Термин «длинный провод» используется для любой проводной антенны с концевым питанием, но настоящая антенна с длинным проводом имеет длину в несколько длин волн и излучает вдоль своей оси.
Хотя термин антенна с длинным проводом применяется к любой проводной антенне произвольной длины с конечным питанием, строго этот термин применяется к длинной антенне с точки зрения длины волны. На самом деле определение длинной проволочной антенны — это длина волны большей длины. На самом деле некоторые антенны с длинным проводом имеют длину многих длин волн. С антеннами такой длины диаграмма направленности излучения показывает лепестки, которые больше совпадают с осью антенны по мере увеличения длины волны. В конечном итоге максимальное излучение и чувствительность приема совпадают с осью антенны. В настоящее время эти антенны не получили широкого распространения, потому что они занимают много места и не могут быть легко повернуты. Однако они использовались для некоторых приложений радиосвязи на заре существования радио и в редких случаях могут использоваться сегодня.
Что такое длинная проволочная антенна
Существует множество определений того, что такое антенна с длинным проводом — по сути, это проводная антенна с концевым питанием, имеющая большую длину волны. В некоторых определениях антенна с длинным проводом представляет собой антенну длиной волны или более, но другие определения подразумевают, что антенна должна иметь длину в несколько длин волн. В дополнение к антенне с прямым проводом антенну с длинным проводом можно комбинировать с антеннами различной формы, чтобы увеличить усиление по сравнению с антенной с одним проводом.
Характеристики антенны с длинным проводом
Если проволочная антенна имеет длину в половину длины волны, то она будет работать очень похоже на диполь, главное отличие состоит в том, что она питается с конца. Диаграмма направленности диполя представлена на диаграмме ниже.
Такая же диаграмма направленности проявляется для эквивалентного провода с торцевой подачей, однако по мере увеличения длины провода с концевой подачей по числу длин волн обнаруживается, что диаграмма направленности становится более сложной. Образуется ряд различных лепестков, которые движутся к линии оси провода антенны, выравниваясь с ней по мере увеличения длины.
Можно видеть, что диаграмма направленности этой длинной проволочной антенны сильно отличается от диаграммы направленности полуволновой антенны. По мере увеличения длины антенны основные лепестки все больше совмещаются с осью антенны. Для антенны с очень длинным проводом ее можно рассматривать как так называемую торцевую антенну.
ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ ПОЛОВИННОЙ ДЛИНЫ ВОЛНЫ
| ДОЛЯ | Максимальное излучение | -3 ДБ |
|---|---|---|
| Главный лепесток | 90° | 50° |
| ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ ОДНОВОЛНОВОЙ АНТЕННЫ | ||
| Основные лепестки | 54° | 31° и 72° |
| ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ ТРЕХПОЛУВОЛНОВОЙ АНТЕННЫ | ||
| Основные лепестки | 43° | 31° и 72° |
| Вторичная доля | 90° | 71° |
| ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ ВУХВОЛНОВОЙ АНТЕННЫ | ||
| Основные лепестки | 36° | 24° и 45° |
| Вторичная доля | 75° | 60° и 90° |
Понимание диаграммы направленности антенны с длинным проводом
Причина различий в диаграммах направленности длинных проволочных антенн по мере увеличения длины может быть неочевидной на первый взгляд. Это происходит из-за фаз сигнала на антенне. Они складывают и вычитают под разными углами. Это ток, протекающий внутри антенны, вызывает излучение, и очень просто их можно рассматривать как источники излучения для этого качественного описания. Для антенны с половинной длиной волны схема проста, но по мере увеличения длины появляются дополнительные области максимального тока, и излучение от них будет добавляться и вычитаться под разными углами. По мере увеличения длины длинной проволочной антенны количество источников излучения увеличивается, а диаграмма направленности становится более сложной.
На диаграмме видно, что длина антенны составляет несколько длин волн, как видно из текущего рисунка вверху. Чтобы излучение было усилено, сумма различных источников излучения должна складываться, а для минимума они должны вычитаться. Если взять общую ситуацию, показанную на диаграмме, излучение минимально, когда волновые фронты от источников не совпадают по фазе друг с другом. Это происходит, когда MN — MP = nx λ/2, где n — нечетное целое число.
длина l в длинах волн
γ в радианах
Сигналы усиливаются, когда волновые фронты от разных источников совпадают по фазе, и это происходит, когда MN — MP = nλ, где n — целое число.
Усиление и углы антенн с длинным проводом
По мере того, как длинная проволочная антенна становится длиннее с точки зрения длины волны, основные лепестки все больше падают на одной линии с осью антенного провода. Коэффициент усиления антенны также увеличивается, поскольку лепестки становятся более направленными с увеличением числа длин волн. Несмотря на ярко выраженные основные лепестки, есть также много второстепенных — их становится больше по мере увеличения длины антенны с точки зрения длин волн.
УСИЛЕНИЕ И УГЛЫ ДЛЯ ОСНОВНЫХ ЛЕПЕСТКОВ НА АНТЕННАХ С ДЛИННЫМ ПРОВОДОМ
| ДЛИНА (Λ) | УГОЛ ГЛАВНОГО ЛЕПЕСТКА | УСИЛЕНИЕ (ДБД) |
|---|---|---|
| 1 | 54° | 0,4 |
| 1½ | 42 | 1,0 |
| 2 | 36° | 1,5 |
| 2½ | 33° | 1,8 |
| 3 | 30° | 1,8 |
| 4 | 26° | 3.3 |
| 5 | 22° | 4.2 |
| 6 | 20° | 5,0 |
| 8 | 18° | 6.4 |
| 10 | 16° | 7.4 |
• Усиление основных лепестков измеряется в децибелах по сравнению с диполем, дБд.
• Цифры даны для основных лепестков, как показано на диаграммах выше.
• Помимо основного лепестка, есть еще второстепенные с меньшим коэффициентом усиления.
Использование длинных проволочных антенн
Антенны с длинными проводами с несколькими длинами волн, что отличает их от случайных проводов «длинных проводов», не получили широкого распространения, поскольку они требуют значительного пространства. В наши дни антенны Yagi, как правило, используются даже на ВЧ, где они более эффективны и гибки, поскольку их можно легко вращать. Тем не менее, длинный провод можно использовать на более низких частотах, где создание Yagi практически невозможно. Длинные провода, как правило, использовались на заре беспроводной связи, до того, как были изобретены такие антенны, как Yagi. Даже тогда длинный провод, как правило, группировался в антенны, такие как V-образный луч (не путать с перевернутым V-образным диполем) или ромб и т. д. Эти антенны могут использоваться там, где требуются фиксированные характеристики направленности. Настоящая антенна с длинным проводом с несколькими длинами волн в наши дни широко не используется, хотя на заре беспроводной связи она обеспечивала эффективный способ создания направленной антенны, особенно когда она использовалась как часть V-образной или ромбической антенны.