Об антенне «Длинный провод» (Long Wire) или «верёвка»

Радиолюбители частенько, по разным причинам, используют, в качестве передающей, антенну «длинный провод». Такое её название означает, что длина провода больше, чем длина рабочей волны, и, следовательно, антенна возбуждается на гармониках её собственной длины волны. О свойствах и конструктивных особенностях антенны в виде длинного провода далее. 

Сооружение антенны в виде длинного провода достаточно просто и не требует больших затрат, но сама антенна занимает много места, так как пропорционально её длине увеличивается и её эффективность. При соответствующем подборе размеров антенны и фидера антенна может служить в качестве коротковолновой широкодиапазонной антенны.

Необходимая длина антенны в виде длинного провода определяется по формуле

где l — искомая длина, м;

n — число полуволн рабочей волны;

f — рабочая частота, МГц.

Из диаграммы направленности полуволнового вибратора (рис. 1-9) видно, что максимум излучения направлен перпендикулярно оси антенны.

Рис. 1-9. Диаграмма направленности полуволнового вибратора в горизонтальной плоскости.

С увеличением длины антенны направление основного лепестка диаграммы направленности все больше и больше приближается к оси антенны. Одновременно увеличивается и интенсивность излучения в направлении основного лепестка. На рис. 2-1 изображены диаграммы направленности антенн, имеющих различную длину.

Рис. 2-1. Диаграммы направленности антенн в виде длинного проводника различной длинны.

Заметно, что с увеличением длины антенн появляются боковые лепестки.

Полученная многолепестковость диаграммы направленности не является существенным недостатком таких антенн (длинный провод), так как они всё-таки сохраняют удовлетворительную круговую диаграмму направленности, дающую возможность устанавливать связь почти в любых направлениях. Да и в направлении основного излучения достигается заметное усиление, увеличивающееся вместе с увеличением длины антенны.

Характерной чертой таких антенн, особенно полезной для DX связей, является то, что они имеют небольшие вертикальные углы излучения. На рис. 2-2 приведён график, по которому можно разобраться с теоретическим усилением антенны в децибелах (кривая I), увидеть угол между направлением основного излучения и плоскостью подвеса антенны (кривая III), а также сопротивление излучения антенны, отнесённое к току в пучности (кривая II).

Рис. 2-2. Коэффициент усиления, сопротивление излучения и направление максимума основного лепестка диаграммы направленности антенны в виде длинного проводника в зависимости от длины вибратора.

Пример:

Необходимо рассчитать и изготовить антенну для любительского диапазона 20 м. Конкретные местные условия позволят подвесить провод длиной 85 метров в направлении восток — запад.

Нужно определить:

а) необходимую длину провода для 4λ антенны;

б) ожидаемое усиление антенны в направлении максимума основного лепестка;

в) сопротивление излучения и направление максимума основного лепестка.

Длина провода определяется по формуле:

Так как на 4λ антенне может разместиться 8 полуволн, то n = 8. Средняя частота 20-м диапазона 14,1 Мгц.

Таким образом, длина провода составляет 84,57 м.

Из рис. 2-2 находим, что при длине антенны 4λ (точка пересечений с кривой I) следует ожидать усиления антенны в направлении максимума основного лепестка около 3 дб.

Сопротивление излучения при этом 130 ом (кривая II), а угол между направлением основного лепестка диаграммы направленности и плоскостью подвеса антенны (кривая III) равен 26°.

Рис. 2-3. Горизонтальная диаграмма направленности антенны в виде прямого проводника длиной 2λ при симметричном и несимметричном питании.

В связи с тем, что антенна подвешена в направлении восток — запад, и это соответствует 270°, то, как видно из рассмотрения на рис. 2-1, основные максимумы диаграммы направленности имеют следующие направления:

270 + 26 = 296°,

270 — 26 = 244°,

90 + 26= 116°,

90 — 26 = 64°.

Определив направления основного излучения, можно по карте мира в конической равноугольной проекции найти те районы, с которыми может быть достигнута наиболее устойчивая связь при использовании рассмотренной здесь антенны.

Диаграммы направленности (рис. 2-1) представляют собой идеализированные теоретические диаграммы и на практике всегда претерпевают некоторые изменения. Например, заметная деформация диаграммы направленности имеет место, когда вибратор возбуждается на одном из его концов, т. е. питание антенны несимметричное. Для наглядности на рис. 2-3 приведена диаграмма направленности 2λ антенны в виде длинного провода в горизонтальной плоскости при симметричном и несимметричном питании. При возбуждении антенны на одном из ее концов (диаграмма изображена штриховой линией) диаграмма направленности также становится несимметричной, причем максимум излучения перемещается в направлении открытого конца антенны, а лепестки излучения, находящиеся в направлении конца антенны, с которого производится возбуждение антенны, ослабляются.

Подобная деформация диаграммы направленности возникает во всех антеннах с несимметричным питанием. Следовательно, антенна в виде длинного провода дает основное излучение в направлении открытого конца. Дальнейшая деформация диаграммы направленности происходит в случае, если антенна либо наклонена по отношению к земле, либо расположена над наклонным участком. Если открытый конец антенны наклонен или же антенна подвешена над наклонной поверхностью (рис. 2-4), то в направлении, указанном на рисунке стрелкой, в любительских коротковолновых диапазонах могут быть установлены дальние связи.

Рис. 2-4. Вибратор, расположенный наклонно, и вибратор в виде длинного провода, расположенный над наклонной поверхностью земли.

При установлении связей на больших расстояниях особенное значение имеет направление основного лепестка диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости. Как уже упоминалось, для дальних связей особенно благоприятным является «плоское» излучение, т. е. небольшие вертикальные углы излучения. В частности, для каждого из любительских диапазонов наиболее благоприятные средние углы вертикального излучения составляют: 80-м диапазон — 60°; 40-м — 30°; 20-м — 15°; 15-м — 12° и 10-м — 9°.

Антенны в виде длинного провода имеют пологие углы вертикального излучения в случае большой высоты подвеса провода. Например, при высоте подвеса, равной 2λ, вертикальный угол излучения составляет 10°, а при высоте 0,5λ — около 35°. При меньших высотах подвеса антенны уменьшение вертикального угла излучения и, следовательно, увеличение возможности дальних связей может быть достигнуто, как уже отмечалось выше, за счёт наклона вибратора.

Рис. 2-5. L-образная антенна.

Использование антенны «длинный провод» в качестве многодиапазонной
Самая простая из антенн коротковолнового диапазона L-образная антенна. По своему внешнему виду она мало чем отличается от радиовещательных антенн средневолнового диапазона (рис. 2-5). Её общая длина l (до антенного зажима подсоединяемого устройства) должна составлять по меньшей мере λ/2. Эту антенну можно использовать как многодиапазонную, если она рассчитана как полуволновая антенна для диапазона 80 м. В этом случае антенна представляет собой для диапазона 40 м 1λ антенну, для 20 м — 2λ антенну, для 15 м — 3λ антенну и для 10-м диапазона — 4λ антенну.

К сожалению, сказанное выше не совсем верно, когда по формуле:

определяется длина полуволновой антенны для f = 3 500 кГц, то имеем:

Однако, полуволновая антенна для частоты 7 МГц, по той же формуле, должна иметь длину:

Таким образом, полуволновая антенна короче требуемого значения более чем на 1 м.

Из приводимого ниже сравнения видно, что полуволновая антенна, рассчитанная для 3 500 кГц, в случае использования её на высших гармониках расчётной частоты, соответствующих любительским диапазонам, в каждом случае короче необходимого значения.

                                                                                                                                        Таблица 2-1
Резонансная частота Длина антенны, м
3 500 (0,5λ) 40,71
7 000 (1,0λ) 41,78
14 000 (2,0λ) 42,32
21 000 (3,0λ) 42,50
28 000 (4,0λ) 42,60

 

Таким образом, когда нормальная L-антенна используется в качестве многодиапазонной, то следует учитывать, что она может быть точно рассчитанной только для одного диапазона, а в остальных диапазонах полное согласование получено быть не может.

На практике длина антенны, равная 42,2 м, является достаточно хорошим компромиссным решением, так как в этом случае резонансная частота антенны расположена в пределах диапазонов 10, 15 и 20 м (f соответственно равна 14 040 кГц, 21 140 кГц, 28 230 кГц), а для диапазона 40 и 80 м такая антенна имеет длину, большую необходимой. Применение рассмотренной антенны в качестве вседиапазонной антенны, конечно, следует понимать, как вспомогательное решение.

Рис. 2-6. Непосредственная связь L-образной антенны с контуром оконечного каскада передатчика.Рис. 2-7. Связь L-образной антенны с контуром оконечного каскада передатчика через П-образный фильтр.

Это связано с тем, что в густонаселенных районах вследствие того, что L-образная антенна излучает по всей своей длине, включая подводящий фидер, могут возникнуть сильные помехи радиовещательным и др. приёмникам. Часто предлагаемый способ связи антенны с колебательным контуром оконечного каскада через высоковольтный конденсатор (рис. 2-6) может в лучшем случае уменьшить излучение высших гармоник только у станций небольшой мощности.

В этом смысле целесообразно использовать связь L-образной антенны с колебательным контуром оконечного каскада передатчика через П-контур. С использованием П-контура можно добиться точного резонанса во всех диапазонах, а также подавить паразитные высшие гармоники (рис. 2-7). Такая L-образная антенна с П-образным контуром очень распространена и даёт хорошие результаты при условии, что 80% её общей длины подвешены, как можно выше и дальше от окружающих предметов.

73!