Монополна антена: дизайн, работа, видове и нейните приложения

Пионер на радиото на име „Гулиелмо Маркони“ изобретява монополна антена през 1895 г. и патентова годината 1896 г. по време на първите си исторически експерименти в радиокомуникацията. Така че тази антена е известна още като антената на Маркони. Това е половината от a диполна антена разположени над проводяща заземяваща равнина. Така че четвъртвълновата монополна антена е най-често срещаният тип, където тази антена е около 1/4 от дължината на вълната на радиовълните. Тези антени се използват в интернет мрежи и мобилни комуникации. Така че тази статия обсъжда преглед на a монополна антена – работа с приложения.

Определение на монополна антена

Тип радио антена, която включва проводник с права прътовидна форма, който е перпендикулярно монтиран над заземената повърхност, е известна като монополна антена. Тази антена е проста и едножична антена, използвана главно както за предаване, така и за приемане на сигнали, толкова широко използвана в безжичните комуникационни системи.

В монополна антена проводящият прът работи като отворен резонатор главно за радиовълни и осцилира от постоянни вълни на напрежение и ток през дължината си. Дължината на антената се определя просто в зависимост от желаната дължина на вълната на радиовълната. Честотният диапазон на монополната антена е от 1,7-2 GHz, със средно усилване от 3,7 dBi.

Дизайн на монополна антена

Монополната антена е ½ (една половина) от диполна антена, която е почти монтирана върху някакъв тип заземена равнина. И така, тази антена е монтирана на безкрайна заземена равнина с дължина „L“, както е показано по-долу. Според теорията на изображението, полетата на земната равнина могат да бъдат намерени през антената в свободното пространство, което е показано на втората диаграма. Това е просто диполна антена с два пъти L (дължина) на монополната антена.

На първата фигура полетата на земната равнина са равни на полетата. Полетата на монополната антена под заземената равнина в тази фигура са нула. Насочеността на монополната антена е пряко свързана с диполната антена. Ако насочеността на диполна антена с дължина 2L е D1, тогава насочеността на монополната антена с дължина „L“ ще има D1+3, което означава, че насочеността на монополната антена е двойна насочеността на диполната антена. Основната причина за това е само защото под заземената повърхност не се извършва радиация; по този начин антената ефективно се удвоява като 'директива'.

Принцип на работа на монополната антена

Принципът на работа на монополната антена е; когато мощността се подава към монопол, тогава тя се излъчва по подобен начин във всички посоки, вертикални спрямо дължината на антената над земната равнина, върху която е монтирана. Диаграмата на излъчване на тази антена е всепосочна, така че тя излъчва с еквивалентна мощност във всички посоки под прав ъгъл спрямо антената. Излъчваната мощност от антената се променя с ъгъла на повдигане, като радиацията пада до нула в пика на оста на антената.

Диаграма на излъчване на монополна антена

Диаграмата на излъчване е представяне на излъчването или приемането на вълновия фронт на антената, за да се уточни нейната сила, така че човек лесно да може да разпознае функцията и насочеността на антената.

Когато мощността се излъчва от антената, тя има ефект върху далечни и близки области на полето. Диаграмата на излъчване може да се начертае графично като функция на ъглово положение и радиално разстояние от всяка антена. Диаграмата на излъчване на монополната антена е показана по-долу.

Диаграмата на излъчване на монополната антена е всепосочна, така че излъчва еднаква мощност във всички посоки, които са вертикални спрямо монополната антена. Излъчената мощност на антената се променя с ъгъла на повдигане чрез падащото излъчване до нула в пика на оста на антената. Вертикално излъчва поляризирани радиовълни.

В горната диаграма вертикалните диаграми на излъчване на три монополни антени с различни дължини са монтирани над напълно проводяща земя.

Радиалното разстояние на линията от източника при всеки ъгъл на издигане е просто пропорционално на плътността на излъчената мощност на това издигане. Радиалната ос се регулира в рамките на плътността на мощността, която е спрямо четвърт вълнов монопол и децибели-изотропна. И така, четвъртвълновата монополна вълна със син цвят 0,25λ има модел, равен на горната половина на диполна антенна схема. Полувълновият монопол със зелен цвят 0,5λ излъчва повече мощност в хоризонтални посоки. Най-високото хоризонтално излъчване на монополната антена може просто да се постигне при дължина на вълната на червения цвят с 0,625λ.

Диаграмата на излъчване при дължини на полувълната над 0,5λ се разделя на два дяла чрез втори коничен лоб, който е насочен към небето. Най-високото при 0,625λ възниква, защото при големи ъгли радиацията с обратна фаза на двата листа отменя компресирането на повече мощност във вертикалния дял.

Типове монополни антени

Има различни типове монополни антени като камшик, спираловидна, произволна тел от гумено пате, чадър, мачтов радиатор, обърната L, T-антена, наземна равнина, сгъната еднополюсна и обърната F, които са обсъдени по-долу.

Камшична антена

Камшичната антена е вид монополна антена и е много гъвкава, така че да не се спука просто. Името на тази антена е получено от движението, подобно на камшик, което показва, след като бъде нарушено. Тази антена включва просто прав гъвкав прът или жица, а долната част на тази антена просто се свързва към радиопредавателя или приемника.

За преносими радиостанции тези антени често са проектирани с набор от взаимосвързани телескопични метални тръби, така че могат да бъдат изтеглени назад, след като не се използват. По-дългите камшици са предназначени главно за монтиране на превозни средства, както и на конструкции, които са проектирани с гъвкав прът от фибростъкло с приблизително телена сърцевина и могат да бъдат с дължина до 11 m. Перфектната дължина на тази антена може да се определи чрез дължината на вълната на радиовълните.

Това са най-често използваните монополни антени в HF, UHF и VHF радио обхватите. Те се използват широко за FM радиостанции, безжични телефони, ръчни радиостанции, устройства с Wi-Fi, уоки-токита и бумбоксове. Те са свързани към превозни средства за автомобилни радиостанции, както и двупосочни радиостанции за превозни средства и самолети.

Спирална антена

Спиралната антена включва минимум един или повече проводящи проводници, които са навити под формата на спирала. Когато една спирална антена е проектирана с един спирален проводник, тогава тази антена е известна като монофилна, докато антени, проектирани с минимум 2 или 4 проводника в една спирала, се наричат ​​четирифиларни/бифиларни. Моля, вижте тази връзка, за да научите повече за – Спирална антена .

Произволна жична антена

Произволната жична антена включва дълъг проводник, който е окачен над земята, където проводникът е прав, или може да бъде опънат напред-назад между стени или дървета, само за да изведе достатъчно количество проводник във въздуха. Поради огромната променливост в структурата на антената, ефективността може да се променя от едно фиксиране към друго.

Случайните жични антени се използват широко като приемни антени на къси вълни, средни вълни и дълги вълни и тези антени се използват като предавателни антени на тези ленти главно за аварийни или временни предавателни станции, малки външни и на места, където по-постоянните антени не могат бъде монтиран.

Гумена антена Ducky

Антената с гумено пате е къса монополна антена, която работи доста като камшична антена с базово натоварване. Тази антена включва тясна пружинираща жица с форма на спирала, затворена в пластмасова или гумена обвивка за защита на антената. Тези антени се използват главно в рамките на удобно ръчно радио оборудване на UHF и VHF честоти.

Тези антени се използват в различни преносими радиоустройства като уоки-токита, скенери, преносими приемо-предаватели и където сигурността и здравината са с приоритет над електромагнитните характеристики. Тази антена е много гъвкава и подходяща за ръчна работа, особено когато се носи на колана, в сравнение с предишните твърди телескопични антени.

Мачтов радиатор

Мачтовият радиатор е вид монополна антена. Това е излъчваща кула или радиомачта, където металната конструкция се захранва и работи като антена. Това обикновено се използва за предавателни антени, които функционират при ниски честоти в MF и LF обхватите, особено използвани за AM радиостанции. Основата на тази антена обикновено се монтира върху непроводима опора, за да я предпази от земята.

Антена за чадър

Антената тип чадър е телена монополна антена, която може да се използва като предавателна антена под 1 MHz в LF, MF и главно VLF лентите при достатъчно ниски честоти, че е невъзможно или непрактично да се направи цялостна четвърт вълнова монополна антена. Външният край на всеки радиален проводник е наклонен надолу от върха на антената и е свързан към носещо въже чрез изолатор, прикрепен към земята. Радиалните проводници ще превърнат тази антена в гигантски чадър с телена рамка.

Т-антена

T-антената е монополна радио антена, която е известна още като плоска горна или Т-въздушна антена. Тази антена включва един или над хоризонтални проводници, които са балансирани между две радио мачти, иначе сгради и защитени в краищата от тях. Хоризонтален проводник е просто свързан към средата на хоризонталните проводници, виси много близо до земята и е свързан към предавателя (или) приемника. T-антените обикновено се използват в MF, LF, VLF и късовълнови ленти. Тези антени се използват широко като предавателни антени главно за любителски радиостанции, средни вълни и дълги вълни AM излъчващи станции. За слушане на къси вълни тези антени се използват като приемни антени.

Сгъната еднополюсна антена

Това е един вид монополна мачтова радиаторна антена, използвана главно като предавателна антена в средната вълнова лента за AM радиостанции. Тази антена включва основно мачта или вертикален метален прът, свързан към нейната заземителна система, която включва вкопани проводници. Мачтата е просто оградена от вертикални проводници, които са електрически свързани на върха на мачтата. Тези проводници са просто свързани с метален пръстен близо до основата на мачтата и захранващата мощност на захранващата линия от предавателя е прикрепена между пръстена и земята. Тази антена е най-добрият избор, когато една AM радиостанция споделя кула с други антени, като антени за FM излъчване.

Обърната F антена

Антената с обърната F се използва най-вече при микровълнови и UHF честоти в безжичната комуникация. Той включва монополна антена, която върви успоредно на заземената равнина и е заземена в единия край. Тази антена се захранва от средна точка от разстоянието на заземения край. Тази антена е по-компактна, което й позволява да излъчва мощност ефективно и т.н. Тези антени се използват широко в безжични компактни ръчни устройства. Те се използват на военни полигони в рамките на телеметрични приложения.

Монополна антена срещу диполна антена

Разликата между монополна антена и диполна антена е разгледана по-долу.

Предимства и недостатъци

The предимства на монополната антена включват следното.

• Монополните антени са много лесни за изграждане и инсталиране
• Те са здрави и не са скъпи за производство.
• Тази антена има доста висок реактивен импеданс над по-голямата част от нейния честотен диапазон.
• Когато тази антена стане по-дълга и загубите на земята намалят, тогава ефективността на антената става по-добра.
• Монополна антена от вертикален тип се използва за всяка честота, по-къса от 2/3 от дължината на вълната.
• Това са прости многопосочни антени, които използват по-малко пространство в сравнение с масив от антени с колела, монтирани една върху друга.
• Тези антени обработват комуникации във всеки път, освен вертикално върху антената.
• Печатните монополни антени се използват широко поради много предимства като ниска цена, нисък профил, проста изработка, по-малко тегло и комбинация с други активни устройства.

The недостатъци на монополната антена включват следното.

• Има лошо излъчване във всички посоки, тъй като излъчва равномерно във всички посоки.
• Тези са скъпи.
• Отраженията на сигнала могат да бъдат причинени от метални предмети и земята, така че можете да получите както вертикално, така и хоризонтално поляризирани сигнали.
• Ограниченията на дизайна и размера, необходими за заземяване на тази антена, често са ограничителни.
• Диаграмата на излъчване на тази антена зависи главно от посоката на земната равнина.

Приложения

The употреби/приложения на монополна антена ae включват следното.

• Монополните антени се използват в различни области като космическа наука, радарни технологии, биомедицина, изследвания и др.
• Монополът често се използва като резонансна антена, където прътът на тази антена работи като отворен резонатор, особено за радиовълни и се колебае чрез стоящи вълни на ток и напрежение по дължината си. Така че дължините на антената просто се определят от предпочитаната дължина на вълната на радиовълните.
• Този тип антена се използва широко в безжичните комуникационни системи.
• Монополюсна антена с нископрофилен петоъгълен модел е проектирана и използвана за носими приложения.
• Тази антена се използва широко в автомобили, преносими AM или FM радиостанции и др
• Много ефективна, евтина и нископрофилна монополна антена се използва в двулентови, многолентови и UWB (свръхшироколентови) приложения.

По този начин, това е преглед на монополна антена – работещи, видове с приложения. The характеристики на монополна антена главно зависят от заземената повърхност и геометрията на радиатора. Тези антени се използват широко в различни области като космическа наука, радарни технологии, безжични комуникационни системи и биомедицински изследвания поради много предимства като по-ниска цена, нисък профил, леко тегло, лесно производство и комбиниране чрез други активни устройства. Ето един въпрос за вас, какво е диполна антена?