Monopólus antenna: tervezés, működés, típusok és alkalmazásai

Egy „Guglielmo Marconi” nevű rádiós úttörő 1895-ben feltalált egy monopólus antennát, és az 1896-os évet szabadalmaztatta a rádiókommunikáció terén végzett első történelmi kísérletei során. Tehát ezt az antennát Marconi antennának is nevezik. Ez a fele a dipólus antenna vezető alapsík fölé helyezve. Tehát a negyedhullámú monopólus antenna a leggyakoribb típus, ahol ez az antenna a rádióhullámok hullámhosszának körülbelül 1/4-e. Ezek antennák internetes hálózatokban és mobilkommunikációban használják. Tehát ez a cikk egy áttekintést tárgyal a monopólus antenna – alkalmazásokkal való munka.

A monopólus antenna meghatározása

Egy olyan rádióantenna típust, amely egy egyenes rúd alakú vezetőt tartalmaz, amely merőlegesen van felszerelve az alaplap fölé, monopólus antennának nevezik. Ez az antenna egy egyszerű és egyvezetékes antenna, amelyet főként jelek továbbítására és fogadására használnak, így széles körben használják a vezeték nélküli kommunikációs rendszerekben.

A monopólusú antennában a vezetőrúd nyitott rezonátorként működik, főként rádióhullámokra és hosszában álló feszültség- és áramhullámok rezgésére. Az antenna hosszát egyszerűen a kívánt rádióhullámhossztól függően határozzák meg. A monopólus antenna frekvenciatartománya 1,7-2 GHz, 3,7 dBi átlagos erősítéssel.

Monopole Antenna Design

A monopólus antenna a dipólus antenna ½ (fele) része, amely majdnem egy bizonyos típusú alaplap tetejére van szerelve. Tehát ez az antenna egy végtelen alapsíkra van felszerelve, „L” hosszúsággal, az alábbiak szerint. A képelmélet szerint az alapsíkon lévő mezők az antennán keresztül megtalálhatók a szabad térben, amit a második diagram mutatja. Ez csak egy dipólus antenna a monopólus antenna L (hossza) kétszeresével.

Az első ábrán az alapsíkon lévő mezők egyenlőek a mezőkkel. A monopólus antenna mezői az alaplap alatt ezen az ábrán belül nullák. A monopólus antenna irányítottsága közvetlenül kapcsolódik a dipólus antennához. Ha egy 2L hosszúságú dipólus antenna irányítottsága D1, akkor az „L” hosszúságú monopólusantenna irányítottsága D1+3 lesz, ami azt jelenti, hogy a monopólus antenna irányítottsága kétszerese a dipólus antenna irányítottságának. Ennek fő oka csak az, hogy az alaplap alatt nem történik sugárzás; így az antenna hatékonyan megduplázódik „irányítóként”.

A monopólus antenna működési elve

A monopólus antenna működési elve a következő; ha a tápellátást egy monopólusra táplálják, akkor azt hasonlóan sugározzák ki az antenna hosszához képest függőleges minden irányban az alaplap felett, amelyre fel van szerelve. Ennek az antennának a sugárzási mintázata mindenirányú, így minden irányban azonos teljesítménnyel sugárzik az antennára merőlegesen. Az antenna kisugárzott teljesítménye emelkedési szöggel változik azáltal, hogy a sugárzás az antenna tengelyének csúcsán nullára esik le.

Monopólus antenna sugárzási minta

A sugárzási minta az antenna hullámfront-kibocsátását vagy vételét reprezentálja, hogy meghatározza az erősségét, hogy könnyen felismerhető legyen az antenna funkciója és irányultsága.

Amikor az antenna áramot bocsát ki, az hatással van a távoli és közeli mezőkre. A sugárzási mintázat grafikusan ábrázolható bármely antenna szöghelyzetének és sugárirányú távolságának függvényében. A monopólus antenna sugárzási mintája az alábbiakban látható.

A monopólus antenna sugárzási mintázata körirányú, így a monopólus antennához képest függőleges minden irányban egyenlő teljesítményt bocsát ki. Az antenna kisugárzott teljesítménye az antenna tengelyének csúcsán a leeső sugárzás hatására a magassági szöggel együtt nullára változik. Függőlegesen polarizált rádióhullámokat sugároz.

A fenti diagramon három különböző hosszúságú monopólus antenna gráf függőleges sugárzási mintázata van felszerelve egy teljesen vezető föld fölé.

A vonal sugárirányú távolsága a forrástól bármely magassági szögben egyszerűen arányos az adott magasságban lévő kisugárzott teljesítménysűrűséggel. A radiális tengely a teljesítménysűrűségen belül van beállítva, amely egy negyedhullám monopólushoz és decibel-izotróphoz viszonyítva van. Tehát a 0,25λ kék színű negyedhullámú monopólushullám modellje megegyezik a dipólus antenna mintázatának felső felével. A 0,5λ zöld színű félhullámú monopólus több energiát sugároz vízszintes irányban. A monopólusantenna legmagasabb vízszintes sugárzása egyszerűen elérhető a vörös színhullám 0,625 λ hosszán.

A 0,5λ félhullámhossz feletti sugárzási mintázat két lebenyre válik szét egy második kúpos lebenyen keresztül, amely az ég felé irányul. A legmagasabb 0,625 λ-nál azért van, mert nagy szögek esetén a két lebeny fordított fázisú sugárzása megszünteti a nagyobb teljesítmény összenyomását a függőleges lebenybe.

Monopólus antenna típusok

Különböző típusú monopólusú antennák léteznek, mint például ostor, spirál alakú, gumikacsás véletlenszerű vezeték, esernyő, árbocradiátor, fordított L, T-antenna, alaplap, összecsukott unipólus és fordított F, amelyeket alább tárgyalunk.

Whip Antenna

Az ostorantenna egyfajta monopólus antenna, és nagyon rugalmas, így nem reped egyszerűen. Ennek az antennának a nevét az ostorszerű mozgásról kapta, amely egykor zavartságot mutat. Ez az antenna egyszerűen egy egyenes hajlékony rudat vagy huzalt tartalmaz, és ennek az antennának az alja egyszerűen csatlakoztatható a rádióadóhoz vagy -vevőhöz.

Hordozható rádiókhoz ezeket az antennákat gyakran egymásba illeszkedő teleszkópos fémcsövekkel tervezik, így használaton kívül visszahúzhatók. A hosszabb korbácsokat elsősorban járművekre és szerkezetekre tervezték, amelyek hajlékony üvegszálas rúddal vannak kialakítva, körülbelül huzalmaggal, és akár 11 m hosszúak is lehetnek. Ennek az antennának a tökéletes hossza a rádióhullámok hullámhosszán keresztül határozható meg.

Ezek a leggyakrabban használt monopólus antennák a HF, UHF és VHF rádiósávokban. Ezeket széles körben használják FM rádiókhoz, vezeték nélküli telefonokhoz, kézi rádiókhoz, Wi-Fi-kompatibilis eszközökhöz, walkie-talkie-khoz és boom boxokhoz. Ezek csatlakoztathatók járművekhez autórádiókhoz, valamint kétirányú rádiókhoz járművekhez és repülőgépekhez.

Helikális antenna

A spirális antenna legalább egy vagy több vezető vezetéket tartalmaz, amelyek csavarvonal alakúak. Ha egy spirális antennát egy spirális huzallal terveznek, akkor ezt az antennát monofilárisnak nevezik, míg azokat az antennákat, amelyek legalább 2 vagy 4 vezetéket tartalmaznak egy csavarvonalon belül, négyszálú/bifiláris antennának nevezik. Kérjük, tekintse meg ezt a linket, ha többet szeretne megtudni - Helikális antenna .

Véletlenszerű vezetékes antenna

Egy véletlenszerű vezetékes antenna tartalmaz egy hosszú vezetéket, amely a föld felett van felfüggesztve, ahol a vezeték egyenes, vagy oda-vissza lehet felfűzni a falak vagy fák közé, hogy a megfelelő vezetéket a levegőbe juttatják. Az antenna szerkezetének hatalmas változatossága miatt a hatékonyság az egyik rögzítésről a másikra változhat.

A véletlenszerű vezetékes antennákat széles körben használják vételi antennákként a rövidhullámú, középhullámú és hosszúhullámú sávokon, és ezeket az antennákat adóantennákként használják ezeken a sávokon, főként vészhelyzeti vagy ideiglenes adóállomásokon, kis kültéri és olyan helyeken, ahol tartósabb antennák nem használhatók. fel kell szerelni.

Ducky gumi antenna

A gumikacsa antenna egy rövid monopólus antenna, amely tisztességesen működik alapterhelésű ostorantennaként. Ez az antenna egy keskeny spirál alakú rugós huzalt tartalmaz, amely műanyag vagy gumi köpenybe van zárva az antenna védelmére. Ezeket az antennákat főként praktikus kézi rádióberendezésekben használják UHF és VHF frekvenciákon.

Ezeket az antennákat különféle hordozható rádiókészülékekben használják, mint például a walkie-talkie-kban, a hordozható adó-vevő szkennerekben, és ahol a biztonság és a robusztusság elsőbbséget élvez az elektromágneses teljesítménynél. Ez az antenna nagyon rugalmas és alkalmas kézi működtetésre, különösen övön viselve, összehasonlítva a korábbi merev teleszkópos típusú antennákkal.

Árboc radiátor

Az árbocradiátor egyfajta monopólus antenna. Ez egy sugárzó torony vagy rádióárboc, ahol a fémszerkezet feszültség alá kerül és antennaként működik. Ezt általában olyan adóantennáknál használják, amelyek alacsony frekvencián működnek az MF és LF sávokon belül, különösen az AM rádióadóknál. Ennek az antennának az alapja általában egy nem vezető tartóra van felszerelve, hogy megvédje a talajtól.

Esernyő antenna

Az esernyőantenna egy vezetékes monopólusantenna, amely 1 MHz alatti adóantennaként használható az LF, MF és főleg a VLF sávokban kellően alacsony frekvencián ahhoz, hogy teljes méretű, negyedhullámú monopólusú antenna készítése lehetetlen vagy kivitelezhetetlen. Minden radiális vezeték külső vége lefelé dől az antenna csúcsától, és egy tartókötéllel van összekötve a földhöz rögzített szigetelőn keresztül. A radiális vezetékek teszik ezt az antennát a drótvázas óriási esernyővé.

T-antenna

A T-antenna egy monopólusú rádióantenna, amelyet lapos tetejű vagy T-antenna antennaként is ismernek. Ez az antenna egy vagy több vízszintes vezetéket tartalmaz, amelyek két rádióárboc között vannak egyensúlyozva, egyébként épületek között, és a végeik védve vannak tőlük. Egy vízszintes vezetéket egyszerűen a vízszintes vezetékek közepére kell csatlakoztatni, nagyon közel lóg a földhöz, és csatlakoztatva van az adóhoz (vagy vevőhöz). A T-antennákat általában az MF, LF, VLF és rövidhullámú sávokban használják. Ezeket az antennákat széles körben használják adóantennákként, főként amatőr rádióállomásokhoz, közép- és hosszúhullámú AM műsorszóró állomásokhoz. A rövidhullámú hallgatáshoz ezeket az antennákat vevőantennaként használják.

Összecsukott Unipol antenna

Ez egyfajta monopólusú árboc-sugárzóantenna, amelyet főként adóantennaként használnak a közepes hullámsávon belül az AM rádióműsorszóró állomások számára. Ez az antenna főként egy árbocot vagy függőleges fémrudat tartalmaz, amely a földelési rendszeréhez van csatlakoztatva, amely földelt vezetékeket tartalmaz. Az árboc egyszerűen be van zárva függőleges vezetékekkel, amelyek elektromosan kapcsolódnak az árboc csúcsához. Ezeket a vezetékeket egyszerűen egy fémgyűrű köti össze, közel az árboc tövéhez, és az adó tápvezetékének tápellátása a gyűrű és a föld között van rögzítve. Ez az antenna a legjobb választás, ha egy AM rádióállomás egy tornyon osztozik más antennákkal, például FM sugárzó antennákkal.

Fordított F antenna

Az invertált F antennát többnyire mikrohullámú és UHF frekvenciákon használják a vezeték nélküli kommunikációban. Tartalmaz egy monopólus antennát, amely párhuzamosan fut az alaplappal, és egyik végén földelt. Ez az antenna táplálása a földelt vég távolságának középső pontjáról történik. Ez az antenna kompaktabb, így hatékonyan bocsát ki energiát stb. Ezeket az antennákat széles körben használják vezeték nélküli, kompakt kézi eszközökben. Ezeket katonai teszttartományokon használják a telemetriai alkalmazásokon belül.

Monopólus antenna vs dipólus antenna

A monopólus antenna és a dipólus antenna közötti különbséget az alábbiakban tárgyaljuk.

Előnyök és hátrányok

A monopólus antenna előnyei a következőket tartalmazzák.

• A monopólus antennákat nagyon egyszerű felépíteni és telepíteni is
• Ezek masszívak és nem drága az elkészítése.
• Ennek az antennának a reaktív impedanciája meglehetősen magas, meghaladja a frekvenciatartomány nagy részét.
• Ha ez az antenna hosszabb lesz, és a talajveszteség csökken, akkor az antenna hatékonysága javul.
• Függőleges típusú monopólus antennát használnak a hullámhossz 2/3-ánál rövidebb frekvenciákhoz.
• Ezek egyszerű mindenirányú antennák, amelyek kevesebb helyet foglalnak el, mint az egymásra szerelt kerekes antennák sora.
• Ezek az antennák bármilyen úton kezelik a kommunikációt, kivéve függőlegesen az antenna tetején.
• A nyomtatott monopólusú antennákat széles körben használják számos előnyük miatt, mint például az alacsony költség, alacsony profil, egyszerű gyártás, kisebb súly és más aktív eszközökkel való kombináció.

A monopólus antenna hátrányai a következőket tartalmazzák.

• Minden irányban gyenge a sugárzása, mert minden irányba egyenletesen sugárzik.
• Ezek drágák.
• A jelvisszaverődést fémtárgyak és a talaj okozhatják, így függőlegesen és vízszintesen polarizált jeleket is kaphat.
• Az ebben az antennában az alaplaphoz szükséges tervezési és méretbeli megszorítások gyakran korlátozóak.
• Ennek az antennának a sugárzási mintája elsősorban az alaplap irányától függ.

Alkalmazások

A monopólus antenna felhasználása/alkalmazása ae tartalmazza a következőket.

• A monopólus antennákat különféle területeken használják, mint például az űrtudomány, a radartechnológia, az orvosbiológia, a kutatás stb.
• A monopólust gyakran használják rezonáns antennaként, ahol ennek az antennának a rúdja nyitott rezonátorként működik, különösen rádióhullámok esetén, és hosszában állandó áram- és feszültséghullámokon ingadozik. Tehát az antenna hosszát egyszerűen a rádióhullámok preferált hullámhossza határozza meg.
• Ezt az antennatípust széles körben használják a vezeték nélküli kommunikációs rendszerekben.
• Az alacsony profilú ötszögletű monopólus antennát hordható alkalmazásokhoz tervezték és használják.
• Ezt az antennát széles körben használják autókban, hordozható AM vagy FM rádiókban stb
• Nagyon hatékony, alacsony költségű és alacsony profilú monopólus antennát használnak kétsávos, többsávos és UWB (ultra szélessávú) alkalmazásokban.

Ez tehát az monopólus antenna áttekintése – munkavégzés, típusok alkalmazással. A monopólus antenna jellemzői elsősorban az alaplaptól és a radiátor geometriájától függ. Ezeket az antennákat széles körben használják különböző területeken, például az űrtudományban, a radartechnológiában, a vezeték nélküli kommunikációs rendszerekben és az orvosbiológiai kutatásokban, mivel számos előnyük van, mint például az olcsóbb, alacsony profilú, könnyű, könnyű gyártás és más aktív eszközökkel való kombinálhatóság. Itt egy kérdés, hogy mi az a dipólus antenna?