Монопольная антенна: конструкция, работа, типы и применение

Пионер радио по имени «Гульельмо Маркони» изобрел монопольную антенну в 1895 году и запатентовал ее в 1896 году во время своих первых исторических экспериментов в области радиосвязи. Поэтому эта антенна также известна как антенна Маркони. Это половина дипольная антенна расположен над проводящей заземляющей пластиной. Таким образом, четвертьволновая несимметричная антенна является наиболее распространенным типом антенны, длина которой составляет около 1/4 длины волны радиоволн. Эти антенны используются в интернет-сетях и мобильной связи. Итак, в этой статье обсуждается обзор несимметричная антенна – работа с приложениями.

Определение монопольной антенны

Тип радиоантенны, который включает в себя проводник в форме прямого стержня, установленный перпендикулярно над плоскостью заземления, известен как несимметричная антенна. Эта антенна представляет собой простую однопроводную антенну, в основном используемую как для передачи, так и для приема сигналов, поэтому широко используется в системах беспроводной связи.

В несимметричной антенне проводящий стержень работает как открытый резонатор, в основном для радиоволн, и колеблется за счет стоячих волн напряжения и тока по всей его длине. Длина антенны просто определяется в зависимости от желаемой длины волны радиоволн. Частотный диапазон несимметричной антенны составляет от 1,7 до 2 ГГц со средним коэффициентом усиления 3,7 дБи.

Конструкция монопольной антенны

Несимметричная антенна представляет собой ½ (половину) дипольной антенны, которая почти установлена ​​на вершине какого-либо типа заземления. Итак, эта антенна установлена ​​на бесконечной заземляющей плоскости с длиной L, как показано ниже. Согласно теории изображения, поля на плоскости земли можно найти через антенну в свободном пространстве, как показано на второй диаграмме. Это просто дипольная антенна с удвоенной L (длиной) несимметричной антенны.

На первом рисунке поля на плоскости земли равны полям. Поля несимметричной антенны под плоскостью заземления на этом рисунке равны нулю. Направленность несимметричной антенны напрямую связана с направленностью дипольной антенны. Если направленность несимметричной антенны длиной 2L равна D1, то направленность несимметричной антенны длиной L будет иметь D1+3, что означает, что направленность несимметричной антенны в два раза больше направленности дипольной антенны. Основная причина этого только в том, что под заземляющим слоем не происходит никакого излучения; таким образом, антенна эффективно удваивается как «направленная».

Принцип работы монопольной антенны

Принцип работы несимметричной антенны: когда мощность подается на монополь, она излучается одинаково во всех направлениях, вертикальных длине антенны над плоскостью земли, на которой она установлена. Диаграмма направленности этой антенны всенаправленная, поэтому она излучает с эквивалентной мощностью во всех направлениях под прямым углом к ​​антенне. Излучаемая мощность антенны изменяется с углом места за счет падения излучения до нуля в пике на оси антенны.

Диаграмма направленности монопольной антенны

Диаграмма направленности представляет собой представление излучения или приема волнового фронта антенны, чтобы указать его силу, чтобы можно было легко распознать функцию и направленность антенны.

Когда мощность излучается антенной, она влияет на дальние и ближние области поля. Диаграмма направленности может быть представлена ​​графически как функция углового положения и радиального расстояния от любой антенны. Диаграмма направленности несимметричной антенны показана ниже.

Диаграмма направленности несимметричной антенны является всенаправленной, поэтому она излучает одинаковую мощность во всех направлениях, вертикальных по отношению к несимметричной антенне. Излучаемая мощность антенны изменяется с углом места за счет спада излучения до нуля в пике на оси антенны. Он излучает вертикально поляризованные радиоволны.

На приведенной выше диаграмме вертикальные диаграммы направленности трех монопольных антенн разной длины смонтированы над полностью проводящим заземлением.

Радиальное расстояние линии от источника при любом угле возвышения просто пропорционально излучаемой плотности мощности на этом возвышении. Радиальная ось регулируется в пределах плотности мощности, которая относительно четвертьволнового монополя и децибел-изотропна. Таким образом, четвертьволновая монопольная волна синего цвета 0,25λ имеет модель, равную верхней половине диаграммы направленности дипольной антенны. Полуволновой монополь зеленого цвета 0,5λ излучает больше мощности в горизонтальных направлениях. Наибольшее горизонтальное излучение несимметричной антенны может быть просто достигнуто на длине волны красного цвета с 0,625λ.

Диаграмма направленности на длинах полуволн выше 0,5λ разделяется на два лепестка через второй конический лепесток, направленный в небо. Максимальное значение при 0,625 λ возникает потому, что при больших углах обратнофазовое излучение двух лепестков отменяет сжатие большей мощности в вертикальный лепесток.

Типы монопольных антенн

Существуют различные типы монопольных антенн, такие как штыревые, спиральные, резиновые уточки со случайным проводом, зонты, мачтовые излучатели, перевернутая L-образная, Т-образная антенна, плоскость заземления, сложенная однополюсная и перевернутая F, которые обсуждаются ниже.

Штыревая антенна

Штыревая антенна представляет собой тип несимметричной антенны, и она очень гибкая, поэтому ее нельзя просто расколоть. Название этой антенны было получено из-за хлыстообразного движения, которое проявляется после возмущения. Эта антенна просто включает в себя прямой гибкий стержень или провод, а нижняя часть этой антенны просто соединяется с радиопередатчиком или приемником.

Для портативных радиостанций эти антенны часто имеют набор взаимосвязанных телескопических металлических трубок, поэтому их можно отодвинуть назад, когда они не используются. Более длинные хлысты в основном предназначены для установки на транспортных средствах, а также на конструкциях, которые состоят из гибкого стержня из стекловолокна с проволочным сердечником и могут иметь длину до 11 м. Идеальную длину этой антенны можно определить по длине волны радиоволн.

Это наиболее часто используемые несимметричные антенны в радиодиапазонах HF, UHF и VHF. Они широко используются для FM-радио, беспроводных телефонов, портативных радиоприемников, устройств с поддержкой Wi-Fi, раций и бум-боксов. Они подключены к автомобилям для автомобильных радиостанций, а также двухсторонних радиостанций для автомобилей и самолетов.

Спиральная антенна

Спиральная антенна включает как минимум один или более проводников, намотанных в виде спирали. Если спиральная антенна состоит из одного спирального провода, то такая антенна называется монофилярной, тогда как антенны, в которых минимум 2 или 4 провода внутри спирали, называются квадрифилярными/бифилярными. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о - Спиральная антенна .

Случайная проводная антенна

Антенна со случайным проводом включает в себя длинный провод, который подвешен над землей, где провод прямой, или может быть натянут взад и вперед между стенами или деревьями, чтобы получить достаточное количество провода в воздух. Из-за огромной изменчивости конструкции антенны эффективность может меняться от одного исправления к другому.

Случайные проволочные антенны широко используются в качестве приемных антенн в диапазонах коротких, средних и длинных волн, и эти антенны используются в качестве передающих антенн в этих диапазонах, в основном для аварийных или временных передающих станций, небольших наружных и в местах, где более постоянные антенны не могут быть смонтирован.

Антенна резиновой уточки

Антенна с резиновой уточкой представляет собой короткую несимметричную антенну, которая работает как штыревая антенна с базовой нагрузкой. Эта антенна включает в себя узкую спиральную пружинистую проволоку, закрытую пластиковой или резиновой оболочкой для защиты антенны. Эти антенны в основном используются в портативном радиооборудовании на частотах UHF и VHF.

Эти антенны используются в различных портативных радиоустройствах, таких как рации, сканеры, портативные приемопередатчики, а также там, где безопасность и надежность имеют приоритет над электромагнитными характеристиками. Эта антенна очень гибкая и подходит для работы с рук, особенно при ношении на ремне, по сравнению с прежними жесткими антеннами телескопического типа.

Мачта радиатора

Мачтовый излучатель представляет собой тип несимметричной антенны. Это излучающая башня или радиомачта, металлическая конструкция которой находится под напряжением и работает как антенна. Обычно это используется для передающих антенн, которые работают на низких частотах в диапазонах MF и LF, особенно используемых для радиовещательных станций AM. Основание этой антенны обычно устанавливается на непроводящую опору для защиты от земли.

Зонтичная антенна

Зонтичная антенна представляет собой проволочную несимметричную антенну, которую можно использовать в качестве передающих антенн на частотах ниже 1 МГц в диапазонах НЧ, СЧ и, главным образом, в диапазонах ОНЧ на достаточно низких частотах, поэтому невозможно или нецелесообразно делать полноразмерную четвертьволновую несимметричную антенну. Внешний конец каждого радиального провода наклонен вниз от вершины антенны и соединен с поддерживающим тросом через изолятор, прикрепленный к земле. Радиальные провода сделают эту антенну гигантским зонтиком с проволочным каркасом.

Т-образная антенна

Т-образная антенна — это несимметричная радиоантенна, также известная как плоская или Т-образная антенна. Эта антенна включает в себя один или более горизонтальных проводов, которые уравновешены между двумя радиомачтами или зданиями и защищены от них на концах. Горизонтальный провод просто подключается к середине горизонтальных проводов, свисает очень близко к земле и подключается к передатчику (или) приемнику. Т-образные антенны обычно используются в диапазонах СЧ, НЧ, ОНЧ и коротких волн. Эти антенны широко используются в качестве передающих антенн в основном для любительских радиостанций, средневолновых и длинноволновых радиовещательных станций AM. Для прослушивания коротких волн эти антенны используются в качестве приемных.

Сложенная однополюсная антенна

Это один из видов монопольной мачтовой излучающей антенны, которая в основном используется в качестве передающей антенны в диапазоне средних волн для радиовещательных станций AM. Эта антенна в основном включает в себя мачту или вертикальный металлический стержень, соединенный с системой заземления, которая включает в себя подземные провода. Мачта просто окружена вертикальными проводами, которые электрически соединены на вершине мачты. Эти провода просто соединяются металлическим кольцом рядом с основанием мачты, а питание питающей линии от передатчика подключается между кольцом и землей. Эта антенна является лучшим выбором, когда AM-радиостанция делит вышку с другими антеннами, такими как антенны FM-вещания.

Перевернутая F-антенна

Перевернутая F-антенна используется в основном на микроволновых и УВЧ-частотах в рамках беспроводной связи. Он включает в себя несимметричную антенну, которая проходит параллельно плоскости заземления и заземлена на одном конце. Эта антенна питается от средней точки с расстояния заземленного конца. Эта антенна более компактна, что позволяет ей эффективно излучать мощность и т. д. Эти антенны широко используются в компактных портативных беспроводных устройствах. Они используются на военных полигонах в приложениях телеметрии.

Монопольная антенна против дипольной антенны

Разница между несимметричной антенной и дипольной антенной обсуждается ниже.

Преимущества и недостатки

преимущества несимметричной антенны включая следующее.

• Монопольные антенны очень просты в сборке и установке.
• Они прочные и не дорогие в изготовлении.
• Эта антенна имеет довольно высокий реактивный импеданс выше большей части своего частотного диапазона.
• Когда эта антенна становится длиннее и потери на землю уменьшаются, эффективность антенны улучшается.
• Несимметричная антенна вертикального типа используется для любой частоты короче 2/3 длины волны.
• Это простые всенаправленные антенны, которые занимают меньше места по сравнению с массивом колесных антенн, установленных друг над другом.
• Эти антенны обеспечивают связь в пределах любого пути, кроме вертикального наверху антенны.
• Печатные несимметричные антенны широко используются из-за многих преимуществ, таких как низкая стоимость, низкий профиль, простота изготовления, меньший вес и сочетание с другими активными устройствами.

недостатки несимметричной антенны включая следующее.

• Он имеет плохое излучение во всех направлениях, потому что излучает равномерно во всех направлениях.
• Это дорого.
• Отражения сигнала могут быть вызваны металлическими предметами и землей, поэтому вы можете получать сигналы как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией.
• Ограничения по конструкции и размеру, необходимые для заземляющего слоя в этой антенне, часто носят ограничительный характер.
• Диаграмма направленности этой антенны в основном зависит от направления плоскости земли.

Приложения

использование/применение монопольной антенны а.е. включает следующее.

• Монопольные антенны используются в различных областях, таких как космическая наука, радиолокационная техника, биомедицина, исследования и т. д.
• Монополь часто используется в качестве резонансной антенны, где стержень этой антенны работает как открытый резонатор, особенно для радиоволн, и колеблется из-за стоячих волн тока и напряжения по всей его длине. Таким образом, длина антенн просто определяется предпочтительной длиной волны радиоволн.
• Этот тип антенн широко используется в системах беспроводной связи.
• Несимметричная антенна с низкопрофильной пятиугольной моделью разработана и используется для носимых устройств.
• Эта антенна широко используется в автомобилях, портативных радиоприемниках AM или FM и т. д.
• Очень эффективная, недорогая и низкопрофильная монопольная антенна используется в двухдиапазонных, многодиапазонных и сверхширокополосных приложениях.

Таким образом, это обзор несимметричной антенны – рабочие, виды с приложениями. характеристики несимметричной антенны в основном зависит от плоскости заземления и геометрии радиатора. Эти антенны широко используются в различных областях, таких как космическая наука, радиолокационные технологии, системы беспроводной связи и биомедицинские исследования, благодаря многим преимуществам, таким как меньшая стоимость, низкий профиль, легкий вес, простота изготовления и комбинирование с другими активными устройствами. Вот вам вопрос, что такое дипольная антенна?