMICON), Melbourne, FL, USA, 2023, pp. 109-112, doi: 10.1109/WAMICON57636.2023.10124885.
He J. and Cao Z. A Low-profile and Wideband Normal Mode Helix Antenna with Parasitic Helical Structure. 2023 IEEE 11th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP), Guangzhou, China, 2023, pp. 1-2, doi: 10.1109/APCAP59480.2023.10469786.
Chen Z., Zhang Z., Zhu H. and Hu Z. Circularly Polarized Cross-Helix Antenna With Quasi-Hemispherical 3 dB Axial Ratio Coverage. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 24, no. 10, pp. 3804-3808, Oct. 2025, doi: 10.1109/LAWP.2025.3605606.
Attaran A., Mirhassani M., Aloi D. Internal Helix Antennas: A Practical Solution for Miniaturized UHF Wireless Audio Transmitters. IEEE Transactions on Consumer Electronics. January 2026 PP(99):1-1. doi: 10.1109/TCE.2026.3667826.
Yang X., Xu Y., Dou Y., Zhang M. A Dual-Linearly-Polarized Center-Fed Quadrifilar Helix Antenna Loaded With Reverse Helices. IEEE Access, vol. 13, pp. 132146-132154, 2025, doi: 10.1109/ACCESS.2025.3592776.
Xu Y., Yang X., Dou Y., Zhang M. Compact Helical Antenna With Counter-Wound Structures for 5G-NR Applications. IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, vol. 6, no. 5, pp. 1413-1422, Oct. 2025, doi: 10.1109/OJAP.2025.3583933.
Panusch D., Hubert F., Bachbauer F., Lomakin K., Gold G. Additively Manufactured Helix Antenna for X-Band Applications. 16th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Madrid, Spain, 2022, pp. 1-4, doi: 10.23919/EuCAP53622.2022.9769342.
Panusch D., Shi J., Lomakin K., Gold G. Additively Manufactured Endfire Bifilar Helix Antenna for E-Band. 17th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Florence, Italy, 2023, pp. 1-4, doi: 10.23919/EuCAP57121.2023.10133371.
Ajam M. A., Tawk Y., Costantine J. Single and Dual Helical Polarizers for Millimeter-Wave Horn Antennas. IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, vol. 7, no. 1, pp. 18-25, Feb. 2026, doi: 10.1109/OJAP.2025.3628165.
Sureda M. Design and Testing of a Helix Antenna Deployment System for a 1U CubeSat. IEEE Access, vol. 9, pp. 66103-66114, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3075660.
Meiguni J., Pommerenke D. Theory and Experiment of UWB Archimedean Conformal Spiral Antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2019. 67(10), 6371-6377. Article 8753658. https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2925183
Lira-Valdés T., Rajo-Iglesias E., Pizarro F. 3-D-Printed Spiral Leaky Wave Antenna With Circular Polarization. IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, vol. 4, pp. 427–433, 2023, doi: 10.1109/OJAP.2023.3264739
Shemelya C., Zemba M., Liang M., Yu X., Espalin D., Wicker R., Xin H., MacDonald E. Multi-Layer Archimedean Spiral Antenna Fabricated Using Polymer Extrusion 3D Printing. Microwave and Optical Technology Letters. Jul. 2016, vol. 58, no. 7, pp. 1662–1666, doi: 10.1002/mop.29881
Gupta E, Bonner C, Muhammed F, McParland K, Mirotznik M. Design and fabrication of multi-material broadband electromagnetic absorbers for use in cavity-backed antennas. Heliyon. 2023 Mar 6;9(3):e14164, doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e14164
Ротхаммель К., Кришке А. Антенны: 11-е изд.: пер. с нем.: в 2 т. М.: Данвел, 2007. Т. 2. 416 с.
Helix antenna design and construction details. URL: https://jcoppens.com/ant/helix/calc.en.php (дата звернення: 20.03.2026)
