Monopolová anténa: Dizajn, práca, typy a jej aplikácie

Priekopník rádia menom „Guglielmo Marconi“ vynašiel v roku 1895 monopolnú anténu a patentoval si ju v roku 1896 počas svojich prvých historických experimentov v rádiovej komunikácii. Takže táto anténa je známa aj ako Marconiho anténa. Toto je polovica a dipólová anténa usporiadané nad vodivou základnou rovinou. Štvrťvlnová monopólová anténa je teda najbežnejším typom, kde má táto anténa približne 1/4 vlnovej dĺžky rádiových vĺn. Títo antény sa používajú v internetových sieťach a mobilnej komunikácii. Tento článok teda pojednáva o prehľade a monopolná anténa - práca s aplikáciami.

Definícia monopolnej antény

Typ rádiovej antény, ktorý obsahuje priamy tyčový vodič, ktorý je namontovaný kolmo nad základnou rovinou, je známy ako monopólová anténa. Táto anténa je jednoduchá a jednodrôtová anténa, ktorá sa používa hlavne na vysielanie a prijímanie signálov, ktoré sa široko používajú v bezdrôtových komunikačných systémoch.

V monopólovej anténe funguje vodiaca tyč ako otvorený rezonátor hlavne pre rádiové vlny a osciluje stojatými napäťovými a prúdovými vlnami cez svoju dĺžku. Dĺžka antény sa jednoducho určí v závislosti od požadovanej rádiovej vlnovej dĺžky. Frekvenčný rozsah monopolnej antény je od 1,7 do 2 GHz s priemerným ziskom 3,7 dBi.

Dizajn monopólovej antény

Monopolová anténa je ½ (polovica) dipólovej antény, ktorá je takmer namontovaná na vrchu nejakého typu základnej roviny. Takže táto anténa je namontovaná na nekonečnej základnej doske s dĺžkou „L“, ako je znázornené nižšie. Podľa teórie obrazu možno polia na základnej rovine nájsť cez anténu vo voľnom priestore, ktorý je znázornený na druhom diagrame. Toto je len dipólová anténa s dvojnásobnou dĺžkou L (dĺžka) monopolnej antény.

Na prvom obrázku sa polia na základnej rovine rovnajú poliam. Polia monopólovej antény pod základnou rovinou na tomto obrázku sú nulové. Smerovosť monopólovej antény priamo súvisí s dipólovou anténou. Ak je smerovosť dipólovej antény s dĺžkou 2L D1, potom smerovosť monopólovej antény s dĺžkou „L“ bude mať D1+3, čo znamená, že smerovosť monopólovej antény je dvojnásobkom smerovosti dipólovej antény. Hlavným dôvodom je len to, že pod základnou rovinou neprebieha žiadne žiarenie; anténa je teda efektívne zdvojnásobená ako „direktívna“.

Princíp fungovania monopolnej antény

Princíp činnosti monopolnej antény je; keď je energia privádzaná do monopólu, potom je vyžarovaná podobne vo všetkých smeroch vertikálne k dĺžke antény nad základnou rovinou, na ktorej je namontovaná. Vyžarovací diagram tejto antény je všesmerový, takže vyžaruje ekvivalentný výkon vo všetkých smeroch v pravom uhle k anténe. Vyžiarený výkon z antény sa mení s elevačným uhlom, pričom žiarenie klesá na nulu na vrchole osi antény.

Monopolný anténny vyžarovací vzor

Vyžarovací diagram je reprezentácia vlnoplochového vyžarovania alebo príjmu antény na špecifikáciu jej sily, aby bolo možné ľahko rozpoznať funkciu a smerovanie antény.

Keď je energia vyžarovaná z antény, má vplyv na oblasti vzdialeného a blízkeho poľa. Vyžarovací diagram môže byť vykreslený graficky ako funkcia uhlovej polohy a radiálnej vzdialenosti od akejkoľvek antény. Vyžarovací diagram monopólovej antény je uvedený nižšie.

Vyžarovací diagram monopolnej antény je všesmerový, takže vyžaruje rovnaký výkon vo všetkých smeroch, ktoré sú vertikálne k monopolnej anténe. Vyžiarený výkon antény sa mení s elevačným uhlom klesajúcim vyžarovaním na nulu na vrchole na osi antény. Vertikálne vyžaruje polarizované rádiové vlny.

Vo vyššie uvedenom diagrame sú vertikálne vyžarovacie diagramy troch monopólových anténnych grafov s rôznymi dĺžkami namontované nad úplne vodivou zemou.

Radiálna vzdialenosť čiary od zdroja v akomkoľvek uhle výšky je jednoducho úmerná hustote vyžarovaného výkonu v tejto nadmorskej výške. Radiálna os je nastavená v rámci hustoty výkonu, ktorá je relatívna k štvrťvlnovému monopolu a decibelovo izotropnému. Takže 0,25λ modrá štvrťvlnová monopólová vlna má model rovný vyššej polovici vzoru dipólovej antény. Polvlnový monopól 0,5λ zelenej farby vyžaruje viac energie v horizontálnych smeroch. Najvyššie horizontálne vyžarovanie monopólovej antény možno jednoducho dosiahnuť pri dĺžke červenej farebnej vlny s 0,625λ.

Vyžarovací diagram pri polovičnej vlnovej dĺžke nad 0,5 λ sa rozdeľuje na dva laloky cez druhý kužeľový lalok, ktorý je nasmerovaný do neba. Najvyššia hodnota pri 0,625 λ sa vyskytuje, pretože pri vysokých uhloch reverzná fáza žiarenia dvoch lalokov ruší stláčanie väčšieho množstva energie do vertikálneho laloka.

Monopolné typy antén

Existujú rôzne typy monopólových antén, ako sú bičové, špirálové, gumené náhodné drôty, dáždniky, stožiarové žiariče, obrátená L, T-anténa, zemná rovina, skladaný unipól a obrátený F, o ktorých sa hovorí nižšie.

Bičová anténa

Bičová anténa je typ monopólovej antény a je veľmi flexibilná, takže jednoducho nepraskne. Názov tejto antény bol odvodený od bičového pohybu, ktorý sa prejavuje raz narušený. Táto anténa jednoducho obsahuje rovnú flexibilnú tyč alebo drôt a spodná časť tejto antény sa jednoducho pripojí k rádiovému vysielaču alebo prijímaču.

Pre prenosné rádiá sú tieto antény často navrhnuté so sadou vzájomne prepojených teleskopických kovových trubíc, takže ich možno stiahnuť späť, keď sa nepoužívajú. Dlhšie biče sú určené hlavne na montáž na vozidlá, ako aj konštrukcie, ktoré sú navrhnuté s flexibilnou tyčou zo sklenených vlákien približne s drôteným jadrom a môžu byť dlhé až 11 m. Dokonalú dĺžku tejto antény možno určiť pomocou vlnovej dĺžky rádiových vĺn.

Toto sú najčastejšie používané monopolné antény v rádiových pásmach HF, UHF a VHF. Vo veľkej miere sa používajú pre FM rádiá, bezdrôtové telefóny, ručné rádiá, zariadenia s podporou Wi-Fi, vysielačky a boom boxy. Sú pripojené k vozidlám pre autorádiá, ako aj obojsmerné rádiá pre vozidlá a lietadlá.

Špirálová anténa

Skrutkovitá anténa obsahuje minimálne jeden alebo viac vodivých drôtov, ktoré sú navinuté do špirály. Keď je špirálová anténa navrhnutá s jedným špirálovým drôtom, potom je táto anténa známa ako monofilárna, zatiaľ čo antény navrhnuté s minimálne 2 alebo 4 drôtmi v špirále sa potom nazývajú štvorvláknové / bifilárne. Pozrite si tento odkaz a dozviete sa viac o – Špirálová anténa .

Náhodná drôtová anténa

Anténa s náhodným drôtom obsahuje dlhý drôt, ktorý je zavesený nad zemou, kde je drôt rovný, alebo môže byť navlečený tam a späť medzi stenami alebo stromami, aby sa do vzduchu dostal dostatočný drôt. Kvôli obrovskej variabilite v štruktúre antény sa účinnosť môže meniť od jedného fixu k druhému.

Náhodné drôtové antény sa vo veľkej miere používajú ako prijímacie antény na krátkych, stredných a dlhých vlnách a tieto antény sa používajú ako vysielacie antény na týchto pásmach hlavne pre núdzové alebo dočasné vysielacie stanice, malé vonkajšie a na miestach, kde trvalejšie antény nemôžu. byť namontované.

Gumová Ducky anténa

Gumová duck anténa je krátka jednopólová anténa, ktorá funguje ako základná bičová anténa. Táto anténa obsahuje úzky pružný drôt v tvare špirály uzavretý v plastovom alebo gumovom plášti na ochranu antény. Tieto antény sa používajú hlavne v ručných rádiových zariadeniach na frekvenciách UHF a VHF.

Tieto antény sa používajú v rôznych prenosných rádiových zariadeniach, ako sú vysielačky, skenery, prenosné transceivery a tam, kde má bezpečnosť a robustnosť prednosť pred elektromagnetickým výkonom. Táto anténa je veľmi flexibilná a vhodná na ručnú prevádzku, najmä pri nosení na opasku v porovnaní s predchádzajúcimi pevnými teleskopickými anténami.

Stožiarový radiátor

Stožiarový žiarič je typ monopolnej antény. Ide o vyžarovaciu vežu alebo rádiový stožiar, kde je kovová konštrukcia napájaná a funguje ako anténa. Toto sa bežne používa na vysielanie antén, ktoré fungujú pri nízkych frekvenciách v pásmach MF a LF, najmä používané pre rozhlasové stanice AM. Základňa tejto antény je normálne namontovaná na nevodivej podpere, aby bola chránená pred zemou.

Dáždniková anténa

Dáždniková anténa je drôtová monopolová anténa, ktorá môže byť použitá ako vysielacia anténa pod 1 MHz v LF, MF a hlavne VLF pásmach pri dostatočne nízkych frekvenciách, že je nemožné alebo nepraktické vyrobiť kompletnú štvrťvlnovú monopolnú anténu. Vonkajší koniec každého radiálneho drôtu je zošikmený od vrcholu antény a je spojený s nosným lanom cez izolátor pripevnený k zemi. Radiálne drôty urobia z tejto antény obrovský dáždnik s drôteným rámom.

T-anténa

T-anténa je monopólová rádiová anténa, ktorá je tiež známa ako plochá alebo T-anténa. Táto anténa obsahuje jeden alebo viac vodorovných drôtov, ktoré sú vyvážené medzi dvoma rádiovými stožiarmi inak budovami a na koncoch sú pred nimi chránené. Vodorovný vodič je jednoducho pripojený k stredu vodorovných vodičov, visí veľmi blízko zeme a je pripojený k vysielaču (alebo) prijímaču. T-antény sa bežne používajú v pásmach MF, LF, VLF a krátkovlnných pásmach. Tieto antény sú široko používané ako vysielacie antény hlavne pre amatérske rádiové stanice, strednovlnné a AM vysielacie stanice s dlhými vlnami. Pri krátkovlnnom počúvaní sa tieto antény používajú ako prijímacie antény.

Skladaná unipólová anténa

Toto je jeden druh monopólovej stožiarovej antény, ktorá sa používa hlavne ako vysielacia anténa v pásme stredných vĺn pre rozhlasové stanice AM. Táto anténa obsahuje hlavne stožiar alebo vertikálnu kovovú tyč pripojenú k jej uzemňovaciemu systému, ktorý obsahuje zakopané drôty. Stožiar je jednoducho obklopený zvislými drôtmi, ktoré sú elektricky spojené na vrchole stožiara. Tieto vodiče sú jednoducho spojené kovovým krúžkom v blízkosti základne stožiara a napájacia sila napájacieho vedenia z vysielača je pripevnená medzi krúžok a zem. Táto anténa je najlepšou voľbou vždy, keď rozhlasová stanica AM zdieľa vežu s inými anténami, ako sú antény vysielania FM.

Invertovaná-F anténa

Anténa s obráteným F sa používa väčšinou na mikrovlnných a UHF frekvenciách v rámci bezdrôtovej komunikácie. Zahŕňa monopólovú anténu, ktorá beží paralelne so základnou rovinou a je na jednom konci uzemnená. Táto anténa je napájaná zo stredného bodu zo vzdialenosti uzemneného konca. Táto anténa je kompaktnejšia, čo jej umožňuje efektívne vyžarovať energiu atď. Tieto antény sa vo veľkej miere používajú v bezdrôtových kompaktných ručných zariadeniach. Používajú sa na vojenských testovacích rozsahoch v rámci telemetrických aplikácií.

Monopolová anténa vs dipólová anténa

Rozdiel medzi monopólovou anténou a dipólovou anténou je diskutovaný nižšie.

Výhody a nevýhody

The výhody monopolnej antény zahŕňajú nasledujúce.

• Monopolové antény sú veľmi jednoduché na zostavenie a inštaláciu
• Sú odolné a ich výroba nie je drahá.
• Táto anténa má pomerne vysokú reaktívnu impedanciu nad väčšinou svojho frekvenčného rozsahu.
• Keď sa táto anténa predĺži a zemné straty sa znížia, účinnosť antény sa zlepší.
• Monopolová anténa vertikálneho typu sa používa pre akúkoľvek frekvenciu kratšiu ako 2/3 vlnovej dĺžky.
• Ide o jednoduché všesmerové antény, ktoré využívajú menej miesta v porovnaní s radom kolesových antén namontovaných na sebe.
• Tieto antény zvládajú komunikáciu v rámci akejkoľvek cesty okrem vertikálnej na vrchu antény.
• Monopolové antény s potlačou sa vo veľkej miere používajú kvôli mnohým výhodám, ako je nízka cena, nízky profil, jednoduchá výroba, nižšia hmotnosť a kombinácia s inými aktívnymi zariadeniami.

The nevýhody monopolnej antény zahŕňajú nasledujúce.

• Má slabé vyžarovanie vo všetkých smeroch, pretože vyžaruje rovnomerne vo všetkých smeroch.
• Tieto sú drahé.
• Odrazy signálu môžu byť spôsobené kovovými predmetmi a zemou, takže môžete získať vertikálne aj horizontálne polarizované signály.
• Obmedzenia týkajúce sa dizajnu a veľkosti požadované pre základnú rovinu v tejto anténe sú často obmedzujúce.
• Vyžarovací diagram tejto antény závisí hlavne od smeru základnej roviny.

Aplikácie

The použitie/aplikácie monopolnej antény ae zahŕňajú nasledujúce.

• Monopolné antény sa používajú v rôznych oblastiach, ako je vesmírna veda, radarová technológia, biomedicína, výskum atď.
• Monopol sa často používa ako rezonančná anténa, kde tyč tejto antény funguje ako otvorený rezonátor, najmä pre rádiové vlny a kolíše cez stojaté vlny prúdu a napätia cez svoju dĺžku. Takže dĺžky antén sú jednoducho určené preferovanou vlnovou dĺžkou rádiových vĺn.
• Tento typ antény je široko používaný v bezdrôtových komunikačných systémoch.
• Monopolová anténa s nízkoprofilovým päťuholníkovým modelom je navrhnutá a používaná pre nositeľné aplikácie.
• Táto anténa je široko používaná v automobiloch, prenosných AM alebo FM rádiách atď
• Veľmi efektívna, lacná a nízkoprofilová monopolná anténa sa používa v dvojpásmových, viacpásmových a UWB (ultraširokopásmových) aplikáciách.

Teda toto je prehľad monopolnej antény – pracovné, typy s aplikáciami. The charakteristiky monopolnej antény závisí hlavne od základnej roviny a geometrie radiátora. Tieto antény sa vo veľkej miere používajú v rôznych oblastiach, ako je vesmírna veda, radarová technológia, bezdrôtové komunikačné systémy a biomedicínsky výskum, a to z dôvodu mnohých výhod, ako sú nižšie náklady, nízky profil, nízka hmotnosť, jednoduchá výroba a kombinácia prostredníctvom iných aktívnych zariadení. Tu je otázka pre vás, čo je dipólová anténa?