Monopola antena: dizains, darbība, veidi un pielietojums

Radio pionieris Guglielmo Marconi izgudroja monopola antenu 1895. gadā un patentēja 1896. gadu, veicot pirmos vēsturiskos eksperimentus radiosakaru jomā. Tāpēc šī antena ir pazīstama arī kā Marconi antena. Šī ir puse no a dipola antena izvietoti virs vadošas iezemētas plaknes. Tātad ceturkšņa viļņu monopola antena ir visizplatītākais veids, kur šī antena ir aptuveni 1/4 no radioviļņu viļņa garuma. Šie antenas tiek izmantoti interneta tīklos un mobilajos sakaros. Tātad šajā rakstā ir aplūkots pārskats par a monopola antena – darbs ar aplikācijām.

Monopola antenas definīcija

Radio antenas veids, kas ietver taisna stieņa formas vadītāju, kas ir perpendikulāri uzstādīts virs zemes plaknes, ir pazīstams kā monopola antena. Šī antena ir vienkārša un viena vada antena, ko galvenokārt izmanto gan signālu pārraidīšanai, gan saņemšanai, tāpēc to plaši izmanto bezvadu sakaru sistēmās.

Monopola antenā vadītāja stienis darbojas kā atvērts rezonators galvenokārt radioviļņiem un svārstībām, stāvot sprieguma un strāvas viļņiem visā tā garumā. Antenas garumu vienkārši nosaka atkarībā no vēlamā radioviļņu garuma. Monopola antenas frekvenču diapazons ir no 1,7 līdz 2 GHz ar vidējo pastiprinājumu 3,7 dBi.

Monopola antenas dizains

Monopola antena ir ½ (puse) no dipola antenas, kas ir gandrīz uzstādīta virs kāda veida iezemētās plates. Tātad šī antena ir uzstādīta uz bezgalīgas iezemētas plaknes ar “L” garumu, kā parādīts zemāk. Pēc attēla teorijas laukus uz zemes plaknes var atrast caur antenu brīvā telpā, kas parādīta otrajā diagrammā. Šī ir tikai dipola antena ar divreiz lielāku monopola antenas L (garumu).

Pirmajā attēlā lauki uz zemes plaknes ir vienādi ar laukiem. Monopola antenas lauki zem iezemētās plaknes šajā attēlā ir nulle. Monopola antenas virzība ir tieši saistīta ar dipola antenu. Ja dipola antenas virzienam ar garumu 2L ir D1, tad monopola antenas virzienam ar garumu “L” būs D1+3, kas nozīmē, ka monopola antenas virziena ir divas reizes lielāka par dipola antenas virzienu. Galvenais iemesls tam ir tikai tāpēc, ka zem zemes plāksnes nenotiek starojums; tādējādi antena tiek efektīvi dubultota kā 'direktīva'.

Monopola antenas darbības princips

Monopola antenas darbības princips ir; ja strāva tiek padota monopolam, tad tā tiek izstarota līdzīgi visos virzienos vertikāli pret antenas garumu virs zemes plaknes, uz kuras tā ir uzstādīta. Šīs antenas starojuma shēma ir daudzvirzienu, tāpēc tā izstaro ar līdzvērtīgu jaudu visos virzienos taisnā leņķī pret antenu. Antenas izstarotā jauda mainās līdz ar pacēluma leņķi, starojumam samazinoties līdz nullei pīķa punktā uz antenas ass.

Monopola antenas starojuma modelis

Radiācijas modelis ir antenas viļņu frontes emisijas vai uztveršanas attēlojums, lai norādītu tās stiprumu, lai varētu viegli atpazīt antenas funkciju un virzienu.

Kad jauda tiek izstarota no antenas, tas ietekmē tāla un tuva lauka reģionus. Radiācijas modeli var attēlot grafiski kā leņķiskās pozīcijas un radiālā attāluma funkciju no jebkuras antenas. Monopola antenas starojuma shēma ir parādīta zemāk.

Monopola antenas starojuma shēma ir daudzvirzienu, tāpēc tā izstaro vienādu jaudu visos virzienos, kas ir vertikāli pret monopola antenu. Antenas izstarotā jauda mainās līdz ar pacēluma leņķi, samazinoties starojumam līdz nullei pīķa punktā uz antenas ass. Tas vertikāli izstaro polarizētus radioviļņus.

Iepriekš minētajā diagrammā trīs dažāda garuma monopola antenu diagrammu vertikālie starojuma modeļi ir uzstādīti virs pilnībā vadoša zemes.

Līnijas radiālais attālums no avota jebkurā pacēluma leņķī ir vienkārši proporcionāls izstarotās jaudas blīvumam šajā augstumā. Radiālā ass tiek regulēta jaudas blīvuma robežās, kas ir attiecībā pret ceturtdaļas viļņa monopolu un decibelu izotropu. Tātad 0,25 λ zilas krāsas ceturkšņa viļņa monopola viļņam ir modelis, kas vienāds ar dipola antenas modeļa augstāko pusi. 0,5 λ zaļās krāsas pusviļņa monopols izstaro vairāk jaudas horizontālos virzienos. Monopola antenas augstāko horizontālo starojumu var vienkārši sasniegt sarkanās krāsas viļņa garumā ar 0,625 λ.

Radiācijas modelis, kas pārsniedz 0,5 λ pusviļņa garumu, sadalās divās daivās caur otru konisku daivu, kas ir vērsta uz debesīm. Augstākais pie 0,625 λ rodas tāpēc, ka lielos leņķos divu daivu apgrieztās fāzes starojums atceļ lielākas jaudas saspiešanu vertikālajā daivā.

Monopola antenu veidi

Pastāv dažāda veida monopola antenas, piemēram, pātagas, spirālveida, gumijas nejaušas stieples, lietussargs, masta radiators, apgrieztā L veida antena, T veida antena, iezemētā plakne, salocīta unipola un apgrieztā F, kas ir apskatītas tālāk.

Pātagas antena

Pātagas antena ir monopola antena, un tā ir ļoti elastīga, lai tā vienkārši neplaisātu. Šīs antenas nosaukums tika atvasināts no pātagas veida kustības, kas kādreiz ir traucēta. Šī antena vienkārši ietver taisnu elastīgu stieni vai vadu, un šīs antenas apakšdaļa ir vienkārši savienota ar radio raidītāju vai uztvērēju.

Pārnēsājamiem radioaparātiem šīs antenas bieži ir konstruētas ar bloķējošu teleskopisku metāla cauruļu komplektu, tādējādi tās var atvilkt atpakaļ, kad tās netiek lietotas. Garākas pātagas galvenokārt ir paredzētas uzstādīšanai uz transportlīdzekļiem, kā arī konstrukcijām, kas ir konstruētas ar elastīgu stikla šķiedras stieni, kas ir aptuveni stieples serdeņa garumā un var būt līdz 11 m garas. Šīs antenas ideālo garumu var noteikt, izmantojot radioviļņu viļņa garumu.

Šīs ir visbiežāk izmantotās monopola antenas HF, UHF un VHF radio joslās. Tos plaši izmanto FM radioaparātos, bezvadu tālruņos, rokas radioaparātos, ierīcēs ar iespējotu Wi-Fi, rācijām un kārbām. Tie ir savienoti ar transportlīdzekļiem automašīnu radio, kā arī transportlīdzekļu un lidmašīnu divvirzienu radio.

Spirālveida antena

Spirālveida antena ietver vismaz vienu vai vairāk vadošu vadu, kas ir savīti spirāles formā. Ja spirālveida antena ir konstruēta ar vienu spirālveida vadu, tad šo antenu sauc par monofilāru, turpretim antenas, kurās ir vismaz 2 vai 4 vadi spirālē, sauc par četrpavedienu/bifilāru. Lūdzu, skatiet šo saiti, lai uzzinātu vairāk par - Spirālveida antena .

Izlases vadu antena

Nejauši izvēlēta stiepļu antena ietver garu vadu, kas ir piekārts virs zemes vietā, kur vads ir taisns, vai arī var būt savērts uz priekšu un atpakaļ starp sienām vai kokiem, lai pietiekami daudz vadu nonāktu gaisā. Tā kā antenas struktūra ir ļoti atšķirīga, efektivitāte var mainīties no viena labojuma uz citu.

Izlases vadu antenas tiek plaši izmantotas kā uztveršanas antenas īsviļņu, vidējo viļņu un garo viļņu joslās, un šīs antenas šajās joslās izmanto kā raidīšanas antenas galvenokārt avārijas vai pagaidu raidstacijām, mazām āra antenām un vietās, kur pastāvīgākas antenas nevar izmantot. jāuzstāda.

Gumijas Ducky antena

Gumijas pīļu antena ir īsa monopola antena, kas darbojas kā bāzes noslogota pātagas antena. Šajā antenā ir šaurs spirāles formas atsperīgs vads, kas noslēgts plastmasas vai gumijas apvalkā, lai aizsargātu antenu. Šīs antenas galvenokārt izmanto parocīgās rokas radioiekārtās UHF un VHF frekvencēs.

Šīs antenas tiek izmantotas dažādās pārnēsājamās radio ierīcēs, piemēram, rācijās, skeneros, pārnēsājamos raiduztvērējos un kur drošība un robustums ir svarīgāki par elektromagnētisko veiktspēju. Šī antena ir ļoti elastīga un piemērota lietošanai rokās, it īpaši, ja to nēsā pie jostas, salīdzinot ar iepriekšējām stingra teleskopiskā tipa antenām.

Masta radiators

Masta radiators ir monopola antenas veids. Šis ir izstarojošs tornis vai radio masts, kurā metāla konstrukcija tiek pievadīta un darbojas kā antena. To parasti izmanto, lai pārraidītu antenas, kas darbojas zemās frekvencēs MF un LF joslās, īpaši AM radio apraides stacijām. Šīs antenas pamatne parasti ir uzstādīta uz nevadoša atbalsta, lai aizsargātu to no zemes.

Lietussarga antena

Lietussarga antena ir stiepļu monopola antena, ko var izmantot kā raidīšanas antenas zem 1 MHz LF, MF un galvenokārt VLF joslās pietiekami zemās frekvencēs, ka nav iespējams vai nepraktiski izveidot pilna izmēra ceturtdaļas viļņu monopola antenu. Katra radiālā vada ārējais gals ir slīps uz leju no antenas gala un ir savienots ar atbalsta virvi caur izolatoru, kas piestiprināts pie zemes. Radiālie vadi padarīs šo antenu par milzu lietussargu ar stiepļu rāmi.

T veida antena

T veida antena ir monopola radio antena, ko sauc arī par plakanu vai T veida antenu. Šajā antenā ir viens vai virs horizontāliem vadiem, kas ir līdzsvaroti starp diviem radio mastiem, citādi ēkām un galos no tiem aizsargāti. Horizontālais vads ir vienkārši savienots ar horizontālo vadu vidu, karājas ļoti tuvu zemei ​​un ir savienots ar raidītāju (vai uztvērēju). T veida antenas parasti izmanto MF, LF, VLF un īsviļņu joslās. Šīs antenas plaši izmanto kā raidīšanas antenas galvenokārt amatieru radiostacijām, vidējo viļņu un garo viļņu AM apraides stacijām. Īsviļņu klausīšanai šīs antenas tiek izmantotas kā uztveršanas antenas.

Salocīta Unipoles antena

Šī ir viena veida monopola masta radiatora antena, ko galvenokārt izmanto kā raidīšanas antenu vidējo viļņu diapazonā AM radio apraides stacijām. Šajā antenā galvenokārt ir masts vai vertikāls metāla stienis, kas savienots ar tās zemējuma sistēmu, kurā ietilpst ierakti vadi. Mastu vienkārši norobežo vertikāli vadi, kas ir elektriski savienoti masta smailē. Šie vadi ir vienkārši savienoti ar metāla gredzenu tuvu masta pamatnei, un padeves līnijas barošanas jauda no raidītāja ir piestiprināta starp gredzenu un zemi. Šī antena ir labākā izvēle ikreiz, kad AM radiostacijai ir kopīgs tornis ar citām antenām, piemēram, FM apraides antenām.

Apgrieztā F antena

Apgrieztā F antena galvenokārt tiek izmantota mikroviļņu un UHF frekvencēs bezvadu sakaros. Tajā ir iekļauta monopola antena, kas darbojas paralēli iezemētajai plaknei un ir iezemēta vienā galā. Šī antena tiek barota no viduspunkta no iezemētā gala attāluma. Šī antena ir kompaktāka, ļaujot tai efektīvi izstarot enerģiju utt. Šīs antenas tiek plaši izmantotas bezvadu kompaktajās rokas ierīcēs. Tie tiek izmantoti militārajos testu diapazonos telemetrijas lietojumprogrammās.

Monopola antena vs dipola antena

Atšķirība starp monopola antenu un dipola antenu ir aplūkota tālāk.

Priekšrocības un trūkumi

The monopola antenas priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.

• Monopola antenas ir ļoti vienkārši uzbūvējamas un arī uzstādāmas
• Tie ir izturīgi, un to izgatavošana nav dārga.
• Šai antenai ir diezgan augsta reaktīvā pretestība, kas pārsniedz lielāko daļu tās frekvenču diapazona.
• Kad šī antena kļūst garāka un tiek samazināti zemes zudumi, antenas efektivitāte kļūst labāka.
• Vertikāla tipa monopola antena tiek izmantota jebkurai frekvencei, kas ir īsāka par 2/3 no viļņa garuma.
• Tās ir vienkāršas daudzvirzienu antenas, kas aizņem mazāk vietas, salīdzinot ar riteņu antenu masīvu, kas uzstādītas viena virs otras.
• Šīs antenas nodrošina sakarus jebkurā ceļā, izņemot vertikāli antenas augšpusē.
• Drukātas monopola antenas tiek plaši izmantotas daudzu priekšrocību dēļ, piemēram, zemas izmaksas, zems profils, vienkārša izgatavošana, mazāks svars un kombinācija ar citām aktīvām ierīcēm.

The monopola antenas trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.

• Tam ir vājš starojums visos virzienos, jo tas izstaro vienmērīgi visos virzienos.
• Šīs ir dārgas.
• Signālu atspīdumu var izraisīt metāla priekšmeti un zeme, tāpēc jūs varat saņemt gan vertikāli, gan horizontāli polarizētus signālus.
• Šīs antenas iezemētajai plaknei nepieciešamie dizaina un izmēra ierobežojumi bieži vien ir ierobežojoši.
• Šīs antenas starojuma modelis galvenokārt ir atkarīgs no iezemētās plaknes virziena.

Lietojumprogrammas

The monopola antenas lietojumi/pielietojumi ae ietver sekojošo.

• Monopola antenas tiek izmantotas dažādās jomās, piemēram, kosmosa zinātnē, radaru tehnoloģijā, biomedicīnā, pētniecībā utt.
• Monopols bieži tiek izmantots kā rezonanses antena, kur šīs antenas stienis darbojas kā atvērts rezonators, īpaši radioviļņiem un svārstās caur stāvošiem strāvas un sprieguma viļņiem visā garumā. Tātad antenas garumus vienkārši nosaka vēlamais radioviļņu viļņa garums.
• Šāda veida antenas plaši izmanto bezvadu sakaru sistēmās.
• Monopola antena ar zema profila piecstūra modeli ir izstrādāta un izmantota valkājamām lietojumprogrammām.
• Šī antena tiek plaši izmantota automašīnās, portatīvajos AM vai FM radio utt
• Ļoti efektīva, zemu izmaksu un zema profila monopola antena tiek izmantota divjoslu, daudzjoslu un UWB (īpaši platjoslas) lietojumos.

Tādējādi tas ir monopola antenas pārskats – darba, tipi ar aplikācijām. The monopola antenas īpašības galvenokārt ir atkarīgi no iezemētās plaknes un radiatora ģeometrijas. Šīs antenas tiek plaši izmantotas dažādās jomās, piemēram, kosmosa zinātnē, radaru tehnoloģijā, bezvadu sakaru sistēmās un biomedicīnas pētījumos, jo tām ir daudz priekšrocību, piemēram, zemākas izmaksas, zems profils, viegls, vienkārša izgatavošana un kombinācija ar citām aktīvām ierīcēm. Šeit ir jautājums jums, kas ir dipola antena?