Monopolantenne: Design, bruk, typer og dens bruksområder

En radiopioner ved navn 'Guglielmo Marconi' oppfant en monopolantenne i 1895 og patenterte året 1896 under sine første historiske eksperimenter innen radiokommunikasjon. Så denne antennen er også kjent som Marconi-antennen. Dette er halvparten av en dipol antenne anordnet over et ledende jordplan. Så kvartbølge-monopolantennen er den vanligste typen der denne antennen er rundt 1/4 av radiobølgelengden. Disse antenner brukes i internettnettverk og mobilkommunikasjon. Så denne artikkelen diskuterer en oversikt over en monopol antenne – jobbe med applikasjoner.

Definisjon av monopolantenne

En type radioantenne som inkluderer en rett stavformet leder som er vinkelrett montert over et jordplan er kjent som en monopolantenne. Denne antennen er en enkel entrådsantenne, hovedsakelig brukt til både sending og mottak av signaler, så mye brukt i trådløse kommunikasjonssystemer.

I en monopolantenne fungerer lederstangen som en åpen resonator hovedsakelig for radiobølger og oscillerer ved stående spenning og strømbølger gjennom lengden. Antennens lengde bestemmes ganske enkelt avhengig av ønsket radiobølgelengde. Den monopole antennens frekvensområde er fra 1,7-2 GHz, med en gjennomsnittlig forsterkning på 3,7 dBi.

Monopol antennedesign

En monopolantenne er ½ (halvdelen) av en dipolantenne som nesten er montert på toppen av en type jordplan. Så denne antennen er montert på et uendelig jordplan med en 'L' lengde som vist nedenfor. Ved bildeteori kan feltene på jordplanet finnes gjennom antennen innenfor ledig plass som er vist i det andre diagrammet. Dette er bare en dipolantenne med to ganger en monopolantennes L (lengde).

I den første figuren er feltene på bakkeplanet lik feltene. Feltene til monopolantennen under jordplanet innenfor denne figuren er null. Monopolantennens retningsevne er direkte relatert til en dipolantenne. Hvis en dipolantennes retningsevne med lengde 2L er D1, så vil monopolantennens retningsevne med lengde 'L' ha D1+3, som betyr at monopolantennens retningsevne er dobbelt så stor som dipolantennen. Hovedårsaken til dette er kun fordi ingen stråling finner sted under jordplanet; dermed blir antennen effektivt doblet som 'direktiv'.

Arbeidsprinsipp for monopolantenne

Arbeidsprinsippet til en monopolantenne er; når strømmen mates til en monopol, utstråles den på samme måte i alle retninger vertikalt til antennens lengde over jordplanet den er montert på. Strålingsmønsteret til denne antennen er rundstrålende, så den stråler med tilsvarende kraft i alle retninger i rette vinkler på antennen. Den utstrålte kraften fra antennen endres med høydevinkelen gjennom at strålingen faller av til null ved toppen på antennens akse.

Monopol antenne strålingsmønster

Strålingsmønsteret er representasjonen av antennens bølgefrontemisjon eller mottak for å spesifisere styrken slik at man enkelt kan gjenkjenne antennens funksjon og retningsevne.

Når strømmen sendes ut fra antennen, har det en effekt på fjern- og nærfeltsområder. Strålingsmønsteret kan plottes grafisk som en vinkelposisjon og radiell avstandsfunksjon fra en hvilken som helst antenne. Strålingsmønsteret til monopolantennen er vist nedenfor.

Strålingsmønsteret til monopolantennen er rundstrålende, så den sender ut lik effekt i alle retninger som er vertikale til monopolantennen. Den utstrålte kraften til antennen endres med høydevinkelen ved avfallsstrålingen til null ved toppen på antennens akse. Den utstråler polariserte radiobølger vertikalt.

I diagrammet ovenfor er de vertikale strålingsmønstrene til tre monopole antennegrafer med forskjellige lengder montert over en fullstendig ledende jord.

Linjens radielle avstand fra kilden ved enhver høydevinkel er ganske enkelt proporsjonal med den utstrålte effekttettheten ved den høyden. Den radielle aksen er justert innenfor effekttetthet som er i forhold til en kvartbølge monopol og desibel-isotropisk. Så den 0,25λ blå farge kvartbølge monopolbølgen har en modell lik den høyere halvdelen av et dipolantennemønster. Den 0,5λ grønnfarge halvbølge monopolen utstråler mer kraft i horisontale retninger. Monopolantennes høyeste horisontale stråling kan enkelt oppnås ved en lengde av den røde fargebølgen med 0,625λ.

Strålingsmønsteret ved over 0,5λ halvbølgelengdelengder skilles i to lober gjennom en andre konisk lobe som er rettet mot himmelen. Den høyeste ved 0,625λ oppstår fordi, ved høye vinkler, kansellerer omvendt fasestrålingen til de to lobene komprimering av mer kraft inn i den vertikale loben.

Monopolantennetyper

Det finnes forskjellige typer monopolantenner som en pisk, spiralformet, tilfeldig gummitråd, paraply, masteradiator, invertert-L, T-antenne, jordplan, foldet unipol og invertert-F som diskuteres nedenfor.

Pisk antenne

En piskeantenne er en type monopolantenne og den er veldig fleksibel slik at den ikke sprekker rett og slett. Navnet på denne antennen ble avledet fra den pisklignende bevegelsen som vises en gang forstyrret. Denne antennen inkluderer ganske enkelt en rett fleksibel stang eller ledning og bunnen av denne antennen er ganske enkelt koblet til radiosenderen eller mottakeren.

For bærbare radioer er disse antennene ofte utformet med et sett med sammenlåsende teleskopiske metallrør, slik at de kan trekkes tilbake når de ikke er i bruk. Lengre pisker er hovedsakelig designet for å monteres på kjøretøy samt strukturer som er utformet med en fleksibel glassfiberstang omtrent en trådkjerne og kan være opptil 11 m lange. Den perfekte lengden på denne antennen kan bestemmes gjennom radiobølgenes bølgelengde.

Dette er de mest brukte monopolantennene i HF-, UHF- og VHF-radiobåndene. Disse er mye brukt for FM-radioer, trådløse telefoner, håndholdte radioer, Wi-Fi-aktiverte enheter, walkie-talkies og boom-bokser. Disse er koblet til kjøretøy for bilradioer samt 2-veis radioer for kjøretøy og fly.

Spiralantenne

En spiralformet antenne inkluderer minimum en eller flere ledende ledninger som er viklet i en spiralform. Når en spiralantenne er designet med en spiralformet ledning, er denne antennen kjent som monofilar, mens antenner designet med minimum 2 eller 4 ledninger i en helix kalles quadrifilar/bifilar. Vennligst se denne lenken for å vite mer om - Spiralantenne .

Tilfeldig ledningsantenne

En tilfeldig ledningsantenne inkluderer en lang ledning som er hengt over bakken der ledningen er rett, eller som kan tres frem og tilbake mellom vegger eller trær bare for å få nok ledning i luften. På grunn av den enorme variasjonen i antennestrukturen, kan effektiviteten endres fra en fiksering til en annen.

Tilfeldige ledningsantenner er mye brukt som mottaksantenner på kortbølge-, mellombølge- og langbølgebånd, og disse antennene brukes som sendeantenner på disse båndene hovedsakelig for nød- eller midlertidige sendestasjoner, små utendørs og på steder der mer permanente antenner ikke kan bli montert.

Gummi Ducky-antenne

Gummi ducky-antennen er en kort monopol-antenne som fungerer ganske som en basebelastet piskeantenne. Denne antennen inkluderer en smal spiralformet fjærende ledning lukket i en plast- eller gummikappe for å beskytte antennen. Disse antennene brukes hovedsakelig i praktisk håndholdt radioutstyr på UHF- og VHF-frekvenser.

Disse antennene brukes i forskjellige bærbare radioenheter som walkie-talkies, bærbare skannere, og hvor sikkerhet og robusthet prioriteres over elektromagnetisk ytelse. Denne antennen er veldig fleksibel og egnet for håndholdt drift, spesielt når den bæres på beltet sammenlignet med tidligere stive teleskopantenner.

Mast radiator

En mastrediator er en type monopolantenne. Dette er et utstrålende tårn eller radiomast som er der metallstrukturen får energi og fungerer som en antenne. Dette brukes vanligvis for å sende antenner som fungerer ved lave frekvenser innenfor MF- og LF-båndene, spesielt brukt for AM-radiokringkastingsstasjoner. Denne antennens base er normalt montert på en ikke-ledende støtte for å beskytte den mot bakken.

Paraplyantenne

En paraplyantenne er en ledningsmonopolantenne som kan brukes som sendeantenner under 1 MHz i LF-, MF- og hovedsakelig VLF-båndene ved tilstrekkelig lave frekvenser til at det er umulig eller upraktisk å lage en kvartbølge-monopolantenne i full størrelse. Den ytre enden av hver radial ledning skråner ned fra toppen av antennen og er koblet til et støttetau gjennom en isolator festet til jorden. De radielle ledningene vil gjøre denne antennen til den gigantiske paraplyen med en trådramme.

T-antenne

En T-antenne er en monopol radioantenne som også er kjent som en flat-top eller T-antenne. Denne antennen inkluderer en eller flere horisontale ledninger som er balansert mellom to radiomaster ellers bygninger og beskyttet i endene fra dem. En horisontal ledning er ganske enkelt koblet til midten av de horisontale ledningene, henger ned veldig nær bakken, og kobles til senderen (eller) mottakeren. T-antenner brukes normalt i MF, LF, VLF og kortbølgebånd. Disse antennene brukes i stor grad som sendeantenner hovedsakelig for amatørradiostasjoner, mellombølge- og langbølge AM-kringkastingsstasjoner. For kortbølgelytting brukes disse antennene som mottaksantenner.

Sammenfoldet Unipole antenne

Dette er en type monopol mast radiatorantenne som hovedsakelig brukes som en sendeantenne innenfor mellombølgebåndet for AM-radiokringkastingsstasjoner. Denne antennen inkluderer hovedsakelig en mast eller vertikal metallstang koblet til jordingssystemet som inkluderer nedgravde ledninger. Masten er ganske enkelt omsluttet av vertikale ledninger som er elektrisk koblet på mastens tinde. Disse ledningene er ganske enkelt koblet sammen med en metallring nær bunnen av masten og matekraften til mateledningen fra senderen er festet mellom ringen og bakken. Denne antennen er det beste valget når en AM-radiostasjon deler et tårn med andre antenner som FM-kringkastingsantenner.

Invertert-F-antenne

En invertert-F-antenne brukes mest ved mikrobølge- og UHF-frekvenser innen trådløs kommunikasjon. Den inkluderer en monopolantenne som går parallelt med et jordplan og jordet i den ene enden. Denne antennen mates fra et midtpunkt fra avstanden til den jordede enden. Denne antennen er mer kompakt, slik at den kan sende ut strøm effektivt osv. Disse antennene er mye brukt i trådløse kompakte håndholdte enheter. Disse brukes på militære testområder innen telemetriapplikasjoner.

Monopolantenne vs dipolantenne

Forskjellen mellom monopolantenne og dipolantenne er diskutert nedenfor.

Fordeler og ulemper

De monopol antenne fordeler Inkluder følgende.

• Monopolantenner er veldig enkle å bygge og installere
• Disse er robuste og ikke dyre å lage.
• Denne antennen har en ganske høy reaktiv impedans over det meste av frekvensområdet.
• Når denne antennen blir lengre og jordtapene reduseres, blir antennens effektivitet bedre.
• En monopolantenne av vertikal type brukes for enhver frekvens som er kortere enn 2/3 av bølgelengden.
• Dette er enkle rundstrålende antenner som bruker mindre plass sammenlignet med en rekke hjulantenner montert oppå hverandre.
• Disse antennene håndterer kommunikasjon innenfor alle veier bortsett fra vertikalt på toppen av antennen.
• Trykte monopolantenner er mye brukt på grunn av mange fordeler som lav pris, lav profil, enkel fabrikasjon, mindre vekt og kombinasjon med andre aktive enheter.

De monopol antenne ulemper Inkluder følgende.

• Den har dårlig stråling i alle retninger fordi den stråler jevnt i alle retninger.
• Disse er dyre.
• Signalrefleksjoner kan være forårsaket av metallgjenstander og bakken, så du kan få både vertikalt og horisontalt polariserte signaler.
• Design- og størrelsesbegrensningene som kreves for et jordplan i denne antennen er ofte begrensende.
• Denne antennens strålingsmønster avhenger hovedsakelig av retningen til jordplanet.

applikasjoner

De bruksområder/anvendelser av monopol antenne ae inkluderer følgende.

• Monopolantenner brukes på forskjellige felt som romvitenskap, radarteknologi, biomedisin, forskning, etc.
• Monopolen brukes ofte som en resonansantenne der stangen til denne antennen fungerer som en åpen resonator, spesielt for radiobølger og svinger gjennom stående bølger av strøm og spenning gjennom lengden. Så antennelengdene bestemmes ganske enkelt av den foretrukne radiobølgelengden.
• Denne typen antenner er mye brukt i trådløse kommunikasjonssystemer.
• En monopolantenne med en lavprofil femkantet modell er designet og brukt for brukbare bruksområder.
• Denne antennen er mye brukt i biler, bærbare AM- eller FM-radioer, etc
• En svært effektiv, lavpris- og lavprofilbasert monopolantenne brukes i dual-band, multi-band og UWB (ultra-wideband) applikasjoner.

Dermed er dette en oversikt over en monopolantenne – arbeider, typer med applikasjoner. De monopol antenne egenskaper avhenger hovedsakelig av jordplanet og radiatorgeometrien. Disse antennene er mye brukt i forskjellige felt som romvitenskap, radarteknologi, trådløse kommunikasjonssystemer og biomedisinsk forskning på grunn av mange fordeler som mindre kostnader, lav profil, lett, enkel fabrikasjon og kombinasjon gjennom andre aktive enheter. Her er et spørsmål til deg, hva er en dipolantenne?