Monopolna antena: dizajn, rad, vrste i njezine primjene

Pionir radija po imenu “Guglielmo Marconi” izumio je monopolnu antenu 1895. godine i patentirao 1896. godine tijekom svojih prvih povijesnih eksperimenata u radiokomunikaciji. Stoga je ova antena također poznata kao Marconi antena. Ovo je polovica a dipolna antena postavljen iznad vodljive uzemljene ravnine. Dakle, četvrtvalna monopolna antena je najčešći tip gdje je ova antena oko 1/4 valne duljine radio valova. ove antene koriste se u internetskim mrežama i mobilnim komunikacijama. Dakle, ovaj članak govori o pregledu a monopolna antena – rad s aplikacijama.

Definicija monopolne antene

Vrsta radio antene koja uključuje ravni štapni vodič koji je okomito postavljen iznad uzemljene ravnine poznata je kao monopolna antena. Ova antena je jednostavna i jednožična antena, uglavnom se koristi za prijenos i prijem signala, tako široko korištena u bežičnim komunikacijskim sustavima.

U monopolnoj anteni, šipka vodiča radi poput otvorenog rezonatora uglavnom za radio valove i oscilira stajaćim naponskim i strujnim valovima kroz svoju duljinu. Duljina antene se jednostavno određuje ovisno o željenoj valnoj duljini radio vala. Frekvencijski raspon monopolne antene je od 1,7-2 GHz, s prosječnim pojačanjem od 3,7 dBi.

Dizajn monopolne antene

Monopolna antena je ½ (jedna polovica) dipolne antene koja je gotovo montirana na vrhu neke vrste uzemljenja. Dakle, ova antena je postavljena na beskonačnu uzemljenu ravninu s duljinom 'L' kao što je prikazano u nastavku. Prema teoriji slike, polja na osnovnoj ravni mogu se pronaći kroz antenu unutar slobodnog prostora što je prikazano na drugom dijagramu. Ovo je samo dipolna antena s dvostrukom L (dužinom) monopolne antene.

Na prvoj slici polja na tlocrtu jednaka su poljima. Polja monopolne antene ispod uzemljenja unutar ove slike su nula. Usmjerenost monopolne antene izravno je povezana s dipolnom antenom. Ako je usmjerenost dipolne antene duljine 2L D1, tada će usmjerenost monopolne antene duljine 'L' imati D1+3 što znači da je usmjerenost monopolne antene dvostruko veća od usmjerenosti dipolne antene. Glavni razlog za to je samo zato što nema zračenja ispod uzemljenja; stoga se antena učinkovito udvostručuje kao 'usmjerivač'.

Princip rada monopolne antene

Princip rada monopolne antene je; kada se snaga dovodi na monopol, tada se zrači na sličan način u svim smjerovima okomito na duljinu antene iznad uzemljene ravnine na koju je postavljena. Dijagram zračenja ove antene je višesmjeran, tako da zrači jednakom snagom unutar svih smjerova pod pravim kutom u odnosu na antenu. Snaga zračenja iz antene mijenja se s kutom elevacije tako što zračenje pada na nulu na vrhu na osi antene.

Dijagram zračenja monopolne antene

Uzorak zračenja je prikaz emisije ili prijema valne fronte antene kako bi se odredila njezina snaga tako da se može lako prepoznati funkcija i usmjerenost antene.

Kada se snaga emitira iz antene, ona ima učinak na područja dalekog i bliskog polja. Uzorak zračenja može se grafički iscrtati kao funkcija kutnog položaja i radijalne udaljenosti od bilo koje antene. Dijagram zračenja monopolne antene prikazan je dolje.

Dijagram zračenja monopolne antene je višesmjeran, tako da emitira jednaku snagu u svim smjerovima koji su okomiti na monopolnu antenu. Snaga zračenja antene mijenja se s kutom elevacije padajućim zračenjem do nule na vrhu na osi antene. Okomito zrači polarizirane radio valove.

U gornjem dijagramu, okomiti dijagrami zračenja tri dijagrama monopolne antene različitih duljina postavljeni su iznad potpuno vodljivog tla.

Radijalna udaljenost linije od izvora pod bilo kojim kutom elevacije jednostavno je proporcionalna gustoći snage zračenja na toj elevaciji. Radijalna os je podešena unutar gustoće snage koja je u odnosu na četvrtvalni monopol i izotropna decibela. Dakle, četvrtvalni monopolni val plave boje 0,25λ ima model jednak višoj polovici dipolne antene. Poluvalni monopol zelene boje 0,5λ zrači više snage unutar horizontalnih smjerova. Najveće horizontalno zračenje monopolne antene može se jednostavno postići na duljini vala crvene boje od 0,625λ.

Uzorak zračenja na poluvalnoj duljini iznad 0,5λ razdvaja se u dva režnja kroz drugi stožasti režanj koji je usmjeren u nebo. Najviša vrijednost kod 0,625λ javlja se jer, pod velikim kutovima, radijacija obrnute faze dvaju režnja poništava kompresiju više snage u okomiti režanj.

Tipovi monopolnih antena

Postoje različite vrste monopolnih antena kao što su bič, spiralna, nasumična žica gumene patke, kišobran, radijator jarbola, obrnuta L, T-antena, uzemljena antena, presavijena jednopolna i obrnuta antena o kojima se govori u nastavku.

Bičasta antena

Bič antena je vrsta monopolne antene i vrlo je fleksibilna tako da jednostavno ne pukne. Naziv ove antene izveden je iz kretnji nalik na bič koji se pokazuje jednom uznemiren. Ova antena jednostavno uključuje ravnu savitljivu šipku ili žicu, a dno ove antene je jednostavno spojeno na radio odašiljač ili prijemnik.

Za prijenosne radiouređaje, ove antene su često dizajnirane s nizom spojenih teleskopskih metalnih cijevi, tako da se mogu povući nakon što se ne koriste. Duži bičevi uglavnom su dizajnirani za montažu na vozila, kao i strukture koje su dizajnirane s fleksibilnom šipkom od stakloplastike približno žičane jezgre i mogu biti dugačke do 11 m. Savršena duljina ove antene može se odrediti pomoću valne duljine radio valova.

Ovo su najčešće korištene monopolne antene u HF, UHF i VHF radijskim opsezima. Oni se intenzivno koriste za FM radio, bežične telefone, ručne radio uređaje, uređaje s omogućenom Wi-Fi mrežom, walkie-talkie i boom boxove. Oni su spojeni na vozila za auto-radio, kao i dvosmjerni radio za vozila i zrakoplove.

Spiralna antena

Spiralna antena uključuje najmanje jednu ili više vodljivih žica koje su namotane u obliku spirale. Kada je spiralna antena dizajnirana s jednom spiralnom žicom, tada je ta antena poznata kao monofilarna, dok se antene dizajnirane s najmanje 2 ili 4 žice unutar spirale nazivaju kvadrifilarne/bifilarne. Pogledajte ovu poveznicu kako biste saznali više o – Spiralna antena .

Nasumična žičana antena

Nasumična žičana antena uključuje dugačku žicu koja je obješena na tlo gdje je žica ravna ili se može razvući naprijed-natrag između zidova ili drveća samo da bi se dovoljno žice diglo u zrak. Zbog velike varijabilnosti u strukturi antene, učinkovitost se može mijenjati od jednog mjesta do drugog.

Nasumične žičane antene uvelike se koriste kao prijamne antene na kratkim valovima, srednjim valovima i dugim valovima, a ove se antene koriste kao antene za odašiljanje na tim opsezima uglavnom za hitne ili privremene odašiljačke postaje, male vanjske i na mjestima gdje trajnije antene ne mogu biti montiran.

Rubber Ducky Antena

Rubber ducky antena je kratka monopolna antena koja radi prilično kao bič antena s osnovnim opterećenjem. Ova antena uključuje usku elastičnu žicu u obliku spirale zatvorenu u plastičnom ili gumenom omotaču za zaštitu antene. Ove se antene uglavnom koriste u ručnoj radio opremi na UHF i VHF frekvencijama.

Ove se antene koriste u raznim prijenosnim radio uređajima kao što su walkie-talkie, skeneri prijenosni primopredajnici i tamo gdje su sigurnost i robusnost važniji od elektromagnetskih performansi. Ova je antena vrlo fleksibilna i prikladna za ručni rad, osobito kada se nosi na pojasu u usporedbi s prijašnjim krutim teleskopskim antenama.

Jarbolni radijator

Jarbolni radijator je vrsta monopolne antene. Ovo je toranj koji zrači ili radijski stup gdje se metalna struktura napaja i radi kao antena. Ovo se obično koristi za odašiljačke antene koje rade na niskim frekvencijama unutar MF i LF pojasa, posebno se koriste za AM radio stanice. Baza ove antene obično se postavlja na nevodljivi nosač kako bi se zaštitila od tla.

Kišobran antena

Kišobran antena je žičana monopolna antena koja se može koristiti kao odašiljačka antena ispod 1 MHz u LF, MF i uglavnom VLF pojasevima na dovoljno niskim frekvencijama da je neizvedivo ili nepraktično napraviti četvrtvalnu monopolnu antenu kompletne veličine. Vanjski kraj svake radijalne žice spušta se od vrha antene i povezan je s nosećim užetom preko izolatora pričvršćenog za zemlju. Radijalne žice će ovu antenu učiniti ogromnim kišobranom sa žičanim okvirom.

T-antena

T-antena je monopolna radio antena koja je također poznata kao ravna antena ili T-zračna antena. Ova antena uključuje jednu ili više vodoravnih žica koje su uravnotežene između dva radio stuba inače zgrada i zaštićene na krajevima od njih. Vodoravna žica se jednostavno spoji na sredinu vodoravnih žica, visi vrlo blizu tla i spojena je na odašiljač (ili) prijemnik. T-antene se obično koriste u MF, LF, VLF i kratkovalnim opsezima. Ove antene se naširoko koriste kao antene za odašiljanje uglavnom za amaterske radio stanice, srednjovalne i dugovalne AM radio stanice. Za kratkovalno slušanje, ove se antene koriste kao prijemne antene.

Preklopljena jednopolna antena

Ovo je jedna vrsta monopolne radijatorske antene koja se uglavnom koristi kao odašiljačka antena unutar srednjevalnog pojasa za AM radio stanice. Ova antena uglavnom uključuje jarbol ili okomitu metalnu šipku spojenu na njezin sustav uzemljenja koji uključuje ukopane žice. Jarbol je jednostavno ograđen okomitim žicama koje su električno spojene na vrhu jarbola. Ove žice su jednostavno spojene metalnim prstenom blizu baze jarbola, a snaga napajanja dovodne linije iz odašiljača pričvršćena je između prstena i zemlje. Ova antena je najbolji izbor kad god AM radijska postaja dijeli toranj s drugim antenama poput FM antena za emitiranje.

Invertirana F antena

Invertirana F antena koristi se uglavnom na mikrovalnim i UHF frekvencijama unutar bežične komunikacije. Uključuje monopolnu antenu koja ide paralelno s ravninom uzemljenja i uzemljena na jednom kraju. Ova se antena napaja iz srednje točke s udaljenosti od uzemljenog kraja. Ova antena je kompaktnija, što joj omogućuje učinkovito emitiranje snage, itd. Ove antene se intenzivno koriste u bežičnim kompaktnim ručnim uređajima. Oni se koriste na vojnim testnim poligonima unutar telemetrijskih aplikacija.

Monopolna antena protiv dipolne antene

Razlike između monopolne i dipolne antene razmatraju se u nastavku.

Prednosti i nedostatci

The prednosti monopolne antene uključuju sljedeće.

• Monopolne antene vrlo su jednostavne za izradu i instalaciju
• Ovi su robusni i nisu skupi za izradu.
• Ova antena ima prilično visoku reaktivnu impedanciju iznad većine svog frekvencijskog raspona.
• Kada ova antena postane duža i gubici uzemljenja su smanjeni, tada je učinkovitost antene bolja.
• Vertikalna monopolna antena koristi se za bilo koju frekvenciju kraću od 2/3 valne duljine.
• Ovo su jednostavne višesmjerne antene koje zauzimaju manje prostora u usporedbi s nizom kotačića postavljenih jedna na drugu.
• Ove antene upravljaju komunikacijama unutar bilo kojeg puta osim okomito na vrhu antene.
• Tiskane monopolne antene intenzivno se koriste zbog mnogih prednosti poput niske cijene, niskog profila, jednostavne izrade, manje težine i kombinacije s drugim aktivnim uređajima.

The nedostaci monopolne antene uključuju sljedeće.

• Ima slabo zračenje u svim smjerovima jer zrači ravnomjerno u svim smjerovima.
• Ove su skupe.
• Refleksiju signala mogu uzrokovati metalni predmeti i tlo, tako da možete dobiti i okomito i vodoravno polarizirane signale.
• Ograničenja dizajna i veličine potrebna za uzemljenje u ovoj anteni često su restriktivna.
• Dijagram zračenja ove antene uglavnom ovisi o smjeru uzemljenja.

Prijave

The upotreba/primjena monopolne antene ae uključuju sljedeće.

• Monopolne antene koriste se u raznim područjima poput svemirske znanosti, radarske tehnologije, biomedicine, istraživanja itd.
• Monopol se često koristi kao rezonantna antena gdje šipka ove antene radi kao otvoreni rezonator, posebno za radio valove i fluktuira kroz stojeće valove struje i napona kroz svoju duljinu. Dakle, duljine antena jednostavno se određuju preferiranom valnom duljinom radio valova.
• Ova vrsta antene se intenzivno koristi u bežičnim komunikacijskim sustavima.
• Monopolna antena s niskoprofilnim peterokutnim modelom dizajnirana je i koristi se za nosive aplikacije.
• Ova antena se intenzivno koristi u automobilima, prijenosnim AM ili FM radijima, itd
• Vrlo učinkovita, jeftina i niskoprofilna monopolna antena koristi se u dvopojasnim, višepojasnim i UWB (ultra širokopojasnim) aplikacijama.

Dakle, ovo je pregled monopolne antene – radni, vrste s aplikacijama. The karakteristike monopolne antene uglavnom ovise o ravnini tla i geometriji radijatora. Ove se antene intenzivno koriste u različitim područjima kao što su svemirska znanost, radarska tehnologija, bežični komunikacijski sustavi i biomedicinska istraživanja zbog mnogih prednosti kao što su niži troškovi, nizak profil, lagana težina, laka izrada i kombinacija s drugim aktivnim uređajima. Ovdje je pitanje za vas, što je dipolna antena?