Antena monopol: disseny, funcionament, tipus i aplicacions

Un pioner de la ràdio anomenat 'Guglielmo Marconi' va inventar una antena monopoli l'any 1895 i la va patentar l'any 1896 durant els seus primers experiments històrics en radiocomunicació. Així, aquesta antena també es coneix com a antena Marconi. Això és la meitat d'a antena dipol disposats per sobre d'un pla de terra conductor. Així, l'antena monopoli de quart d'ona és el tipus més comú on aquesta antena és al voltant d'1/4 de la longitud d'ona de les ones de ràdio. Aquests antenes s'utilitzen en xarxes d'Internet i comunicacions mòbils. Així doncs, aquest article tracta una visió general d'a antena monopoli - Treballar amb aplicacions.

Definició de l'antena monopol

Un tipus d'antena de ràdio que inclou un conductor en forma de vareta recta que està muntat perpendicularment sobre un pla de terra es coneix com a antena monopoli. Aquesta antena és una antena simple i d'un sol cable, utilitzada principalment tant per transmetre com per rebre senyals, tan àmpliament utilitzada en sistemes de comunicació sense fil.

En una antena monopola, la vareta conductora funciona com un ressonador obert principalment per a ones de ràdio i oscil·la per ones de tensió i corrent estacionàries al llarg de la seva longitud. La longitud de l'antena es determina simplement en funció de la longitud d'ona d'ona de ràdio desitjada. El rang de freqüències de l'antena monopola és d'1,7 a 2 GHz, amb un guany mitjà de 3,7 dBi.

Disseny d'antena monopol

Una antena monopoli és ½ (la meitat) d'una antena dipol que està gairebé muntada a la part superior d'algun tipus de pla de terra. Per tant, aquesta antena està muntada en un pla de terra infinit amb una longitud 'L' com es mostra a continuació. Segons la teoria de la imatge, els camps del pla de terra es poden trobar a través de l'antena dins de l'espai lliure que es mostra al segon diagrama. Aquesta és només una antena dipol amb el doble de la L (longitud) d'una antena de monopoli.

A la primera figura, els camps del pla de terra són iguals als camps. Els camps de l'antena monopoli sota el pla de terra dins d'aquesta figura són zero. La directivitat de l'antena monopolista està relacionada directament amb una antena dipol. Si la directivitat d'una antena dipol amb longitud 2L és D1, aleshores la directivitat de l'antena monopoli amb longitud 'L' tindrà D1 + 3, el que significa que la directivitat de l'antena monopoli és el doble de la directivitat de l'antena dipol. La raó principal d'això és només perquè no es produeix cap radiació sota el pla de terra; per tant, l'antena es duplica de manera eficient com a 'directiva'.

Principi de funcionament de l'antena monopol

El principi de funcionament d'una antena monopola és; quan l'energia s'alimenta a un monopoli, s'irradia de manera similar en totes les direccions verticals a la longitud de l'antena per sobre del pla de terra on està muntada. El patró de radiació d'aquesta antena és omnidireccional, de manera que s'irradia amb una potència equivalent en totes direccions en angle recte amb l'antena. La potència radiada de l'antena canvia amb l'angle d'elevació a través de la radiació que cau a zero al pic de l'eix de l'antena.

Patró de radiació de l'antena monopol

El patró de radiació és la representació de l'emissió o recepció del front d'ona de l'antena per especificar la seva força de manera que es pugui reconèixer fàcilment la funció i la directivitat de l'antena.

Quan l'energia s'emet des de l'antena, té un efecte en les regions de camp llunyà i proper. El patró de radiació es pot representar gràficament com una funció de posició angular i distància radial des de qualsevol antena. El patró de radiació de l'antena monopola es mostra a continuació.

El patró de radiació de l'antena monopoli és omnidireccional, de manera que emet la mateixa potència en totes les direccions que són verticals a l'antena monopoli. La potència radiada de l'antena canvia amb l'angle d'elevació per la radiació que cau a zero al pic de l'eix de l'antena. Irradia ones de ràdio polaritzades verticalment.

Al diagrama anterior, els patrons de radiació verticals de tres gràfics d'antena monopoli amb diferents longituds es munten per sobre d'un sòl completament conductor.

La distància radial de la línia des de la font a qualsevol angle d'elevació és simplement proporcional a la densitat de potència radiada a aquesta elevació. L'eix radial s'ajusta dins de la densitat de potència que és relativa a un quart d'ona monopoli i decibels-isòtrop. Per tant, l'ona monopola de quart d'ona de color blau de 0,25 λ té un model igual a la meitat superior d'un patró d'antena dipol. El monopol de mitja ona de color verd de 0,5 λ irradia més potència en direccions horitzontals. La radiació horitzontal més alta de l'antena monopolista es pot aconseguir simplement a una longitud de l'ona de color vermell amb 0,625 λ.

El patró de radiació a longituds de mitja longitud d'ona superiors a 0,5λ es separa en dos lòbuls a través d'un segon lòbul cònic que es dirigeix ​​cap al cel. El més alt a 0,625 λ es produeix perquè, a angles elevats, la radiació de fase inversa dels dos lòbuls cancel·la la compressió de més potència al lòbul vertical.

Tipus d'antena monopol

Hi ha diferents tipus d'antenes monopolis, com ara un fuet, un fil helicoïdal, un filferro aleatori de goma, un paraigua, un radiador de pal, una antena L invertida, una antena en T, un pla de terra, un unipol plegat i una F invertida que es comenten a continuació.

Antena de fuet

Una antena de fuet és un tipus d'antena monopola i és molt flexible perquè no s'esquerde simplement. El nom d'aquesta antena es va derivar del moviment semblant a un fuet que presenta una vegada pertorbat. Aquesta antena simplement inclou una vareta o cable flexible recte i la part inferior d'aquesta antena simplement es connecta al transmissor o receptor de ràdio.

Per a les ràdios portàtils, aquestes antenes es dissenyen sovint amb un conjunt de tubs metàl·lics telescòpics entrellaçats, de manera que es poden tirar cap enrere quan no s'utilitzen. Els fuets més llargs estan dissenyats principalment per muntar-se en vehicles, així com en estructures dissenyades amb una vareta flexible de fibra de vidre aproximadament un nucli de filferro i poden tenir fins a 11 m de llarg. La longitud perfecta d'aquesta antena es pot determinar a través de la longitud d'ona de les ones de ràdio.

Aquestes són les antenes monopoles més utilitzades a les bandes de ràdio HF, UHF i VHF. S'utilitzen àmpliament per a ràdios FM, telèfons sense fil, ràdios de mà, dispositius compatibles amb Wi-Fi, walkie-talkies i boom box. Aquests estan connectats a vehicles per a ràdios de cotxes, així com a ràdios bidireccionals per a vehicles i avions.

Antena helicoïdal

Una antena helicoïdal inclou un mínim d'un o més cables conductors que estan ferits en forma d'hèlix. Quan una antena helicoïdal està dissenyada amb un cable helicoïdal, aquesta antena es coneix com a monofilar, mentre que les antenes dissenyades amb un mínim de 2 o 4 cables dins d'una hèlix s'anomenen quadrifilars/bifilars. Consulteu aquest enllaç per saber més sobre - Antena helicoïdal .

Antena de cable aleatòria

Una antena de cable aleatòria inclou un cable llarg que està suspès sobre el terra on el cable és recte o es pot enfilar d'anada i tornada entre parets o arbres només per treure el cable suficient a l'aire. A causa de la gran variabilitat de l'estructura de l'antena, l'eficiència pot canviar d'una solució a una altra.

Les antenes de cable aleatòries s'utilitzen àmpliament com a antenes de recepció a les bandes d'ona curta, d'ona mitjana i d'ona llarga, i aquestes antenes s'utilitzen com a antenes de transmissió en aquestes bandes principalment per a estacions de transmissió d'emergència o temporals, petites a l'aire lliure i en llocs on les antenes més permanents no poden. ser muntat.

Antena d'ànec de goma

L'antena d'ànec de goma és una antena de monopoli curta que funciona com una antena de fuet carregada a la base. Aquesta antena inclou un cable elàstic estret en forma d'hèlix tancat dins d'una funda de plàstic o de goma per protegir l'antena. Aquestes antenes s'utilitzen principalment en equips de ràdio portàtils a freqüències UHF i VHF.

Aquestes antenes s'utilitzen en diversos dispositius de ràdio portàtils com walkie-talkies, escàners transceptors portàtils i on la seguretat i la robustesa tenen prioritat per sobre del rendiment electromagnètic. Aquesta antena és molt flexible i adequada per al funcionament de mà, sobretot quan es porta al cinturó en comparació amb les antenes antigues de tipus telescòpic rígid.

Radiador de pal

Un radiador de pal és un tipus d'antena monopola. Es tracta d'una torre radiant o pal de ràdio que és on s'activa l'estructura metàl·lica i funciona com a antena. Normalment s'utilitza per transmetre antenes que funcionen a baixes freqüències dins de les bandes MF i LF, especialment utilitzades per a estacions de radiodifusió AM. La base d'aquesta antena normalment es munta sobre un suport no conductor per protegir-la del terra.

Antena paraigua

Una antena paraigua és una antena monopoli de filferro que es pot utilitzar com a antenes de transmissió per sota d'1 MHz a les bandes LF, MF i principalment a les bandes VLF a freqüències prou baixes que no sigui factible o impracticable fer una antena monopoli de quart d'ona de mida completa. L'extrem extern de cada cable radial està inclinat cap avall des del pinacle de l'antena i està connectat a una corda de suport mitjançant un aïllant connectat a la terra. Els cables radials faran d'aquesta antena el paraigua gegant amb un marc de filferro.

Antena T

Una antena T és una antena de ràdio monopola que també es coneix com a antena plana o antena T. Aquesta antena inclou un o més cables horitzontals que estan equilibrats entre dos pals de ràdio, en cas contrari, els edificis i protegits als extrems d'ells. Un cable horitzontal simplement està connectat al centre dels cables horitzontals, penja molt a prop del terra i està connectat al transmissor (o) receptor. Les antenes T s'utilitzen normalment a les bandes MF, LF, VLF i d'ona curta. Aquestes antenes s'utilitzen àmpliament com a antenes de transmissió principalment per a estacions de ràdio d'aficionats, estacions de radiodifusió AM d'ona mitjana i d'ona llarga. Per a l'escolta d'ona curta, aquestes antenes s'utilitzen com a antenes receptores.

Antena unipol plegada

Aquest és un tipus d'antena de radiador de màstil monopoli que s'utilitza principalment com a antena de transmissió dins de la banda d'ona mitjana per a estacions de radiodifusió AM. Aquesta antena inclou principalment un pal o vareta metàl·lica vertical connectada al seu sistema de connexió a terra que inclou cables enterrats. El pal està tancat simplement per cables verticals connectats elèctricament al pinacle del pal. Aquests cables estan connectats simplement per un anell metàl·lic a prop de la base del pal i la potència d'alimentació de la línia d'alimentació del transmissor es connecta entre l'anell i el terra. Aquesta antena és la millor opció sempre que una emissora de ràdio AM comparteix una torre amb altres antenes com les antenes d'emissió de FM.

Antena F invertida

Una antena F invertida s'utilitza principalment a les freqüències de microones i UHF dins de la comunicació sense fil. Inclou una antena monopoli que va paral·lela a un pla de terra i posada a terra en un extrem. Aquesta antena s'alimenta des d'un punt mitjà des de la distància de l'extrem posat a terra. Aquesta antena és més compacta, la qual cosa li permet emetre energia de manera eficient, etc. Aquestes antenes s'utilitzen àmpliament en dispositius de mà compactes sense fil. S'estan utilitzant en rangs de proves militars dins d'aplicacions de telemetria.

Antena monopol vs antena dipol

La diferència entre l'antena monopoli i l'antena dipol es discuteix a continuació.

Avantatges i inconvenients

El avantatges de l'antena monopola incloure el següent.

• Les antenes Monopole són molt senzilles de construir i també d'instal·lar
• Són resistents i no són cars de fer.
• Aquesta antena té una impedància reactiva força alta per sobre de la major part del seu rang de freqüències.
• Quan aquesta antena s'allarga i les pèrdues de terra es redueixen, l'eficiència de l'antena millora.
• S'utilitza una antena monopoli de tipus vertical per a qualsevol freqüència inferior a 2/3 de la longitud d'ona.
• Es tracta d'antenes omnidireccionals simples que utilitzen menys espai en comparació amb una sèrie d'antenes de rodes muntades unes sobre les altres.
• Aquestes antenes gestionen les comunicacions dins de qualsevol camí excepte verticalment a la part superior de l'antena.
• Les antenes monopoles impreses s'utilitzen àmpliament a causa de molts avantatges com ara baix cost, perfil baix, fabricació senzilla, menys pes i combinació amb altres dispositius actius.

El desavantatges de l'antena monopola incloure el següent.

• Té poca radiació en totes direccions perquè s'irradia uniformement en totes direccions.
• Aquests són cars.
• Els reflexos del senyal poden ser causats per objectes metàl·lics i el terra, de manera que podeu obtenir senyals polaritzats tant verticalment com horitzontalment.
• Les restriccions de disseny i mida necessàries per a un pla de terra en aquesta antena són sovint restrictives.
• El patró de radiació d'aquesta antena depèn principalment de la direcció del pla de terra.

Aplicacions

El usos/aplicacions de l'antena monopola ae inclouen els següents.

• Les antenes Monopole s'utilitzen en diversos camps com la ciència espacial, la tecnologia del radar, la biomèdica, la investigació, etc.
• El monopoli s'utilitza freqüentment com a antena ressonant on la vareta d'aquesta antena funciona com a ressonador obert, especialment per a ones de ràdio i fluctua a través d'ones estacionàries de corrent i voltatge a través de la seva longitud. Per tant, les longituds de l'antena es determinen simplement per la longitud d'ona preferida de les ones de ràdio.
• Aquest tipus d'antena s'utilitza àmpliament en sistemes de comunicació sense fil.
• Una antena de monopoli amb un model pentagonal de perfil baix està dissenyada i utilitzada per a aplicacions portàtils.
• Aquesta antena s'utilitza àmpliament en automòbils, ràdios AM o FM portàtils, etc
• Una antena monopolista molt eficient, de baix cost i de perfil baix s'utilitza en aplicacions de banda dual, multibanda i UWB (banda ultra ampla).

Així, això és una visió general d'una antena monopoli – treballant, tipus amb aplicacions. El Característiques de l'antena monopola depenen principalment del pla de terra i la geometria del radiador. Aquestes antenes s'utilitzen àmpliament en diferents camps com la ciència espacial, la tecnologia de radar, els sistemes de comunicació sense fil i la investigació biomèdica a causa de molts avantatges com ara menys cost, perfil baix, lleuger, fàcil fabricació i combinació mitjançant altres dispositius actius. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és una antena dipol?