Antena jednobiegunowa: konstrukcja, działanie, rodzaje i zastosowania

Pionier radiowy o nazwisku „Guglielmo Marconi” wynalazł antenę jednobiegunową w 1895 roku i opatentował w 1896 roku podczas swoich pierwszych historycznych eksperymentów z komunikacją radiową. Więc ta antena jest również znana jako antena Marconiego. To jest połowa A antena dipolowa umieszczony nad przewodzącą płaszczyzną uziemienia. Tak więc ćwierćfalowa antena jednobiegunowa jest najczęstszym typem, w którym ta antena ma około 1/4 długości fali fal radiowych. Te anteny są używane w sieciach internetowych i komunikacji mobilnej. W tym artykule omówiono przegląd a antena jednobiegunowa – praca z aplikacjami.

Definicja anteny monopolowej

Typ anteny radiowej, który zawiera prosty przewodnik w kształcie pręta, który jest zamontowany prostopadle nad płaszczyzną uziemienia, jest znany jako antena jednobiegunowa. Ta antena jest prostą i jednoprzewodową anteną, używaną głównie do nadawania i odbierania sygnałów, tak szeroko stosowaną w systemach komunikacji bezprzewodowej.

W antenie jednobiegunowej pręt przewodzący działa jak otwarty rezonator głównie dla fal radiowych i oscyluje przez stojące fale napięcia i prądu na całej swojej długości. Długość anteny określa się w prosty sposób w zależności od pożądanej długości fali radiowej. Zakres częstotliwości anteny jednobiegunowej wynosi od 1,7 do 2 GHz, ze średnim zyskiem 3,7 dBi.

Projekt anteny monopolowej

Antena jednobiegunowa to ½ (połowa) anteny dipolowej, która jest prawie zamontowana na szczycie pewnego rodzaju płaszczyzny uziemienia. Tak więc ta antena jest zamontowana na nieskończonej płaszczyźnie uziemienia o długości „L”, jak pokazano poniżej. Zgodnie z teorią obrazu pola na płaszczyźnie uziemienia można znaleźć przez antenę w wolnej przestrzeni, co pokazano na drugim schemacie. To jest po prostu antena dipolowa o podwójnej długości L (długości) anteny jednobiegunowej.

Na pierwszym rysunku pola na płaszczyźnie uziemienia są równe polom. Pola anteny jednobiegunowej pod płaszczyzną uziemienia na tej figurze wynoszą zero. Kierunkowość anteny monopolowej jest bezpośrednio związana z anteną dipolową. Jeśli kierunkowość anteny dipolowej o długości 2L wynosi D1, to kierunkowość anteny monopolowej o długości „L” będzie miała D1+3, co oznacza, że ​​kierunkowość anteny monopolowej jest dwukrotnie większa niż kierunkowość anteny dipolowej. Głównym tego powodem jest tylko to, że pod płaszczyzną uziemienia nie zachodzi żadne promieniowanie; w ten sposób antena jest skutecznie podwojona jako „dyrektywa”.

Zasada działania anteny monopolowej

Zasada działania anteny jednobiegunowej to; gdy moc jest doprowadzana do monopolu, to jest ona wypromieniowywana podobnie we wszystkich kierunkach pionowych do długości anteny ponad płaszczyznę uziemienia, na której jest zamontowana. Charakterystyka promieniowania tej anteny jest dookólna, więc promieniuje ona z równoważną mocą we wszystkich kierunkach pod kątem prostym do anteny. Moc wypromieniowana z anteny zmienia się wraz z kątem elewacji poprzez spadek promieniowania do zera w szczycie na osi anteny.

Wzór promieniowania anteny monopolowej

Wzór promieniowania jest reprezentacją emisji lub odbioru czoła fali anteny w celu określenia jej siły, dzięki czemu można łatwo rozpoznać funkcję i kierunkowość anteny.

Gdy moc jest emitowana z anteny, ma to wpływ na obszary dalekiego i bliskiego pola. Wzorzec promieniowania można wykreślić graficznie jako funkcję położenia kątowego i odległości promieniowej od dowolnej anteny. Wzór promieniowania anteny jednobiegunowej pokazano poniżej.

Charakterystyka promieniowania anteny jednobiegunowej jest dookólna, więc emituje ona taką samą moc we wszystkich kierunkach, które są pionowe do anteny jednobiegunowej. Wypromieniowana moc anteny zmienia się wraz z kątem elewacji przez opadające promieniowanie do zera w szczycie na osi anteny. Pionowo emituje spolaryzowane fale radiowe.

Na powyższym schemacie pionowe charakterystyki promieniowania trzech wykresów anten jednobiegunowych o różnych długościach są zamontowane nad całkowicie przewodzącą ziemią.

Odległość promieniowa linii od źródła pod dowolnym kątem elewacji jest po prostu proporcjonalna do wypromieniowanej gęstości mocy na tej wysokości. Oś promieniowa jest regulowana w zakresie gęstości mocy, która odnosi się do monopolu ćwierćfalowego i izotropii w decybelach. Tak więc ćwierćfalowa fala jednobiegunowa koloru niebieskiego 0,25λ ma model równy wyższej połowie wzoru anteny dipolowej. Półfalowy monopol w kolorze zielonym 0,5λ promieniuje większą moc w kierunkach poziomych. Najwyższe promieniowanie poziome anteny jednobiegunowej można łatwo osiągnąć na długości fali koloru czerwonego o wartości 0,625λ.

Wzór promieniowania na długościach powyżej 0,5λ połowy długości fali rozdziela się na dwa płaty przez drugi płat stożkowy, który jest skierowany w niebo. Najwyższe przy 0,625λ występuje, ponieważ pod dużymi kątami promieniowanie odwróconej fazy dwóch listków anuluje kompresję większej mocy do płatka pionowego.

Rodzaje anten monopolowych

Istnieją różne typy anten jednobiegunowych, takie jak bicz, spirala, losowy drut gumowy, parasol, grzejnik masztowy, antena typu odwróconego L, antena T, płaszczyzna uziemienia, składany unipole i odwrócony F, które omówiono poniżej.

Antena biczowa

Antena biczowa jest rodzajem anteny jednobiegunowej i jest bardzo elastyczna, dzięki czemu nie pęka po prostu. Nazwa tej anteny pochodzi od ruchu przypominającego bicz, który wykazuje kiedyś zakłócenie. Ta antena zawiera po prostu prosty elastyczny pręt lub drut, a dolna część tej anteny jest po prostu podłączona do nadajnika lub odbiornika radiowego.

W przypadku radiotelefonów przenośnych anteny te są często projektowane z zestawem blokujących się teleskopowych metalowych rurek, dzięki czemu można je odciągnąć, gdy nie są używane. Dłuższe bicze są przeznaczone głównie do montażu na pojazdach i konstrukcjach, które są zaprojektowane z elastycznym prętem z włókna szklanego w przybliżeniu na rdzeniu z drutu i mogą mieć długość do 11 m. Idealną długość tej anteny można określić na podstawie długości fali fal radiowych.

Są to najczęściej stosowane anteny jednobiegunowe w pasmach radiowych HF, UHF i VHF. Są one szeroko stosowane w radiach FM, telefonach bezprzewodowych, radiotelefonach ręcznych, urządzeniach obsługujących Wi-Fi, krótkofalówkach i boom boxach. Są one podłączone do pojazdów do radia samochodowego, a także radiotelefonów dwukierunkowych do pojazdów i samolotów.

Antena spiralna

Antena spiralna zawiera co najmniej jeden lub więcej drutów przewodzących, które są uzwojone w postaci spirali. Kiedy antena spiralna jest zaprojektowana z jednym drutem spiralnym, wówczas antena ta jest znana jako monofilarna, podczas gdy anteny zaprojektowane z co najmniej 2 lub 4 drutami w spirali są wtedy nazywane quadrifilarnymi / bifilarnymi. Proszę odnieść się do tego linku, aby dowiedzieć się więcej o - Antena spiralna .

Losowa antena przewodowa

Antena z losowym drutem zawiera długi drut, który jest zawieszony nad ziemią, gdzie drut jest prosty, lub może być przeciągnięty tam iz powrotem między ścianami lub drzewami, aby uzyskać wystarczającą ilość drutu w powietrze. Ze względu na ogromną zmienność konstrukcji anteny, wydajność może zmieniać się z jednego ustawienia na drugie.

Anteny losowe są szeroko stosowane jako anteny odbiorcze w pasmach fal krótkich, średnich i długich, a te anteny są używane jako anteny nadawcze w tych pasmach, głównie w awaryjnych lub tymczasowych stacjach nadawczych, małych zewnętrznych i w miejscach, w których bardziej trwałe anteny nie mogą być montowany.

Antena Gumowa Kaczuszka

Gumowa antena typu kaczuszka to krótka antena jednobiegunowa, która działa dość podobnie jak antena biczowa z obciążeniem podstawowym. Ta antena zawiera wąski spiralny, sprężysty drut zamknięty w plastikowej lub gumowej osłonie chroniącej antenę. Anteny te są używane głównie w poręcznych przenośnych urządzeniach radiowych na częstotliwościach UHF i VHF.

Anteny te są używane w różnych przenośnych urządzeniach radiowych, takich jak krótkofalówki, przenośne nadajniki-odbiorniki skanerów i tam, gdzie bezpieczeństwo i solidność mają pierwszeństwo przed wydajnością elektromagnetyczną. Ta antena jest bardzo elastyczna i odpowiednia do obsługi ręcznej, zwłaszcza gdy jest noszona na pasku, w porównaniu do poprzednich sztywnych anten teleskopowych.

Chłodnica masztu

Promiennik masztowy to rodzaj anteny jednobiegunowej. Jest to wieża promieniująca lub maszt radiowy, w którym metalowa konstrukcja jest zasilana energią i działa jak antena. Jest to zwykle używane do anten nadawczych, które działają na niskich częstotliwościach w pasmach MF i LF, szczególnie używanych w stacjach radiowych AM. Podstawa tej anteny jest zwykle montowana na nieprzewodzącym wsporniku, aby chronić ją przed ziemią.

Antena parasolowa

Antena parasolowa to drutowa antena jednobiegunowa, która może być używana jako antena nadawcza poniżej 1 MHz w pasmach LF, MF i głównie VLF przy wystarczająco niskich częstotliwościach, że wykonanie pełnowymiarowej ćwierćfalowej anteny jednobiegunowej jest niewykonalne lub niepraktyczne. Zewnętrzny koniec każdego promieniowego drutu jest nachylony w dół od szczytu anteny i jest połączony z liną nośną przez izolator przymocowany do ziemi. Promieniowe przewody sprawią, że ta antena stanie się gigantycznym parasolem z drucianą ramą.

Antena typu T

Antena T to jednobiegunowa antena radiowa, znana również jako antena płaska lub antena T. Ta antena zawiera jeden lub więcej poziomych przewodów, które są wyważone między dwoma masztami radiowymi, w przeciwnym razie budynki i chronione na końcach przed nimi. Przewód poziomy jest po prostu podłączony do środka przewodów poziomych, zwisa bardzo blisko ziemi i jest podłączony do nadajnika (lub) odbiornika. Anteny T są zwykle używane w pasmach MF, LF, VLF i krótkofalowych. Anteny te są szeroko stosowane jako anteny nadawcze głównie w amatorskich stacjach radiowych, stacjach nadawczych AM na falach średnich i długich. Do słuchania na falach krótkich anteny te są używane jako anteny odbiorcze.

Składana antena unipolowa

Jest to jeden rodzaj anteny grzejnikowej z masztem monopolowym, używanej głównie jako antena nadawcza w paśmie fal średnich dla stacji radiowych AM. Ta antena zawiera głównie maszt lub pionowy metalowy pręt podłączony do systemu uziemiającego, który obejmuje zakopane przewody. Maszt jest po prostu otoczony pionowymi drutami, które są połączone elektrycznie na szczycie masztu. Przewody te są po prostu połączone metalowym pierścieniem blisko podstawy masztu, a zasilanie linii zasilającej z nadajnika jest podłączone między pierścieniem a ziemią. Ta antena jest najlepszym wyborem, gdy stacja radiowa AM dzieli wieżę z innymi antenami, takimi jak anteny nadawcze FM.

Odwrócona antena F

Antena odwróconej litery F jest używana głównie na częstotliwościach mikrofalowych i UHF w komunikacji bezprzewodowej. Zawiera antenę jednobiegunową, która biegnie równolegle do płaszczyzny uziemienia i jest uziemiona na jednym końcu. Ta antena jest zasilana ze środkowego punktu z odległości uziemionego końca. Ta antena jest bardziej kompaktowa, co pozwala na wydajną emisję energii itp. Anteny te są szeroko stosowane w bezprzewodowych kompaktowych urządzeniach ręcznych. Są one używane na wojskowych poligonach testowych w aplikacjach telemetrycznych.

Antena monopolowa kontra antena dipolowa

Różnicę między anteną jednobiegunową a anteną dipolową omówiono poniżej.

Zalety i wady

The Zalety anteny jednobiegunowej zawierać następujące.

• Anteny monopolowe są bardzo proste w budowie i instalacji
• Są wytrzymałe i niedrogie w wykonaniu.
• Ta antena ma dość wysoką impedancję reaktywną powyżej większości jej zakresu częstotliwości.
• Kiedy ta antena się wydłuża, a straty doziemne zmniejszają się, wydajność anteny poprawia się.
• Antena jednobiegunowa typu pionowego jest używana dla dowolnej częstotliwości krótszej niż 2/3 długości fali.
• Są to proste anteny dookólne, które zajmują mniej miejsca w porównaniu z układem anten kołowych montowanych jedna na drugiej.
• Te anteny obsługują komunikację na dowolnej ścieżce, z wyjątkiem pionowej na górze anteny.
• Drukowane anteny jednobiegunowe są szeroko stosowane ze względu na wiele zalet, takich jak niski koszt, niski profil, prosta produkcja, mniejsza waga i połączenie z innymi aktywnymi urządzeniami.

The Wady anten jednobiegunowych zawierać następujące.

• Ma słabe promieniowanie we wszystkich kierunkach, ponieważ promieniuje równomiernie we wszystkich kierunkach.
• To są drogie.
• Odbicia sygnału mogą być powodowane przez metalowe przedmioty i ziemię, więc możesz odbierać sygnały spolaryzowane zarówno w pionie, jak iw poziomie.
• Ograniczenia projektowe i rozmiarowe wymagane dla płaszczyzny uziemienia w tej antenie są często restrykcyjne.
• Charakterystyka promieniowania tej anteny zależy głównie od kierunku płaszczyzny uziemienia.

Aplikacje

The zastosowania/zastosowania anteny jednobiegunowej ae obejmują następujące elementy.

• Anteny monopolowe są wykorzystywane w różnych dziedzinach, takich jak nauka o kosmosie, technologia radarowa, biomedycyna, badania itp.
• Monopol jest często używany jako antena rezonansowa, w której pręt tej anteny działa jak otwarty rezonator, szczególnie dla fal radiowych i waha się przez fale stojące prądu i napięcia na całej swojej długości. Tak więc długości anten są po prostu określane przez preferowaną długość fali fal radiowych.
• Ten typ anteny jest szeroko stosowany w systemach komunikacji bezprzewodowej.
• Antena jednobiegunowa z niskoprofilowym modelem pięciokątnym została zaprojektowana i używana do zastosowań noszonych na ciele.
• Ta antena jest szeroko stosowana w samochodach, przenośnych radiach AM lub FM itp
• Bardzo wydajna, niedroga i niskoprofilowa antena jednobiegunowa jest używana w aplikacjach dwupasmowych, wielopasmowych i UWB (ultraszerokopasmowych).

Tak jest przegląd anteny jednobiegunowej – działające, typy z aplikacjami. The Charakterystyka anteny jednobiegunowej zależą głównie od płaszczyzny uziemienia i geometrii grzejnika. Anteny te są szeroko stosowane w różnych dziedzinach, takich jak nauka o kosmosie, technologia radarowa, systemy komunikacji bezprzewodowej i badania biomedyczne, ze względu na wiele korzyści, takich jak niższy koszt, niski profil, lekkość, łatwa produkcja i łączenie za pomocą innych aktywnych urządzeń. Oto pytanie do ciebie, co to jest antena dipolowa?