En radiopionjär vid namn 'Guglielmo Marconi' uppfann en monopolantenn 1895 och patenterade år 1896 under sina första historiska experiment inom radiokommunikation. Så denna antenn är också känd som Marconi-antennen. Detta är hälften av en dipolantenn anordnade ovanför ett ledande jordplan. Så kvartsvågsmonopolantennen är den vanligaste typen där denna antenn är runt 1/4 av radiovågsvåglängden. Dessa antenner används i internetnätverk och mobilkommunikation. Så den här artikeln diskuterar en översikt av en monopol antenn – arbeta med applikationer.
Monopol antenn definition
En typ av radioantenn som inkluderar en rak stavformad ledare som är vinkelrätt monterad ovanför ett jordplan är känd som en enpolig antenn. Denna antenn är en enkel entrådsantenn, som huvudsakligen används för både sändning och mottagning av signaler, så brett används i trådlösa kommunikationssystem.
I en monopolantenn fungerar ledarstaven som en öppen resonator främst för radiovågor & svänger genom stående spänning & strömvågor genom sin längd. Antennens längd bestäms helt enkelt beroende på önskad radiovågsvåglängd. Monopolantennens frekvensområde är från 1,7-2 GHz, med en genomsnittlig förstärkning på 3,7 dBi.
Monopol antenndesign
En monopolantenn är ½ (halva) av en dipolantenn som nästan är monterad ovanpå någon typ av jordplan. Så den här antennen är monterad på ett oändligt jordplan med en 'L'-längd som visas nedan. Genom bildteori kan fälten på jordplanet hittas genom antennen inom fritt utrymme som visas i det andra diagrammet. Detta är bara en dipolantenn med två gånger en monopolantenns L (längd).
I den första figuren är fälten på jordplanet lika med fälten. Fälten för monopolantennen under jordplanet inom denna figur är noll. Monopolantennens riktningsförmåga är direkt relaterad till en dipolantenn. Om en dipolantenns riktningsförmåga med längden 2L är D1, så kommer monopolantennens riktningsförmåga med längden 'L' att ha D1+3, vilket innebär att monopolantennens riktningsförmåga är dubbelt så stor som dipolantennens riktningsförmåga. Den främsta anledningen till detta är endast för att ingen strålning sker under jordplanet; sålunda fördubblas antennen effektivt som 'direktiv'.
Arbetsprincip för monopolantenn
Arbetsprincipen för en monopolantenn är; när strömmen matas till en monopol så utstrålas den på liknande sätt i alla riktningar vertikalt mot antennens längd ovanför jordplanet som den är monterad på. Strålningsmönstret för denna antenn är rundstrålande, så den strålar med motsvarande effekt i alla riktningar i rät vinkel mot antennen. Den utstrålade effekten från antennen ändras med höjdvinkeln genom att strålningen sjunker till noll vid toppen på antennens axel.
Monopol antennstrålningsmönster
Strålningsmönstret är representationen av antennens vågfrontsemission eller mottagning för att specificera dess styrka så att man enkelt kan känna igen antennens funktion och riktning.
När kraften avges från antennen har det en effekt på fjärr- och närfältsområden. Strålningsmönstret kan plottas grafiskt som en vinkelposition & radiell avståndsfunktion från vilken antenn som helst. Strålningsmönstret för monopolantennen visas nedan.
Strålningsmönstret för monopolantennen är rundstrålande, så den avger lika stor effekt i alla riktningar som är vertikala mot monopolantennen. Antennens utstrålade effekt ändras med höjdvinkeln genom avfallsstrålningen till noll vid toppen på antennens axel. Den utstrålar polariserade radiovågor vertikalt.
I diagrammet ovan är de vertikala strålningsmönstren för tre enpoliga antenngrafer med olika längder monterade ovanför en helt ledande mark.
Linjens radiella avstånd från källan vid valfri höjdvinkel är helt enkelt proportionell mot den utstrålade effekttätheten vid den höjden. Den radiella axeln justeras inom effekttäthet som är relativt en kvartsvåg monopol & decibel-isotropisk. Så den 0,25λ blå färgen kvartsvåg monopolvågen har en modell som är lika med den högre halvan av ett dipolantennmönster. Den 0,5λ gröna halvvågsmonopolen utstrålar mer kraft i horisontella riktningar. Monopolantennens högsta horisontella strålning kan enkelt uppnås vid en längd av den röda färgvågen med 0,625λ.
Strålningsmönstret vid över 0,5λ halvvåglängdslängder separeras i två lober genom en andra konisk lob som är riktad mot himlen. Den högsta vid 0,625λ inträffar eftersom, vid höga vinklar, omvänd fasstrålning från de två loberna avbryter komprimeringen av mer kraft in i den vertikala loben.
Monopolantenntyper
Det finns olika typer av monopolantenner som en piska, spiralformad, gummiducky random wire, paraply, mastradiator, inverterad-L, T-antenn, jordplan, vikt unipol & inverterad-F som diskuteras nedan.
Piska antenn
En piskantenn är en typ av monopolantenn och den är väldigt smidig så att den inte spricker helt enkelt. Namnet på denna antenn härleddes från den piskliknande rörelse som uppvisar en gång störd. Denna antenn innehåller helt enkelt en rak flexibel stav eller tråd och botten av denna antenn är helt enkelt ansluten till radiosändaren eller mottagaren.
För bärbara radioapparater är dessa antenner ofta utformade med en uppsättning sammankopplade teleskopiska metallrör, så de kan dras tillbaka när de inte används. Längre piskor är främst utformade för att monteras på fordon samt strukturer som är designade med en flexibel glasfiberstav ungefär en trådkärna och kan bli upp till 11 m långa. Den perfekta längden på denna antenn kan bestämmas genom radiovågornas våglängd.
Dessa är de mest använda monopolantennerna i HF-, UHF- och VHF-radiobanden. Dessa används flitigt för FM-radio, trådlösa telefoner, handhållna radioapparater, Wi-Fi-aktiverade enheter, walkie-talkies och boomboxar. Dessa är kopplade till fordon för bilradio samt 2-vägs radio för fordon & flygplan.
Spiralantenn
En spiralformad antenn innefattar minst en eller fler ledande ledningar som är lindade i en spiralform. När en spiralformad antenn är designad med en spiralformad tråd kallas denna antenn för monofilar medan antenner designade med minst 2 eller 4 ledningar inom en spiral då kallas quadrifilar/bifilar. Se den här länken för att veta mer om - Spiralantenn .
Random Wire Antenn
En slumpmässig trådantenn inkluderar en lång tråd som är upphängd över marken där tråden är rak eller kan dras fram och tillbaka mellan väggar eller träd bara för att få ut tillräckligt med tråd i luften. På grund av den enorma variationen i antennstrukturen kan effektiviteten ändras från en fix till en annan.
Slumpmässiga trådantenner används i stor utsträckning som mottagningsantenner på kortvågs-, mellanvågs- och långvågsbanden, och dessa antenner används som sändarantenner på dessa band främst för nöd- eller tillfälliga sändningsstationer, små utomhus och på platser där mer permanenta antenner inte kan monteras.
Gummi Ducky antenn
Gummi Ducky-antennen är en kort monopolantenn som fungerar ganska bra som en basladdad piskantenn. Denna antenn inkluderar en smal spiralformad fjädrande tråd stängd i en plast- eller gummimantel för att skydda antennen. Dessa antenner används främst inom behändig handhållen radioutrustning vid UHF & VHF-frekvenser.
Dessa antenner används i olika bärbara radioenheter som walkie-talkies, portabla sändtagare för skannrar och där säkerhet och robusthet har prioritet framför elektromagnetisk prestanda. Denna antenn är mycket flexibel och lämplig för handhållen drift, särskilt när den bärs på bältet jämfört med tidigare styva teleskopantenner.
Mast kylare
En mastradiator är en typ av enpolig antenn. Detta är ett strålande torn eller radiomast som är där metallstrukturen strömförsörjs och fungerar som en antenn. Detta används normalt för att sända antenner som fungerar vid låga frekvenser inom MF- och LF-banden, speciellt för AM-radiostationer. Denna antenns bas är normalt monterad på ett icke-ledande stöd för att skydda den från marken.
Paraplyantenn
En paraplyantenn är en trådmonopolantenn som kan användas som sändarantenner under 1 MHz i LF-, MF- och främst VLF-banden vid tillräckligt låga frekvenser för att det är omöjligt eller opraktiskt att göra en kvartsvågsmonopolantenn i full storlek. Den yttre änden av varje radiell tråd lutar ner från toppen av antennen och är ansluten till ett stödrep genom en isolator som är fäst vid jorden. De radiella ledningarna kommer att göra denna antenn till det gigantiska paraplyet med en trådram.
T-antenn
En T-antenn är en monopol radioantenn som också är känd som en flat-top eller T-antenn. Denna antenn innehåller en eller över horisontella ledningar som är balanserade mellan två radiomaster, annars byggnader och skyddade i ändarna från dem. En horisontell ledning ansluts helt enkelt till mitten av de horisontella ledningarna, hänger ner mycket nära marken och ansluts till sändaren (eller mottagaren). T-antenner används normalt i MF-, LF-, VLF- och kortvågsbanden. Dessa antenner används i stor utsträckning som sändningsantenner främst för amatörradiostationer, mellanvågs- och långvågs AM-sändningsstationer. För kortvågslyssning används dessa antenner som mottagningsantenner.
Vikt Unipole antenn
Detta är en typ av monopol mastradiatorantenn som huvudsakligen används som sändningsantenn inom mellanvågsbandet för AM-radiosändningsstationer. Denna antenn innehåller huvudsakligen en mast eller vertikal metallstång ansluten till dess jordsystem som inkluderar nedgrävda ledningar. Masten är helt enkelt omsluten av vertikala ledningar som är elektriskt anslutna vid mastens höjdpunkt. Dessa ledningar är helt enkelt anslutna med en metallring nära basen av masten och matningskraften för matningsledningen från sändaren är fäst mellan ringen och marken. Denna antenn är det bästa valet när en AM-radiostation delar ett torn med andra antenner som FM-sändningsantenner.
Inverterad-F-antenn
En inverterad-F-antenn används mest vid mikrovågs- och UHF-frekvenser inom trådlös kommunikation. Den inkluderar en monopolantenn som går parallellt med ett jordplan och jordad i ena änden. Denna antenn matas från en mittpunkt från avståndet till den jordade änden. Denna antenn är mer kompakt, vilket gör att den kan avge effekt effektivt, etc. Dessa antenner används flitigt i trådlösa kompakta handhållna enheter. Dessa används vid militära testområden inom telemetriapplikationer.
Monopolantenn vs dipolantenn
Skillnaden mellan monopolantenn och dipolantenn diskuteras nedan.
|
Monopol antenn |
Dipolantenn |
| En monopolantenn inkluderar en rak stavledare vertikalt monterad på ett jordplan | En dipolantenn inkluderar en ledare som är bruten i mitten för att sända (eller) ta emot RF-energi. |
| Denna antenn innehåller endast en enda pol eller ledande element. | Som namnet antyder innehåller denna antenn två poler eller två ledande element. |
| Denna antenn använder ett fysiskt jordplan. | Denna antenn använder en radiator för att producera ett syntetiskt jordplan bland de symmetriska radiatorelementen. |
| För denna antenn är överföringsledningens anslutningsreferensplan och den externa ledaren för en koaxialkabel monopolens GND-plan. | Radiatorelementen i denna antenn är helt enkelt kopplade 180o ur fas med insidan och utsidan av en koaxialkabel. |
| Strålningsmönstret för monopolantennen är rundstrålande. | Strålningsmönstret för dipolantennen är vertikalsymmetriskt. |
Fördelar och nackdelar
De monopolantennfördelar inkluderar följande.
- Monopolantenner är mycket enkla att bygga och även installera
- Dessa är robusta och inte dyra att göra.
- Denna antenn har en ganska hög reaktiv impedans över större delen av sitt frekvensområde.
- När denna antenn blir längre och jordförlusterna minskar, blir antennens effektivitet bättre.
- En monopolantenn av vertikal typ används för alla frekvenser som är kortare än 2/3 av våglängden.
- Dessa är enkla rundstrålande antenner som använder mindre utrymme jämfört med en rad hjulantenner monterade ovanpå varandra.
- Dessa antenner hanterar kommunikation inom vilken väg som helst utom vertikalt ovanpå antennen.
- Tryckta monopolantenner används flitigt på grund av många fördelar som låg kostnad, låg profil, enkel tillverkning, mindre vikt och kombination med andra aktiva enheter.
De monopol antenn nackdelar inkluderar följande.
- Den har dålig strålning i alla riktningar eftersom den strålar jämnt i alla riktningar.
- Dessa är dyra.
- Signalreflektioner kan orsakas av metallföremål och marken, så du kan få både vertikalt och horisontellt polariserade signaler.
- Design- och storleksbegränsningarna som krävs för ett jordplan i denna antenn är ofta restriktiva.
- Denna antenns strålningsmönster beror huvudsakligen på jordplanets riktning.
Ansökningar
De användningar/tillämpningar av monopolantenn ae inkluderar följande.
- Monopolantenner används inom olika områden som rymdvetenskap, radarteknik, biomedicin, forskning, etc.
- Monopolen används ofta som en resonansantenn där staven på denna antenn fungerar som en öppen resonator, särskilt för radiovågor och fluktuerar genom stående vågor av ström och spänning genom dess längd. Så antennlängderna bestäms helt enkelt av den föredragna radiovåglängden.
- Denna typ av antenn används flitigt inom trådlösa kommunikationssystem.
- En monopolantenn med en femkantig modell med låg profil är designad och används för bärbara applikationer.
- Denna antenn används flitigt i bilar, bärbara AM- eller FM-radio, etc
- En mycket effektiv, lågkostnads- och lågprofilbaserad monopolantenn används i dual-band, multi-band och UWB (ultra-wideband) applikationer.
Detta är alltså en översikt över en monopolantenn – arbetar, typer med applikationer. De monopolantennegenskaper beror främst på jordplanet och radiatorgeometrin. Dessa antenner används flitigt inom olika områden som rymdvetenskap, radarteknik, trådlösa kommunikationssystem och biomedicinsk forskning på grund av många fördelar som mindre kostnad, låg profil, lätt, enkel tillverkning och kombination med andra aktiva enheter. Här är en fråga till dig, vad är en dipolantenn?
