Antenă monopol: proiectare, funcționare, tipuri și aplicații

Un pionier al radioului pe nume „Guglielmo Marconi” a inventat o antenă monopol în 1895 și a brevetat în anul 1896 în timpul primelor sale experimente istorice în comunicarea radio. Deci, această antenă este cunoscută și sub numele de antenă Marconi. Aceasta este jumătate din a antenă dipol dispuse deasupra unui plan de masă conductor. Deci, antena monopolă cu un sfert de undă este cel mai comun tip în care această antenă are aproximativ 1/4 din lungimea de undă a undelor radio. Aceste antene sunt utilizate în rețelele de internet și comunicațiile mobile. Deci, acest articol discută o prezentare generală a unui antenă monopol – lucrul cu aplicații.

Definiția antenei monopolului

Un tip de antenă radio care include un conductor în formă de tijă dreaptă care este montat perpendicular deasupra unui plan de masă este cunoscut sub numele de antenă monopol. Această antenă este o antenă simplă și cu un singur fir, utilizată în principal atât pentru transmiterea, cât și pentru recepția de semnale, atât de utilizată pe scară largă în sistemele de comunicații fără fir.

Într-o antenă monopol, tija conductorului funcționează ca un rezonator deschis în principal pentru unde radio și oscilează prin undele de tensiune și curent staționare pe lungimea sa. Lungimea antenei este pur și simplu determinată în funcție de lungimea de undă radio dorită. Gama de frecvență a antenei monopol este de la 1,7-2 GHz, cu un câștig mediu de 3,7 dBi.

Design antene monopol

O antenă monopol este ½ (jumătate) dintr-o antenă dipol care este aproape montată deasupra unui tip de plan de masă. Deci, această antenă este montată pe un plan de masă infinit cu o lungime „L”, așa cum se arată mai jos. Prin teoria imaginii, câmpurile de pe planul de masă pot fi găsite prin antenă în spațiul liber, care este prezentat în a doua diagramă. Aceasta este doar o antenă dipol cu ​​lungimea de două ori L (lungimea) a antenei monopol.

În prima figură, câmpurile de pe planul solului sunt egale cu câmpurile. Câmpurile antenei monopol sub planul de masă din această cifră sunt zero. Directivitatea antenei monopol este legată direct de antena dipol. Dacă directivitatea unei antene dipol cu ​​lungimea 2L este D1, atunci directivitatea antenei monopol cu ​​lungimea „L” va avea D1+3, ceea ce înseamnă că directivitatea antenei monopol este dublă față de directivitatea antenei dipol. Motivul principal pentru aceasta este doar pentru că nu are loc nicio radiație sub planul solului; astfel, antena este eficient dublată ca „directivă”.

Principiul de funcționare al antenei monopol

Principiul de funcționare al antenei monopol este: atunci când puterea este alimentată către un monopol, atunci aceasta este radiată în mod similar în toate direcțiile verticale față de lungimea antenei deasupra planului de masă pe care este montată. Modelul de radiație al acestei antene este omnidirecțională, deci radiază cu o putere echivalentă în toate direcțiile în unghi drept față de antenă. Puterea radiată de la antenă se modifică odată cu unghiul de elevație prin radiația care scade la zero la vârful pe axa antenei.

Modelul de radiație al antenei Monopol

Modelul de radiație este reprezentarea frontului de undă al emisiei sau recepției antenei pentru a specifica puterea acesteia, astfel încât să se poată recunoaște cu ușurință funcția și directivitatea antenei.

Când puterea este emisă de la antenă, atunci aceasta are un efect asupra regiunilor de câmp îndepărtat și apropiat. Modelul de radiație poate fi reprezentat grafic ca poziție unghiulară și funcție de distanță radială de la orice antenă. Modelul de radiație al antenei monopol este prezentat mai jos.

Modelul de radiație al antenei monopol este omnidirecțional, astfel încât emite putere egală în toate direcțiile care sunt verticale față de antena monopol. Puterea radiată a antenei se modifică odată cu unghiul de înălțime de către radiația cădere la zero la vârful pe axa antenei. Radiază vertical unde radio polarizate.

În diagrama de mai sus, modelele de radiație verticale ale trei grafice de antene monopol cu ​​lungimi diferite sunt montate deasupra unui pământ complet conductor.

Distanța radială a liniei de la sursă la orice unghi de elevație este pur și simplu proporțională cu densitatea de putere radiată la acea altitudine. Axa radială este ajustată în densitatea de putere care este relativ la un sfert de undă monopol și decibeli-izotrop. Deci, unda monopol de un sfert de undă de culoare albastră de 0,25 λ are un model egal cu jumătatea superioară a unui model de antenă dipol. Monopolul semiundă de culoare verde de 0,5λ radiază mai multă putere în direcțiile orizontale. Cea mai mare radiație orizontală a antenei monopol poate fi obținută pur și simplu la o lungime a undei de culoare roșie cu 0,625λ.

Modelul de radiație la lungimi de jumătate de undă de peste 0,5λ se separă în doi lobi printr-un al doilea lob conic care este îndreptat spre cer. Cel mai mare la 0,625λ apare deoarece, la unghiuri înalte, radiația de fază inversă a celor doi lobi anulează comprimarea mai multă putere în lobul vertical.

Tipuri de antenă monopol

Există diferite tipuri de antene monopol, cum ar fi un bici, elicoidal, sârmă aleatorie de cauciuc, umbrelă, radiator de catarg, antenă L inversată, antenă T, plan de masă, unipol pliat și F inversat, care sunt discutate mai jos.

Antena bici

O antenă bici este un tip de antenă monopol și este foarte flexibilă, astfel încât să nu se spargă pur și simplu. Numele acestei antene a fost derivat din mișcarea de bici care se manifestă odată deranjată. Această antenă include pur și simplu o tijă sau un fir flexibil drept, iar partea inferioară a acestei antene este pur și simplu conectată la transmițătorul sau receptorul radio.

Pentru radiourile portabile, aceste antene sunt adesea proiectate cu un set de tuburi metalice telescopice interblocate, astfel încât acestea pot fi trase înapoi odată ce nu sunt utilizate. Biciurile mai lungi sunt concepute în principal pentru a fi montate pe vehicule, precum și pe structuri care sunt proiectate cu o tijă flexibilă din fibră de sticlă aproximativ un miez de sârmă și pot avea o lungime de până la 11 m. Lungimea perfectă a acestei antene poate fi determinată prin lungimea de undă a undelor radio.

Acestea sunt cele mai frecvent utilizate antene monopol în benzile radio HF, UHF și VHF. Acestea sunt utilizate pe scară largă pentru radiouri FM, telefoane fără fir, radiouri portabile, dispozitive compatibile Wi-Fi, walkie-talkie și boom box-uri. Acestea sunt conectate la vehicule pentru radiouri auto, precum și la radiouri cu două căi pentru vehicule și avioane.

Antenă elicoidală

O antenă elicoidală include cel puțin unul sau mai mult fire conductoare care sunt înfășurate într-o formă de helix. Când o antenă elicoidală este proiectată cu un fir elicoidal, atunci această antenă este cunoscută ca monofilară, în timp ce antenele proiectate cu minimum 2 sau 4 fire într-o spirală sunt apoi numite cvadrifilare/bifilare. Vă rugăm să consultați acest link pentru a afla mai multe despre - Antenă elicoidală .

Antenă cu fir aleatoriu

O antenă de sârmă aleatorie include un fir lung care este suspendat peste pământ, unde firul este drept sau poate fi înșirat înainte și înapoi între pereți sau copaci doar pentru a scoate suficient fir în aer. Datorită variabilității uriașe a structurii antenei, eficiența se poate schimba de la o remediere la alta.

Antenele cu fir aleatoriu sunt utilizate pe scară largă ca antene de recepție pe benzile de unde scurte, unde medii și unde lungi, iar aceste antene sunt folosite ca antene de transmisie pe aceste benzi în principal pentru stații de transmisie de urgență sau temporare, mici în aer liber și în locuri unde antene mai permanente nu pot. fi montat.

Antenă Ducky din cauciuc

Antena din cauciuc este o antenă monopolă scurtă care funcționează destul de bine ca o antenă bici încărcată de bază. Această antenă include un fir elastic îngust în formă de helix, închis într-o manta de plastic sau cauciuc pentru a proteja antena. Aceste antene sunt utilizate în principal în echipamentele radio portabile la îndemână la frecvențe UHF și VHF.

Aceste antene sunt utilizate în diferite dispozitive radio portabile, cum ar fi walkie-talkie, scanere, transceiver portabile și unde securitatea și robustețea au prioritate față de performanța electromagnetică. Această antenă este foarte flexibilă și adecvată pentru operarea manuală, în special atunci când este purtată pe curea, în comparație cu antenele de tip telescopic rigid.

Radiator de catarg

Un radiator de catarg este un tip de antenă monopol. Acesta este un turn radiant sau un catarg radio care este locul unde structura metalică este alimentată și funcționează ca o antenă. Acesta este utilizat în mod normal pentru antene de transmisie care funcționează la frecvențe joase în benzile MF și LF, în special utilizate pentru stațiile de radiodifuziune AM. Baza acestei antene este în mod normal montată pe un suport neconductiv pentru a o proteja de sol.

Antena umbrela

O antenă umbrelă este o antenă monopol de sârmă care poate fi utilizată ca antene de transmisie sub 1 MHz în benzile LF, MF și în principal VLF la frecvențe suficient de joase încât să fie imposibil sau imposibil să se realizeze o antenă monopol cu ​​un sfert de undă de dimensiune completă. Capătul extern al fiecărui fir radial este înclinat în jos de la vârful antenei și este conectat la o frânghie de susținere printr-un izolator atașat la pământ. Firele radiale vor face din această antenă umbrela uriașă cu un cadru de sârmă.

T-antenă

O antenă T este o antenă radio monopol, cunoscută și sub denumirea de antenă plată sau antenă T. Această antenă include unul sau mai sus, fire orizontale care sunt echilibrate între două catarge radio, altfel clădiri și protejate la capete de acestea. Un fir orizontal este pur și simplu conectat la mijlocul firelor orizontale, atârnă foarte aproape de pământ și este conectat la emițător (sau) receptor. Antenele T sunt utilizate în mod normal în benzile MF, LF, VLF și unde scurte. Aceste antene sunt utilizate pe scară largă ca antene de transmisie, în principal pentru posturile de radio amatori, stațiile de radiodifuziune AM cu unde medii și unde lungi. Pentru ascultarea undelor scurte, aceste antene sunt folosite ca antene de recepție.

Antenă unipol pliată

Acesta este un tip de antenă de radiator catarg monopol utilizată în principal ca antenă de transmisie în banda de undă medie pentru stațiile de radiodifuziune AM. Această antenă include în principal un catarg sau tijă metalică verticală conectată la sistemul său de împământare care include fire îngropate. Catargul este pur și simplu închis de fire verticale care sunt conectate electric la vârful catargului. Aceste fire sunt pur și simplu conectate printr-un inel metalic aproape de baza catargului, iar puterea de alimentare a liniei de alimentare de la transmițător este atașată între inel și pământ. Această antenă este cea mai bună alegere ori de câte ori un post de radio AM împarte un turn cu alte antene, cum ar fi antenele de transmisie FM.

Antenă F inversată

O antenă F inversată este utilizată mai ales la frecvențele de microunde și UHF în cadrul comunicațiilor fără fir. Include o antenă monopol care rulează paralel cu un plan de masă și împământat la un capăt. Această antenă este alimentată dintr-un punct mijlociu de la distanța capătului împământat. Această antenă este mai compactă, permițându-i să emită energie eficient etc. Aceste antene sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele portabile compacte fără fir. Acestea sunt utilizate la intervalele de testare militare în cadrul aplicațiilor de telemetrie.

Antena Monopol Vs Antena Dipol

Diferența dintre antena monopol și antena dipol sunt discutate mai jos.

Avantaje și dezavantaje

The Avantajele antenei monopol includ următoarele.

• Antenele Monopole sunt foarte simplu de construit și de instalat
• Acestea sunt robuste și nu sunt scumpe de făcut.
• Această antenă are o impedanță reactivă destul de mare peste cea mai mare parte a intervalului de frecvență.
• Când această antenă devine mai lungă și pierderile de sol sunt scăzute, atunci eficiența antenei devine mai bună.
• O antenă monopol de tip vertical este utilizată pentru orice frecvență mai mică de 2/3 din lungimea de undă.
• Acestea sunt antene omnidirecționale simple care utilizează mai puțin spațiu în comparație cu o serie de antene cu roți montate una peste alta.
• Aceste antene gestionează comunicațiile pe orice cale, cu excepția verticală deasupra antenei.
• Antenele tip monopol tipărite sunt utilizate pe scară largă datorită multor beneficii, cum ar fi costul redus, profil redus, fabricație simplă, greutate mai mică și combinație cu alte dispozitive active.

The dezavantajele antenei monopol includ următoarele.

• Are radiații slabe în toate direcțiile, deoarece radiază uniform în toate direcțiile.
• Acestea sunt scumpe.
• Reflexiile semnalului pot fi cauzate de obiecte metalice și de pământ, astfel încât puteți obține semnale polarizate atât pe verticală, cât și pe orizontală.
• Constrângerile de design și dimensiune necesare pentru un plan de masă în această antenă sunt adesea restrictive.
• Modelul de radiație al acestei antene depinde în principal de direcția planului de sol.

Aplicații

The utilizări/aplicații ale antenei monopol ae includ următoarele.

• Antenele monopol sunt utilizate în diverse domenii, cum ar fi știința spațială, tehnologia radar, biomedicală, cercetare etc.
• Monopolul este frecvent utilizat ca antenă rezonantă, unde tija acestei antene funcționează ca un rezonator deschis, în special pentru undele radio și fluctuează prin undele staționare de curent și tensiune pe lungimea sa. Deci, lungimile antenei sunt pur și simplu determinate de lungimea de undă preferată a undelor radio.
• Acest tip de antenă este utilizat pe scară largă în sistemele de comunicații fără fir.
• O antenă monopolă cu un model pentagonal cu profil redus este proiectată și utilizată pentru aplicații portabile.
• Această antenă este utilizată pe scară largă în automobile, radiouri AM sau FM portabile etc
• O antenă monopolă foarte eficientă, cu costuri reduse și cu profil redus este utilizată în aplicații cu bandă duală, multi-bandă și UWB (ultra-wideband).

Astfel, aceasta este o privire de ansamblu asupra unei antene monopol – de lucru, tipuri cu aplicații. The caracteristicile antenei monopol depind în principal de planul de masă și geometria radiatorului. Aceste antene sunt utilizate pe scară largă în diferite domenii, cum ar fi știința spațială, tehnologia radarului, sistemele de comunicații fără fir și cercetarea biomedicală, datorită multor beneficii, cum ar fi costuri mai mici, profil redus, ușoare, fabricare ușoară și combinare prin alte dispozitive active. Iată o întrebare pentru tine, ce este o antenă dipol?