Monopolna antena: zasnova, delovanje, vrste in njena uporaba

Radijski pionir po imenu 'Guglielmo Marconi' je izumil monopolno anteno leta 1895 in patentiral letnico 1896 med svojimi prvimi zgodovinskimi poskusi v radijski komunikaciji. Zato je ta antena znana tudi kot Marconi antena. To je polovica a dipolna antena nameščen nad prevodno ozemljitveno ploščo. Torej je četrtvalovna monopolna antena najpogostejši tip, kjer je ta antena približno 1/4 valovne dolžine radijskih valov. te antene se uporabljajo v internetnih omrežjih in mobilnih komunikacijah. Ta članek torej obravnava pregled a monopolna antena – delo z aplikacijami.

Opredelitev monopolne antene

Vrsta radijske antene, ki vključuje vodnik v obliki ravne palice, ki je pravokotno nameščen nad ozemljitveno ploščo, je znana kot monopolna antena. Ta antena je preprosta in enožična antena, ki se večinoma uporablja za oddajanje in sprejemanje signalov, zato se pogosto uporablja v brezžičnih komunikacijskih sistemih.

V monopolni anteni vodnik deluje kot odprt resonator predvsem za radijske valove in niha zaradi stoječih napetostnih in tokovnih valov po svoji dolžini. Dolžino antene enostavno določimo glede na želeno valovno dolžino radijskega valovanja. Frekvenčno območje monopolne antene je od 1,7 do 2 GHz, s povprečnim ojačanjem 3,7 dBi.

Zasnova monopolne antene

Monopolna antena je ½ (ena polovica) dipolne antene, ki je skoraj nameščena na vrhu neke vrste ozemljitvene plošče. Torej je ta antena nameščena na neskončno ozemljitveno ploščo z dolžino 'L', kot je prikazano spodaj. Po teoriji slike lahko polja na ozemljitveni ravnini najdemo skozi anteno znotraj prostega prostora, ki je prikazan na drugem diagramu. To je samo dipolna antena z dvakratno L (dolžino) monopolne antene.

Na prvi sliki so polja na osnovni ravnini enaka poljem. Polja monopolne antene pod ozemljitveno ploščo znotraj te slike so enaka nič. Usmerjenost monopolne antene je neposredno povezana z dipolno anteno. Če je usmerjenost dipolne antene z dolžino 2L D1, bo imela usmerjenost monopolne antene z dolžino 'L' D1+3, kar pomeni, da je usmerjenost monopolne antene dvakrat večja od usmerjenosti dipolne antene. Glavni razlog za to je le v tem, da pod ozemljitveno ploščo ni sevanja; tako se antena učinkovito podvoji kot 'smernica'.

Načelo delovanja monopolne antene

Načelo delovanja monopolne antene je: ko se moč napaja na monopol, se seva podobno v vse smeri, navpično na dolžino antene nad ozemljitveno ploščo, na kateri je nameščena. Sevalni vzorec te antene je vsesmeren, tako da seva z enako močjo v vseh smereh pravokotno na anteno. Moč, ki jo seva antena, se spreminja z elevacijskim kotom, tako da sevanje na vrhu na osi antene pade na nič.

Sevalni vzorec monopolne antene

Vzorec sevanja je predstavitev oddajanja ali sprejema valovne fronte antene za določitev njene moči, tako da je mogoče zlahka prepoznati funkcijo in usmerjenost antene.

Ko moč oddaja antena, vpliva na oddaljena in bližnja polja. Vzorec sevanja je mogoče grafično narisati kot funkcijo kotnega položaja in radialne razdalje od katere koli antene. Spodaj je prikazan vzorec sevanja monopolne antene.

Sevalni vzorec monopolne antene je vsesmeren, zato oddaja enako moč v vseh smereh, ki so navpične na monopolno anteno. Izsevana moč antene se spreminja z elevacijskim kotom s padajočim sevanjem na nič na vrhu na osi antene. Navpično seva polarizirane radijske valove.

V zgornjem diagramu so navpični vzorci sevanja treh monopolnih antenskih grafov različnih dolžin nameščeni nad popolnoma prevodno zemljo.

Radialna razdalja črte od vira pri katerem koli kotu višine je preprosto sorazmerna z gostoto sevane moči na tej višini. Radialna os je nastavljena znotraj gostote moči, ki je relativna glede na četrtvalovni monopol in je izotropna v decibelih. Torej ima četrtvalovni monopolni val modre barve 0,25λ model, ki je enak višji polovici vzorca dipolne antene. Polvalovni monopol zelene barve 0,5λ oddaja večjo moč v vodoravnih smereh. Največje horizontalno sevanje monopolne antene je mogoče preprosto doseči pri dolžini rdečega barvnega vala z 0,625λ.

Vzorec sevanja pri polvalovnih dolžinah nad 0,5λ se loči na dva režnja skozi drugi stožčasti reženj, ki je usmerjen v nebo. Najvišja vrednost pri 0,625λ se pojavi, ker pri velikih kotih reverzno fazno sevanje obeh režnjev izniči stiskanje več moči v navpični režnji.

Vrste monopolnih anten

Obstajajo različne vrste monopolnih anten, kot so bič, vijačne antene, naključna žica z gumijasto račko, dežnik, radiator na jamboru, obrnjena L, T-antena, ozemljitvena antena, zložena enopolna in obrnjena antena F, ki so obravnavane spodaj.

Whip antena

Bična antena je vrsta monopolne antene in je zelo prilagodljiva, tako da ne poči preprosto. Ime te antene je izpeljano iz biču podobnega gibanja, ki ga pokažejo enkrat motene. Ta antena preprosto vključuje ravno gibljivo palico ali žico, spodnji del antene pa je preprosto povezan z radijskim oddajnikom ali sprejemnikom.

Za prenosne radijske sprejemnike so te antene pogosto zasnovane z nizom medsebojno povezanih teleskopskih kovinskih cevi, tako da jih je mogoče pomakniti nazaj, ko niso v uporabi. Daljši biči so v glavnem zasnovani za montažo na vozila in konstrukcije, ki so zasnovane s prilagodljivo palico iz steklenih vlaken, približno žično jedro, in so lahko dolge do 11 m. Popolno dolžino te antene je mogoče določiti z valovno dolžino radijskih valov.

To so najpogosteje uporabljene monopolne antene v radijskih pasovih HF, UHF in VHF. Obširno se uporabljajo za FM radie, brezžične telefone, ročne radie, naprave, ki podpirajo Wi-Fi, walkie-talkie in boom boxe. Ti so povezani z vozili za avtoradie kot tudi z dvosmernimi radii za vozila in letala.

Spiralna antena

Spiralna antena vključuje najmanj eno ali več prevodnih žic, ki so navite v obliki spirale. Če je spiralna antena zasnovana z eno spiralno žico, je ta antena znana kot monofilarna, medtem ko se antene, zasnovane z najmanj 2 ali 4 žicami znotraj spirale, imenujejo kvadrifilarne/bifilarne. Prosimo, glejte to povezavo, če želite izvedeti več o – Spiralna antena .

Naključna žična antena

Naključna žična antena vključuje dolgo žico, ki je obešena nad tlemi, kjer je žica ravna, ali pa jo lahko napnete naprej in nazaj med stene ali drevesa, da spravite dovolj žice v zrak. Zaradi velike variabilnosti v strukturi antene se lahko učinkovitost spreminja od enega do drugega.

Naključne žične antene se v veliki meri uporabljajo kot sprejemne antene na kratkovalovnem, srednjevalovnem in dolgovalovnem območju, te antene pa se uporabljajo kot oddajne antene na teh pasovih predvsem za zasilne ali začasne oddajne postaje, majhne zunanje in na mestih, kjer trajnejše antene ne morejo biti nameščen.

Rubber Ducky antena

Gumijasta račka antena je kratka monopolna antena, ki dokaj deluje kot bična antena z osnovno obremenitvijo. Ta antena vključuje ozko spiralno vzmetno žico, zaprto v plastični ali gumijasti plašč za zaščito antene. Te antene se večinoma uporabljajo v priročni ročni radijski opremi na UHF in VHF frekvencah.

Te antene se uporabljajo v različnih prenosnih radijskih napravah, kot so walkie-talkie, skenerji, prenosni oddajniki in sprejemniki, kjer imata varnost in robustnost prednost pred elektromagnetno zmogljivostjo. Ta antena je v primerjavi s prejšnjimi togimi teleskopskimi antenami zelo prilagodljiva in primerna za uporabo v roki, zlasti če jo nosite na pasu.

Mast Radiator

Stebrni radiator je vrsta monopolne antene. To je sevalni stolp ali radijski drog, kjer se kovinska konstrukcija napaja in deluje kot antena. Običajno se uporablja za oddajne antene, ki delujejo pri nizkih frekvencah v pasovih MF in LF, zlasti za radijske postaje AM. Osnova te antene je običajno nameščena na neprevodni nosilec, ki jo ščiti pred tlemi.

Krovna antena

Krovna antena je žična monopolna antena, ki se lahko uporablja kot oddajna antena pod 1 MHz v LF, MF in predvsem VLF pasovih pri dovolj nizkih frekvencah, da je izdelava četrtvalovne monopolne antene popolne velikosti neizvedljiva ali nepraktična. Zunanji konec vsake radialne žice je nagnjen navzdol od vrha antene in je povezan z nosilno vrvjo preko izolatorja, pritrjenega na zemljo. Zaradi radialnih žic bo ta antena postala velikanski dežnik z žičnatim okvirjem.

T-antena

T-antena je monopolna radijska antena, ki je znana tudi kot antena z ravnim vrhom ali T-zračna antena. Ta antena vključuje eno ali zgoraj vodoravne žice, ki so uravnotežene med dvema radijskima stebroma, sicer zgradbama, in zaščitene na koncih pred njima. Horizontalna žica je preprosto povezana s sredino vodoravnih žic, visi zelo blizu tal in je povezana z oddajnikom (ali) sprejemnikom. T-antene se običajno uporabljajo v MF, LF, VLF in kratkovalovnih pasovih. Te antene se pogosto uporabljajo kot oddajne antene predvsem za amaterske radijske postaje, srednjevalovne in dolgovalovne AM radiodifuzijske postaje. Za kratkovalovno poslušanje se te antene uporabljajo kot sprejemne antene.

Zložena Unipole antena

To je ena vrsta monopolne stebrne radiatorske antene, ki se v glavnem uporablja kot oddajna antena znotraj srednjevalovnega pasu za radijske postaje AM. Ta antena večinoma vključuje drog ali navpično kovinsko palico, povezano z ozemljitvenim sistemom, ki vključuje zakopane žice. Jambor je preprosto obdan z navpičnimi žicami, ki so električno povezane na vrhu jambora. Te žice so preprosto povezane s kovinskim obročem blizu podnožja droga in napajalna moč napajalnega voda iz oddajnika je pritrjena med obročem in tlemi. Ta antena je najboljša izbira, kadar koli radijska postaja AM deli stolp z drugimi antenami, kot so antene za oddajanje FM.

Obrnjena F antena

Obrnjena F-antena se v brezžični komunikaciji večinoma uporablja na frekvencah mikrovalovnih in UHF. Vključuje monopolno anteno, ki poteka vzporedno z ozemljitveno ravnino in je na enem koncu ozemljena. Ta antena se napaja iz srednje točke z razdalje ozemljenega konca. Ta antena je bolj kompaktna, kar ji omogoča učinkovito oddajanje moči itd. Te antene se pogosto uporabljajo v brezžičnih kompaktnih ročnih napravah. Uporabljajo se na vojaških poligonih v okviru telemetričnih aplikacij.

Monopolna antena proti dipolni anteni

Razlika med monopolno in dipolno anteno je obravnavana spodaj.

Prednosti in slabosti

The prednosti monopolne antene vključujejo naslednje.

• Monopolne antene so zelo preproste za izdelavo in tudi namestitev
• Te so robustne in izdelava ni draga.
• Ta antena ima precej visoko reaktivno impedanco nad večino frekvenčnega območja.
• Ko ta antena postane daljša in se izgube na tleh zmanjšajo, postane učinkovitost antene boljša.
• Navpična monopolna antena se uporablja za katero koli frekvenco, krajšo od 2/3 valovne dolžine.
• To so preproste vsesmerne antene, ki zavzamejo manj prostora v primerjavi z nizom kolesnih anten, nameščenih ena na drugo.
• Te antene upravljajo komunikacije znotraj katere koli poti, razen navpično na vrhu antene.
• Tiskane monopolne antene se pogosto uporabljajo zaradi številnih prednosti, kot so nizki stroški, nizek profil, preprosta izdelava, manjša teža in kombinacija z drugimi aktivnimi napravami.

The slabosti monopolne antene vključujejo naslednje.

• Ima slabo sevanje v vseh smereh, ker seva enakomerno v vse smeri.
• Te so drage.
• Odboje signala lahko povzročijo kovinski predmeti in tla, zato lahko dobite tako navpično kot vodoravno polarizirane signale.
• Omejitve zasnove in velikosti, potrebne za ozemljitveno ploščo v tej anteni, so pogosto omejevalne.
• Vzorec sevanja te antene je v glavnem odvisen od smeri ozemljitvene ravnine.

Aplikacije

The uporabe/uporabe monopolne antene ae vključujejo naslednje.

• Monopolne antene se uporabljajo na različnih področjih, kot so vesoljska znanost, radarska tehnologija, biomedicina, raziskave itd.
• Monopol se pogosto uporablja kot resonančna antena, kjer drog te antene deluje kot odprt resonator, zlasti za radijske valove in niha skozi stoječe valove toka in napetosti po svoji dolžini. Torej so dolžine anten preprosto določene z želeno valovno dolžino radijskih valov.
• Ta vrsta antene se pogosto uporablja v brezžičnih komunikacijskih sistemih.
• Monopolna antena s peterokotnim modelom z nizkim profilom je zasnovana in uporabljena za nosljive aplikacije.
• Ta antena se pogosto uporablja v avtomobilih, prenosnih radijskih postajah AM ali FM itd
• Zelo učinkovita, poceni in nizkoprofilna monopolna antena se uporablja v dvopasovnih, večpasovnih in UWB (ultra širokopasovnih) aplikacijah.

Torej, to je pregled monopolne antene – delujoče, vrste z aplikacijami. The značilnosti monopolne antene v glavnem odvisen od ozemljitvene plošče in geometrije radiatorja. Te antene se v veliki meri uporabljajo na različnih področjih, kot so vesoljska znanost, radarska tehnologija, brezžični komunikacijski sistemi in biomedicinske raziskave, zaradi številnih prednosti, kot so nižji stroški, nizek profil, lahka teža, enostavna izdelava in kombinacija z drugimi aktivnimi napravami. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je dipolna antena?