Monopolní anténa: Design, práce, typy a její aplikace

Rádiový průkopník jménem „Guglielmo Marconi“ vynalezl monopolní anténu v roce 1895 a patentoval ji v roce 1896 během svých prvních historických experimentů v rádiové komunikaci. Takže tato anténa je také známá jako Marconiho anténa. Toto je polovina a dipólová anténa uspořádané nad vodivou zemní plochou. Čtvrtvlnná monopólová anténa je tedy nejběžnějším typem, kde tato anténa má přibližně 1/4 vlnové délky rádiových vln. Tyto antény se používají v internetových sítích a mobilních komunikacích. Tento článek tedy pojednává o přehledu a monopolní anténa – práce s aplikacemi.

Definice monopolní antény

Typ rádiové antény, která obsahuje přímý tyčový vodič, který je kolmo namontován nad zemní plochou, je známý jako monopolní anténa. Tato anténa je jednoduchá a jednodrátová anténa, používaná hlavně pro vysílání i příjem signálů, tak široce používaná v bezdrátových komunikačních systémech.

V monopolní anténě funguje vodicí tyč jako otevřený rezonátor hlavně pro rádiové vlny a osciluje stojatými napěťovými a proudovými vlnami po své délce. Délka antény je jednoduše určena v závislosti na požadované rádiové vlnové délce. Frekvenční rozsah monopolní antény je od 1,7 do 2 GHz s průměrným ziskem 3,7 dBi.

Monopolní design antény

Monopolní anténa je ½ (jedna polovina) dipólové antény, která je téměř namontována na nějakém typu zemnící plochy. Tato anténa je tedy namontována na nekonečné zemní ploše s délkou „L“, jak je znázorněno níže. Podle teorie obrazu lze pole na základní rovině nalézt přes anténu ve volném prostoru, který je znázorněn na druhém diagramu. Toto je pouze dipólová anténa s dvojnásobnou L (délkou) monopolní antény.

Na prvním obrázku se pole na základní rovině rovnají polím. Pole monopólové antény pod zemní plochou na tomto obrázku jsou nulová. Směrovost monopólové antény přímo souvisí s dipólovou anténou. Pokud je směrovost dipólové antény s délkou 2L D1, pak směrovost monopolní antény s délkou „L“ bude mít D1+3, což znamená, že směrovost monopólové antény je dvojnásobkem směrovosti dipólové antény. Hlavním důvodem je pouze to, že pod povrchem země nedochází k žádnému záření; anténa je tedy efektivně zdvojnásobena jako „směrová“.

Princip fungování monopolní antény

Princip činnosti monopolní antény je; když je energie přiváděna do monopólu, je vyzařována podobně ve všech směrech kolmých na délku antény nad základní rovinou, na které je namontována. Vyzařovací diagram této antény je všesměrový, takže vyzařuje ekvivalentní výkon ve všech směrech v pravém úhlu k anténě. Vyzařovaný výkon z antény se mění s elevačním úhlem, přičemž záření klesá na nulu ve špičce na ose antény.

Monopolní anténní vyzařovací vzor

Vyzařovací diagram je reprezentace vlnoplochového vyzařování nebo příjmu antény pro specifikaci jeho síly, aby bylo možné snadno rozpoznat funkci a směrovost antény.

Když je energie vyzařována z antény, má vliv na oblasti vzdáleného a blízkého pole. Vyzařovací diagram lze graficky vykreslit jako funkci úhlové polohy a radiální vzdálenosti od jakékoli antény. Vyzařovací diagram monopólové antény je uveden níže.

Vyzařovací diagram monopolní antény je všesměrový, takže vyzařuje stejný výkon ve všech směrech, které jsou vertikální k monopolní anténě. Vyzařovaný výkon antény se mění s elevačním úhlem upadajícím zářením na nulu ve špičce na ose antény. Vertikálně vyzařuje polarizované rádiové vlny.

Ve výše uvedeném diagramu jsou vertikální vyzařovací diagramy tří monopolních anténních grafů s různými délkami namontovány nad zcela vodivou zemí.

Radiální vzdálenost vedení od zdroje v jakémkoli elevačním úhlu je jednoduše úměrná hustotě vyzařovaného výkonu v této výšce. Radiální osa je nastavena v rámci hustoty výkonu, která je relativní ke čtvrtvlnnému monopolu a decibelově izotropní. Takže čtvrtvlnná monopólová vlna modré barvy 0,25λ má model rovný horní polovině vzoru dipólové antény. 0,5λ zelený půlvlnný monopól vyzařuje více energie v horizontálních směrech. Nejvyššího horizontálního vyzařování monopólové antény lze jednoduše dosáhnout při délce červené barevné vlny s 0,625λ.

Vyzařovací diagram na půlvlnových délkách nad 0,5λ se odděluje do dvou laloků prostřednictvím druhého kuželového laloku, který je nasměrován do nebe. Nejvyšší při 0,625λ nastává, protože při vysokých úhlech záření reverzní fáze dvou laloků ruší stlačování většího výkonu do vertikálního laloku.

Monopolní typy antén

Existují různé typy monopólových antén, jako jsou bičové, spirálové, pryžové nahodilé dráty, deštník, stožárový radiátor, obrácená L, T-anténa, zemnící rovina, složený unipól a obrácený-F, které jsou popsány níže.

Bičová anténa

Bičová anténa je typ monopolní antény a je velmi flexibilní, takže jednoduše nepraskne. Název této antény byl odvozen od bičového pohybu, který se projevuje kdysi narušeným. Tato anténa jednoduše obsahuje rovnou ohebnou tyč nebo drát a spodní část této antény je jednoduše připojena k rádiovému vysílači nebo přijímači.

Pro přenosná rádia jsou tyto antény často navrženy se sadou vzájemně do sebe zapadajících teleskopických kovových trubek, takže je lze stáhnout, jakmile se nepoužívají. Delší biče jsou určeny hlavně k montáži na vozidla a také na konstrukce, které jsou navrženy s pružnou sklolaminátovou tyčí přibližně s drátěným jádrem a mohou být dlouhé až 11 m. Dokonalou délku této antény lze určit pomocí vlnové délky rádiových vln.

Jedná se o nejčastěji používané monopolní antény v rádiových pásmech HF, UHF a VHF. Ty jsou široce používány pro FM rádia, bezdrátové telefony, ruční rádia, zařízení s podporou Wi-Fi, vysílačky a boom boxy. Ty jsou připojeny k vozidlům pro autorádia, stejně jako 2-pásmová rádia pro vozidla a letadla.

Šroubová anténa

Šroubová anténa obsahuje minimálně jeden nebo více vodivých drátů, které jsou navinuté ve tvaru šroubovice. Když je spirálová anténa navržena s jedním spirálovým drátem, pak je tato anténa známá jako monofilární, zatímco antény navržené s minimálně 2 nebo 4 dráty ve šroubovici se pak nazývají quadrifilární/bifilární. Na tomto odkazu se dozvíte více o – Šroubová anténa .

Náhodná drátová anténa

Anténa s náhodným drátem obsahuje dlouhý drát, který je zavěšen nad zemí, kde je drát rovný, nebo může být navlečen sem a tam mezi zdmi nebo stromy, aby se dostatečný drát dostal do vzduchu. Vzhledem k obrovské variabilitě struktury antény se účinnost může měnit od jednoho fixu k druhému.

Náhodné drátové antény jsou široce používány jako přijímací antény na pásmech krátkých, středních a dlouhých vln a tyto antény se používají jako vysílací antény na těchto pásmech hlavně pro nouzové nebo dočasné vysílací stanice, malé venkovní a v místech, kde trvalejší antény nemohou být namontován.

Gumová Ducky Anténa

Gumová kachní anténa je krátká jednopólová anténa, která funguje jako bičová anténa se základním zatížením. Tato anténa obsahuje úzký pružný drát ve tvaru šroubovice uzavřený v plastovém nebo pryžovém plášti, který anténu chrání. Tyto antény se používají hlavně v ručních rádiových zařízeních na frekvencích UHF a VHF.

Tyto antény se používají v různých přenosných rádiových zařízeních, jako jsou vysílačky, skenery, přenosné transceivery a tam, kde má bezpečnost a robustnost přednost před elektromagnetickým výkonem. Tato anténa je velmi flexibilní a vhodná pro ruční provoz, zejména při nošení na opasku ve srovnání s dřívějšími pevnými teleskopickými anténami.

Stožárový radiátor

Stožárový zářič je typ monopolní antény. Jedná se o vyzařovací věž nebo rádiový stožár, kde je kovová konstrukce napájena a funguje jako anténa. To se běžně používá pro vysílací antény, které fungují na nízkých frekvencích v pásmech MF a LF, zejména používané pro rozhlasové stanice AM. Základna této antény je normálně namontována na nevodivé podpěře, aby byla chráněna před zemí.

Deštníková anténa

Deštníková anténa je drátová monopolová anténa, kterou lze použít jako vysílací antény pod 1 MHz v pásmech LF, MF a hlavně VLF na dostatečně nízkých frekvencích, takže je nemožné nebo nepraktické vyrobit čtvrtvlnnou monopolní anténu kompletní velikosti. Vnější konec každého radiálního drátu se svažuje dolů od vrcholu antény a je připojen k nosnému lanu přes izolátor připojený k zemi. Radiální dráty udělají z této antény obří deštník s drátěným rámem.

T-anténa

T-anténa je monopolní rádiová anténa, která je také známá jako plochá nebo T-anténa. Tato anténa obsahuje jeden nebo více vodorovných vodičů, které jsou vyváženy mezi dvěma rádiovými stožáry jinak budovami a na koncích před nimi chráněny. Vodorovný vodič je jednoduše připojen ke středu vodorovných vodičů, visí dolů velmi blízko země a je připojen k vysílači (nebo) přijímači. T-antény se běžně používají v pásmech MF, LF, VLF a krátkovlnných. Tyto antény jsou široce používány jako vysílací antény především pro amatérské rozhlasové stanice, vysílací stanice na středních a dlouhých vlnách AM. Pro krátkovlnný poslech se tyto antény používají jako přijímací antény.

Skládaná unipólová anténa

Jedná se o jeden druh monopólové stožárové antény používané hlavně jako vysílací anténa v pásmu středních vln pro rozhlasové stanice AM. Tato anténa obsahuje hlavně stožár nebo svislou kovovou tyč připojenou k jejímu uzemňovacímu systému, který obsahuje podzemní vodiče. Stožár je jednoduše obehnán svislými dráty, které jsou elektricky připojeny na vrchol stožáru. Tyto dráty jsou jednoduše spojeny kovovým kroužkem v blízkosti základny stožáru a napájení napájecího vedení z vysílače je připojeno mezi kroužek a zem. Tato anténa je nejlepší volbou, kdykoli AM rozhlasová stanice sdílí věž s jinými anténami, jako jsou antény pro vysílání FM.

Invertovaná F anténa

Anténa s obráceným F se používá většinou na mikrovlnných a UHF frekvencích v rámci bezdrátové komunikace. Zahrnuje monopólovou anténu, která běží paralelně se zemní plochou a na jednom konci je uzemněna. Tato anténa je napájena ze středního bodu ze vzdálenosti uzemněného konce. Tato anténa je kompaktnější, umožňuje efektivně vysílat energii atd. Tyto antény jsou široce používány v bezdrátových kompaktních ručních zařízeních. Ty se používají na vojenských testovacích střelnicích v rámci telemetrických aplikací.

Monopolní anténa vs dipólová anténa

Rozdíl mezi monopólovou anténou a dipólovou anténou je diskutován níže.

Výhody a nevýhody

The výhody monopolní antény zahrnout následující.

• Monopolní antény jsou velmi jednoduché na stavbu a instalaci
• Jsou odolné a jejich výroba není drahá.
• Tato anténa má poměrně vysokou reaktivní impedanci nad většinou svého frekvenčního rozsahu.
• Když se tato anténa prodlouží a zemní ztráty se sníží, pak se účinnost antény zlepší.
• Monopolní anténa vertikálního typu se používá pro jakoukoli frekvenci kratší než 2/3 vlnové délky.
• Jedná se o jednoduché všesměrové antény, které využívají méně místa ve srovnání s řadou kolových antén namontovaných na sobě.
• Tyto antény zvládají komunikaci v jakékoli cestě kromě svislé na horní straně antény.
• Tištěné monopolní antény jsou široce používány kvůli mnoha výhodám, jako je nízká cena, nízký profil, jednoduchá výroba, nižší hmotnost a kombinace s jinými aktivními zařízeními.

The nevýhody monopolní antény zahrnout následující.

• Má slabé vyzařování ve všech směrech, protože vyzařuje rovnoměrně ve všech směrech.
• Ty jsou drahé.
• Odrazy signálu mohou být způsobeny kovovými předměty a zemí, takže můžete získat vertikálně i horizontálně polarizované signály.
• Omezení konstrukce a velikosti požadovaná pro zemní plochu v této anténě jsou často omezující.
• Vyzařovací diagram této antény závisí hlavně na směru zemní plochy.

Aplikace

The použití/aplikace monopolní antény ae zahrnují následující.

• Monopolní antény se používají v různých oblastech, jako je vesmírná věda, radarová technologie, biomedicína, výzkum atd.
• Monopole se často používá jako rezonanční anténa, kde tyč této antény funguje jako otevřený rezonátor, zejména pro rádiové vlny a kolísá prostřednictvím stojatých vln proudu a napětí po své délce. Délky antén jsou tedy jednoduše určeny preferovanou vlnovou délkou rádiových vln.
• Tento typ antény je široce používán v bezdrátových komunikačních systémech.
• Monopolní anténa s nízkoprofilovým pětiúhelníkovým modelem je navržena a používána pro nositelné aplikace.
• Tato anténa je široce používána v automobilech, přenosných AM nebo FM rádiích atd
• Velmi účinná, levná a nízkoprofilová monopolní anténa se používá ve dvoupásmových, vícepásmových a UWB (ultraširokopásmových) aplikacích.

Tedy, toto je přehled monopolní antény – pracovní, typy s aplikacemi. The vlastnosti monopolní antény hlavně závisí na základní rovině a geometrii radiátoru. Tyto antény jsou široce používány v různých oblastech, jako je vesmírná věda, radarová technologie, bezdrátové komunikační systémy a biomedicínský výzkum, protože mají mnoho výhod, jako je nižší cena, nízký profil, lehkost, snadná výroba a kombinace s dalšími aktivními zařízeními. Zde je pro vás otázka, co je to dipólová anténa?