Monopolantenne: Design, funktion, typer og dens applikationer

En radiopioner ved navn 'Guglielmo Marconi' opfandt en monopolantenne i 1895 og patenterede året 1896 under sine første historiske eksperimenter i radiokommunikation. Så denne antenne er også kendt som Marconi-antennen. Dette er halvdelen af ​​en dipol antenne anbragt over et ledende jordplan. Så kvartbølge-monopolantennen er den mest almindelige type, hvor denne antenne er omkring 1/4 af radiobølgelængden. Disse antenner bruges i internetnetværk og mobilkommunikation. Så denne artikel diskuterer en oversigt over en monopol antenne – arbejde med applikationer.

Monopol antenne definition

En type radioantenne, der inkluderer en lige stangformet leder, der er vinkelret monteret over et jordplan, er kendt som en monopolantenne. Denne antenne er en simpel entrådsantenne, der hovedsageligt bruges til både at sende og modtage signaler, så bredt brugt i trådløse kommunikationssystemer.

I en monopolantenne fungerer lederstangen som en åben resonator hovedsageligt til radiobølger og svinger ved stående spænding og strømbølger gennem dens længde. Antennens længde bestemmes ganske enkelt afhængigt af den ønskede radiobølgelængde. Det monopole antenne frekvensområde er fra 1,7-2 GHz, med en gennemsnitlig forstærkning på 3,7 dBi.

Monopol antenne design

En monopolantenne er ½ (halvdelen) af en dipolantenne, som næsten er monteret oven på en type jordplan. Så denne antenne er monteret på et uendeligt jordplan med en 'L' længde som vist nedenfor. Ved billedteori kan felterne på jordplanet findes gennem antennen inden for fri plads, som er vist i det andet diagram. Dette er blot en dipol-antenne med to gange en monopol-antennes L (længde).

I den første figur er felterne på jordplanet lig med felterne. Felterne af monopolantennen under jordplanet inden for denne figur er nul. Monopolantennens retningsevne er direkte relateret til en dipolantenne. Hvis en dipolantennes retningsevne med længden 2L er D1, så vil monopolantennens retningsevne med længden 'L' have D1+3, hvilket betyder, at monopolantennens retningsevne er det dobbelte af dipolantennens retningsevne. Hovedårsagen til dette er kun fordi der ikke finder nogen stråling sted under jordplanet; således er antennen effektivt fordoblet som 'direktiv'.

Monopol antenne arbejdsprincip

Arbejdsprincippet for en monopol antenne er; når strømmen føres til en monopol, så udstråles den tilsvarende i alle retninger lodret i forhold til antennens længde over jordplanet, hvorpå den er monteret. Denne antennes strålingsmønster er rundstrålende, så den udstråler med tilsvarende effekt i alle retninger vinkelret på antennen. Den udstrålede effekt fra antennen ændres med elevationsvinklen gennem strålingen, der falder til nul ved toppen på antennens akse.

Monopol antenne strålingsmønster

Strålingsmønsteret er repræsentationen af ​​antennens bølgefrontemission eller -modtagelse for at specificere dens styrke, så man nemt kan genkende antennens funktion & retningsbestemmelse.

Når strømmen udsendes fra antennen, har det en effekt på fjern- og nærfeltsområder. Strålingsmønsteret kan plottes grafisk som en vinkelposition og radial afstandsfunktion fra enhver antenne. Strålingsmønsteret for monopolantennen er vist nedenfor.

Strålingsmønsteret for monopolantennen er rundstrålende, så den udsender lige stor effekt i alle retninger, som er lodrette i forhold til monopolantennen. Den udstrålede effekt af antennen ændres med elevationsvinklen ved affaldsstrålingen til nul ved toppen på antennens akse. Den udsender lodret polariserede radiobølger.

I ovenstående diagram er de lodrette strålingsmønstre af tre monopole antennegrafer med forskellige længder monteret over en fuldstændig ledende jord.

Linjens radiale afstand fra kilden ved enhver højdevinkel er ganske enkelt proportional med den udstrålede effekttæthed ved denne højde. Den radiale akse er justeret inden for effekttæthed, der er i forhold til en kvartbølge monopol & decibel-isotrop. Så den 0,25λ blå farve kvartbølge monopolbølge har en model svarende til den højere halvdel af et dipolantennemønster. Den 0,5λ grøn farve halvbølge monopol udstråler mere kraft i vandrette retninger. Monopolantennens højeste vandrette stråling kan ganske enkelt opnås ved en længde af den røde farvebølge med 0,625λ.

Strålingsmønsteret ved over 0,5λ halvbølgelængder adskilles i to lapper gennem en anden konisk lobe, der er rettet mod himlen. Den højeste ved 0,625λ opstår, fordi den omvendte fasestråling fra de to lapper ved høje vinkler annullerer komprimeringen af ​​mere kraft ind i den vertikale lobe.

Monopol antennetyper

Der er forskellige typer monopole antenner som en pisk, spiralformet, gummi ducky random wire, paraply, maste radiator, inverteret-L, T-antenne, stelplan, foldet unipole & inverted-F, som diskuteres nedenfor.

Pisk antenne

En piskeantenne er en type monopolantenne, og den er meget fleksibel, så den ikke knækker simpelthen. Navnet på denne antenne blev afledt af den pisklignende bevægelse, der udviser en gang forstyrret. Denne antenne inkluderer simpelthen en lige fleksibel stang eller ledning, og bunden af ​​denne antenne er simpelthen forbundet til radiosenderen eller -modtageren.

Til bærbare radioer er disse antenner ofte designet med et sæt sammenlåsende teleskopiske metalrør, så de kan trækkes tilbage, når de ikke er i brug. Længere piske er hovedsageligt designet til at monteres på køretøjer samt strukturer, der er designet med en fleksibel glasfiberstang, cirka en trådkerne og kan være op til 11 m lange. Den perfekte længde af denne antenne kan bestemmes gennem radiobølgernes bølgelængde.

Disse er de mest anvendte monopolantenner i HF-, UHF- og VHF-radiobåndene. Disse er flittigt brugt til FM-radioer, trådløse telefoner, håndholdte radioer, Wi-Fi-aktiverede enheder, walkie-talkies og boombokse. Disse er forbundet til køretøjer til bilradioer samt 2-vejs radioer til køretøjer & fly.

Spiralantenne

En spiralformet antenne omfatter minimum en eller flere ledende ledninger, som er viklet i en spiralform. Når en spiralformet antenne er designet med en spiralformet ledning, er denne antenne kendt som monofilar, mens antenner designet med minimum 2 eller 4 ledninger inden for en helix kaldes quadrifilar/bifilar. Se venligst dette link for at vide mere om – Spiralantenne .

Random Wire Antenne

En tilfældig ledningsantenne inkluderer en lang ledning, der er ophængt over jorden, hvor ledningen er lige eller kan spændes frem og tilbage mellem vægge eller træer, bare for at få den tilstrækkelige ledning i luften. På grund af den enorme variation i antennestrukturen, kan effektiviteten ændre sig fra en fix til en anden.

Tilfældige ledningsantenner bruges i vid udstrækning som modtageantenner på kortbølge-, mellembølge- og langbølgebåndene, og disse antenner bruges som sendeantenner på disse bånd hovedsageligt til nød- eller midlertidige sendestationer, små udendørs og på steder, hvor mere permanente antenner ikke kan blive monteret.

Gummi Ducky Antenne

Gummi ducky-antennen er en kort monopol-antenne, der fungerer rimeligt som en base-belastet piskeantenne. Denne antenne inkluderer en smal spiralformet fjedrende ledning lukket i en plastik- eller gummikappe for at beskytte antennen. Disse antenner bruges hovedsageligt i håndholdt radioudstyr på UHF & VHF frekvenser.

Disse antenner bruges i forskellige bærbare radioenheder som walkie-talkies, bærbare scannere, og hvor sikkerhed og robusthed har prioritet over elektromagnetisk ydeevne. Denne antenne er meget fleksibel og velegnet til håndholdt drift, især når den bæres på bæltet sammenlignet med tidligere stive teleskopantenner.

Mast radiator

En maste radiator er en type monopol antenne. Dette er et udstrålende tårn eller radiomast, hvor metalstrukturen får strøm og fungerer som en antenne. Dette bruges normalt til at sende antenner, der fungerer ved lave frekvenser inden for MF- og LF-båndene, især brugt til AM-radiostationer. Denne antennes base er normalt monteret på en ikke-ledende understøtning for at beskytte den mod jorden.

Paraply antenne

En paraplyantenne er en ledningsmonopolantenne, der kan bruges som sendeantenner under 1 MHz i LF-, MF- og hovedsagelig VLF-båndene ved tilstrækkeligt lave frekvenser til, at det er umuligt eller upraktisk at lave en kvartbølge-monopolantenne i fuld størrelse. Den ydre ende af hver radial ledning skråner ned fra toppen af ​​antennen og er forbundet til et støttende reb gennem en isolator, der er fastgjort til jorden. De radiale ledninger vil gøre denne antenne til den gigantiske paraply med en trådramme.

T-antenne

En T-antenne er en monopol radioantenne, som også er kendt som en flad-top- eller T-antenne. Denne antenne inkluderer en eller flere vandrette ledninger, som er balanceret mellem to radiomaster ellers bygninger og beskyttet i enderne mod dem. En vandret ledning er simpelthen forbundet til midten af ​​de vandrette ledninger, hænger ned meget tæt på jorden og er forbundet til senderen (eller modtageren). T-antenner bruges normalt i MF-, LF-, VLF- og kortbølgebåndene. Disse antenner bruges i vid udstrækning som sendeantenner hovedsageligt til amatørradiostationer, mellembølge- og langbølge-AM-radiostationer. Til kortbølgelytning bruges disse antenner som modtageantenner.

Sammenfoldet Unipole Antenne

Dette er en slags monopol-mast-radiatorantenne, der hovedsageligt bruges som en sendeantenne inden for mellembølgebåndet til AM-radiostationer. Denne antenne inkluderer hovedsageligt en mast eller lodret metalstang forbundet til dens jordforbindelse, der inkluderer nedgravede ledninger. Masten er simpelthen omsluttet af lodrette ledninger, som er elektrisk forbundet på mastens tinde. Disse ledninger er simpelthen forbundet med en metalring tæt på bunden af ​​masten, og fødestrømmen fra senderen er fastgjort mellem ringen og jorden. Denne antenne er det bedste valg, når en AM-radiostation deler et tårn med andre antenner som f.eks. FM-sendeantenner.

Inverteret-F antenne

En inverteret-F-antenne bruges mest ved mikrobølge- og UHF-frekvenser inden for trådløs kommunikation. Det inkluderer en monopol antenne, der løber parallelt med et jordplan og jordet i den ene ende. Denne antenne fødes fra et midtpunkt fra afstanden til den jordede ende. Denne antenne er mere kompakt, hvilket giver den mulighed for at udsende strøm effektivt osv. Disse antenner er flittigt brugt i trådløse kompakte håndholdte enheder. Disse bruges ved militære testområder inden for telemetriapplikationer.

Monopolantenne vs dipolantenne

Forskellen mellem monopolantenne og dipolantenne diskuteres nedenfor.

Fordele og ulemper

Det monopol antenne fordele omfatte følgende.

• Monopolantenner er meget enkle at bygge og installere
• Disse er robuste og ikke dyre at lave.
• Denne antenne har en ret høj reaktiv impedans over det meste af dens frekvensområde.
• Når denne antenne bliver længere og jordtabene mindskes, bliver antennens effektivitet bedre.
• En monopolantenne af lodret type bruges til enhver frekvens, der er kortere end 2/3 af bølgelængden.
• Disse er simple rundstrålende antenner, der bruger mindre plads sammenlignet med en række hjulantenner monteret oven på hinanden.
• Disse antenner håndterer kommunikation inden for enhver vej undtagen lodret oven på antennen.
• Trykte monopolantenner er flittigt brugt på grund af mange fordele som lav pris, lav profil, enkel fremstilling, mindre vægt og kombination med andre aktive enheder.

Det monopol antenne ulemper omfatte følgende.

• Den har dårlig stråling i alle retninger, fordi den udstråler jævnt i alle retninger.
• Disse er dyre.
• Signalrefleksioner kan være forårsaget af metalgenstande og jorden, så du kan få både lodret og vandret polariserede signaler.
• De design- og størrelsesbegrænsninger, der kræves for et jordplan i denne antenne, er ofte restriktive.
• Denne antennes strålingsmønster afhænger hovedsageligt af retningen af ​​jordplanet.

Ansøgninger

Det anvendelser/anvendelser af monopol antenne ae omfatter følgende.

• Monopolantenner bruges inden for forskellige områder som rumvidenskab, radarteknologi, biomedicin, forskning osv.
• Monopolen bruges ofte som en resonansantenne, hvor stangen på denne antenne fungerer som en åben resonator, især for radiobølger og svinger gennem stående bølger af strøm og spænding gennem dens længde. Så antennelængderne bestemmes simpelthen af ​​den foretrukne radiobølgelængde.
• Denne type antenne bruges i vid udstrækning inden for trådløse kommunikationssystemer.
• En monopol antenne med en lav-profil femkantet model er designet og brugt til bærbare applikationer.
• Denne antenne bruges i vid udstrækning i biler, bærbare AM- eller FM-radioer osv
• En meget effektiv, lavpris- og lavprofilbaseret monopol-antenne bruges i dual-band, multi-band og UWB (ultra-wideband) applikationer.

Dette er således en oversigt over en monopol antenne – arbejder, typer med applikationer. Det monopol antenne egenskaber afhænger hovedsageligt af jordplanet og radiatorgeometrien. Disse antenner bruges i vid udstrækning inden for forskellige områder som rumvidenskab, radarteknologi, trådløse kommunikationssystemer og biomedicinsk forskning på grund af mange fordele som mindre omkostninger, lav profil, letvægts, nem fremstilling og kombination gennem andre aktive enheder. Her er et spørgsmål til dig, hvad er en dipolantenne?