Trong trường hợp này bước sóng và suy giảm khá nhanh, dạng sóng có tác dụng chủ yếu trong anten sẽ là các sóng bậc cao hơn: , … Trên mỗi vòng xoắn trong trường hợp này sẽ có phân bố nhiều chu kỳ sóng. Do đó tại các điểm đối diện nhau của mỗi vòng dây, dòng điện có thể khác pha đồng thời pha của các điểm kế cận nhau trên hai vòng xoắn cũng có thể khác nhau. Tác dụng tương hỗ của các vòng xoắn trong trường hợp này sẽ làm giảm điện trở bức xạ của mỗi vòng dây, do đó ảnh hưởng đến chế độ sóng chạy trên anten. Kết quả là hướng bức xạ cực đại của anten sẽ lệch khỏi hướng trục xoắn. Thực tế chế độ bức xạ xiên của anten sẽ xảy ra khi độ dài mỗi vòng xoắn > 1,5 λ hoặc λ < 4a.
Hình 1.20 Ba chế độ hoạt động của anten xoắn [1]
Chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn đặc tính bức xạ của anten xoắn ở chế độ bức xạ trục.
Để làm rõ hơn nguyên lý làm việc của anten ta biểu thị anten dưới dạng một hệ bức xạ thẳng gồm các phần tử bức xạ là các vòng xoắn đặt cách nhau với khoảng cách S. Đối với vòng dây thẳng thì điện trường bức xạ chỉ có thành phần và do đó hàm phương hướng của vòng dây phẳng cũng chỉ có thành phần (). Đối với vòng dây xoắn, trường bức xạ trong trường hợp tổng quát gồm hai thành phần là và , do đó hàm phương hướng của vòng dây xoắn cũng có hai thành phần theo tọa độ và .
(1.29) [1]
Hình 1.21 Trường bức xạ anten xoắn trong trường hợp tổng quát [1]
Hàm phương hướng tổ hợp của anten xác định bởi
(1.30) [1]
Trong đó: N – số phần tử của hệ (số vòng xoắn);
S – khoảng cách giữa hai phần tử (bước xoắn);
– góc lệch pha của dòng điện ở hai vòng kề nhau;
– góc hợp bởi hướng khảo sát và trục xoắn.
Biết rằng bức xạ của mỗi vòng dây có cực đại theo hướng trục. Khi ấy, để đảm bảo chế độ bức xạ trục cho toàn thể anten thì trường bức xạ của mỗi vòng dây theo hướng trục cần có pha giống nhau. Muốn vậy, dòng điện trong hai vòng dây kề nhau cần có góc sai pha bằng :
(1.31) [1]
Mặt khác, sai pha dòng điện giữa hai vòng dây phụ thuộc vào vận tốc pha của dòng điện truyền theo dây xoắn:
(1.32) [1]
- bước sóng trong dây dẫn của đường dây xoắn – độ dài của một vòng xoắn
Theo hình 1.13 ta xác định được:
(1.33) [1]
So sánh ta nhận được biểu thức bức xạ trục:
(1.34) [1]
là hệ số sóng chậm của sóng truyền lan theo dây dẫn.
Đối với đường dây xoắn trụ, giá trị của thường nằm trong khoảng 1 ÷ 1,4.
Vì vậy để đảm bảo điều kiện bức xạ trục đối với anten xoắn có bước xoắn 0,150,3 , độ dài của một vòng xoắn cần có giá trị khoản một bước sóng:
Như vậy, điều kiện cực đại của hàm tổ hợp theo hướng trục cũng phù hợp với điều kiện bức xạ cực đại của mỗi vòng xoắn theo hướng trục.
Các thông số của anten xoắn trụ có thể được xác định theo các công thức sau:
Độ rộng của đồ thị phương hướng tính theo góc nửa công suất:
(1.35) [1]
Độ rộng của đồ thị phương hướng theo góc bức xạ không:
(1.36) [1]
Hệ số định hướng của anten:
D (1.37) [1]
Điện trở vào anten:
( (1.38) [1]
Các công thức này được coi là đúng và có thể áp dụng khi số vòng xoắn N >
3, giá trị biến đổi từ (0,75 ÷ 1,3), còn góc nâng của xoắn nằm trong giới hạn ( ). Ở đây có quan hệ với bước xoắn s và chiều dài vòng xoắn theo công thức:
sin= (1.39) [1]
Khi tính toán gằn đúng anten xoắn, ta có thể chọn:
(1.40) [1]
s (1.41) [1]
Dải tần công tác của anten được xác định từ điều kiện:
0,7 (1.42) [1]
Đường kính của tấm chắn kim loại có thể chọn trong khoảng (1÷1,6) L với L là độ dài anten.
Ưu điểm của anten xoắn trụ là thiết kế đơn giản, dải tần rộng. hệ số bao trùm sóng
Nhược điểm của anten xoắn là hướng tính không cao. Với một anten đơn khó có thể thiết lập đồ thị phương hướng có độ rộng nhỏ hơn 2. Để nâng cao hướng tính anten có thế sử dụng hệ thống anten xoắn đồng pha.
Nguyên lý làm việc của anten xoắn trong chế độ bức xạ trục cũng có thể được phân tích theo quan điểm anten sóng mặt, bởi lẽ sóng truyền lan trên anten trong trường hợp này là sóng chậm. Anten xoắn thuộc loại anten không có tâm pha, tuy nhiên có thể coi gần đúng tâm pha anten ở tâm hình học xoắn.