Monopole antenne: ontwerp, werking, typen en toepassingen

Een radiopionier genaamd 'Guglielmo Marconi' vond in 1895 een monopoolantenne uit en patenteerde het jaar 1896 tijdens zijn eerste historische experimenten in radiocommunicatie. Deze antenne wordt dus ook wel de Marconi-antenne genoemd. Dit is de helft van een dipool antenne opgesteld boven een geleidend grondvlak. Dus de kwartgolf monopoolantenne is het meest voorkomende type waarbij deze antenne ongeveer 1/4 van de golflengte van radiogolven is. Deze antennes worden gebruikt in internetnetwerken en mobiele communicatie. Dus dit artikel bespreekt een overzicht van a monopolie antenne – werken met applicaties.

Definitie van monopoolantenne

Een type radioantenne met een rechte staafvormige geleider die loodrecht boven een grondvlak is gemonteerd, staat bekend als een monopoolantenne. Deze antenne is een eenvoudige en enkeldraads antenne, voornamelijk gebruikt voor zowel het verzenden als ontvangen van signalen, dus veel gebruikt in draadloze communicatiesystemen.

In een monopoolantenne werkt de geleiderstaaf als een open resonator, voornamelijk voor radiogolven en oscilleert door staande spannings- en stroomgolven over de hele lengte. De lengte van de antenne wordt eenvoudig bepaald afhankelijk van de gewenste radiogolfgolflengte. Het frequentiebereik van de monopoolantenne is van 1,7 tot 2 GHz, met een gemiddelde versterking van 3,7 dBi.

Ontwerp met monopoolantenne

Een monopoolantenne is ½ (de helft) van een dipoolantenne die bijna bovenop een soort grondvlak is gemonteerd. Deze antenne is dus gemonteerd op een oneindig grondvlak met een 'L'-lengte, zoals hieronder weergegeven. Volgens de beeldtheorie kunnen de velden op het grondvlak worden gevonden door de antenne in de vrije ruimte die wordt weergegeven in het tweede diagram. Dit is slechts een dipoolantenne met tweemaal de L (lengte) van een monopoolantenne.

In de eerste figuur zijn de velden op het grondvlak gelijk aan de velden. De velden van de monopoolantenne onder het grondvlak binnen deze figuur zijn nul. De directiviteit van de monopoolantenne is rechtstreeks gerelateerd aan een dipoolantenne. Als de richtingsgevoeligheid van een dipoolantenne met lengte 2L gelijk is aan D1, dan heeft de richtingsgevoeligheid van de monopoolantenne met lengte 'L' D1+3, wat betekent dat de richtingsgevoeligheid van de monopoolantenne het dubbele is van de richtingsgevoeligheid van de dipoolantenne. De belangrijkste reden hiervoor is alleen dat er geen straling plaatsvindt onder het grondvlak; dus wordt de antenne efficiënt verdubbeld als 'richtlijn'.

Werkingsprincipe monopoolantenne

Het werkingsprincipe van een monopoolantenne is; wanneer de stroom naar een monopool wordt gevoerd, wordt deze op dezelfde manier uitgestraald in alle richtingen verticaal ten opzichte van de lengte van de antenne boven het grondvlak waarop deze is gemonteerd. Het stralingspatroon van deze antenne is omnidirectioneel, dus het straalt met een gelijkwaardig vermogen in alle richtingen loodrecht op de antenne. Het uitgestraalde vermogen van de antenne verandert met de elevatiehoek doordat de straling afneemt tot nul bij de piek op de as van de antenne.

Monopool antenne stralingspatroon

Het stralingspatroon is de weergave van de golffrontemissie of -ontvangst van de antenne om de sterkte ervan te specificeren, zodat men de functie en richtingsgevoeligheid van de antenne gemakkelijk kan herkennen.

Wanneer het vermogen wordt uitgezonden door de antenne, heeft dit een effect op verre en nabije veldgebieden. Het stralingspatroon kan grafisch worden uitgezet als een hoekpositie- en radiale afstandsfunctie van elke antenne. Het stralingspatroon van de monopoolantenne is hieronder weergegeven.

Het stralingspatroon van de monopoolantenne is omnidirectioneel, dus het zendt evenveel vermogen uit in alle richtingen die verticaal zijn ten opzichte van de monopoolantenne. Het uitgestraalde vermogen van de antenne verandert met de elevatiehoek door de wegvallende straling tot nul bij de piek op de as van de antenne. Het straalt verticaal gepolariseerde radiogolven uit.

In het bovenstaande diagram zijn de verticale stralingspatronen van drie monopoolantennegrafieken met verschillende lengtes gemonteerd boven een volledig geleidende aarde.

De radiale afstand van de lijn tot de bron bij elke hoogtehoek is gewoon evenredig met de uitgestraalde vermogensdichtheid op die hoogte. De radiale as wordt aangepast binnen vermogensdichtheid die relatief is ten opzichte van een kwart golf monopool & decibel-isotroop. Dus de 0,25λ blauwe kleur kwartgolf monopoolgolf heeft een model dat gelijk is aan de hogere helft van een dipoolantennepatroon. De 0,5λ groene halve golf monopool straalt meer kracht uit in horizontale richtingen. De hoogste horizontale straling van de monopoolantenne kan eenvoudig worden bereikt bij een lengte van de rode kleurgolf met 0,625λ.

Het stralingspatroon bij lengten van meer dan 0,5 λ halve golflengte scheidt zich in twee lobben door een tweede conische lob die naar de lucht is gericht. De hoogste bij 0,625λ treedt op omdat, bij hoge hoeken, de omgekeerde fasestraling van de twee lobben het comprimeren van meer vermogen in de verticale lob opheft.

Soorten monopoolantennes

Er zijn verschillende soorten monopoolantennes zoals een zweep, spiraalvormige, rubberen ducky willekeurige draad, paraplu, mastradiator, omgekeerde L, T-antenne, grondvlak, gevouwen unipole en omgekeerde F die hieronder worden besproken.

Zweep Antenne

Een sprietantenne is een soort monopoolantenne en is zeer flexibel waardoor hij niet zomaar barst. De naam van deze antenne is afgeleid van de zweepachtige beweging die eenmaal verstoord is. Bij deze antenne zit gewoon een rechte flexibele staaf of draad en de onderkant van deze antenne wordt gewoon aangesloten op de radiozender of -ontvanger.

Voor draagbare radio's zijn deze antennes vaak ontworpen met een set in elkaar grijpende telescopische metalen buizen, zodat ze kunnen worden teruggetrokken als ze niet worden gebruikt. Langere zwepen zijn voornamelijk ontworpen om op voertuigen te worden gemonteerd, evenals constructies die zijn ontworpen met een flexibele glasvezelstaaf van ongeveer een draadkern en kunnen tot 11 m lang zijn. De perfecte lengte van deze antenne kan worden bepaald aan de hand van de golflengte van de radiogolven.

Dit zijn de meest gebruikte monopoolantennes in de HF-, UHF- en VHF-radiobanden. Deze worden veel gebruikt voor FM-radio's, draadloze telefoons, draagbare radio's, Wi-Fi-apparaten, walkietalkies en boomboxen. Deze zijn aangesloten op voertuigen voor autoradio's en 2-weg radio's voor voertuigen en vliegtuigen.

Spiraalvormige antenne

Een spiraalvormige antenne bevat minimaal één of meer geleidende draden die in een helixvorm gewonden zijn. Wanneer een spiraalvormige antenne is ontworpen met één spiraalvormige draad, wordt deze antenne monofilar genoemd, terwijl antennes die zijn ontworpen met minimaal 2 of 4 draden binnen een helix quadrifilar / bifilair worden genoemd. Raadpleeg deze link voor meer informatie over - Spiraalvormige antenne .

Willekeurige draadantenne

Een willekeurige draadantenne bevat een lange draad die boven de grond hangt waar de draad recht is of die heen en weer kan worden gespannen tussen muren of bomen om voldoende draad in de lucht te krijgen. Vanwege de enorme variabiliteit in de antennestructuur kan de efficiëntie van de ene fix naar de andere veranderen.

Willekeurige draadantennes worden op grote schaal gebruikt als ontvangstantennes op de kortegolf-, middengolf- en langegolfbanden, en deze antennes worden gebruikt als zendantennes op deze banden, voornamelijk voor nood- of tijdelijke zendstations, klein buiten en op plaatsen waar meer permanente antennes dat niet kunnen worden gemonteerd.

Rubberen Ducky-antenne

De rubberen ducky-antenne is een korte monopoolantenne die redelijk werkt als een basisgeladen zweepantenne. Deze antenne is voorzien van een smalle spiraalvormige verende draad die is ingesloten in een plastic of rubberen omhulsel om de antenne te beschermen. Deze antennes worden voornamelijk gebruikt in handzame radioapparatuur op UHF- en VHF-frequenties.

Deze antennes worden gebruikt in verschillende draagbare radioapparaten zoals walkietalkies, scanners, draagbare zendontvangers en waar veiligheid en robuustheid voorrang hebben boven elektromagnetische prestaties. Deze antenne is zeer flexibel en geschikt voor gebruik in de hand, vooral wanneer deze aan de riem wordt gedragen, in vergelijking met vroegere starre telescopische antennes.

Mastradiator

Een maststraler is een soort monopoolantenne. Dit is een uitstralende toren of zendmast waar de metalen structuur wordt bekrachtigd en werkt als een antenne. Dit wordt normaal gesproken gebruikt voor het uitzenden van antennes die werken op lage frequenties binnen de MF- en LF-banden, met name gebruikt voor AM-radiozenders. De voet van deze antenne wordt normaal gesproken op een niet-geleidende steun gemonteerd om hem tegen de grond te beschermen.

Paraplu-antenne

Een parapluantenne is een monopooldraadantenne die kan worden gebruikt als zendantennes onder 1 MHz in de LF-, MF- en voornamelijk de VLF-banden bij voldoende lage frequenties dat het onhaalbaar of onpraktisch is om een ​​kwartgolf monopoolantenne van volledige grootte te maken. Het externe uiteinde van elke radiale draad loopt schuin naar beneden vanaf het toppunt van de antenne en is verbonden met een ondersteunende kabel via een isolator die aan de aarde is bevestigd. De radiale draden maken van deze antenne een gigantische paraplu met een draadframe.

T-antenne

Een T-antenne is een monopolie radioantenne die ook wel flat-top of T-antenne wordt genoemd. Deze antenne bevat een of meer horizontale draden die zijn gebalanceerd tussen twee zendmasten die anders gebouwen zijn en aan de uiteinden ervan worden beschermd. Een horizontale draad wordt eenvoudig met het midden van de horizontale draden verbonden, hangt heel dicht bij de grond en is verbonden met de zender (of) ontvanger. T-antennes worden normaal gesproken gebruikt in de MF-, LF-, VLF- en kortegolfbanden. Deze antennes worden veel gebruikt als zendantennes, voornamelijk voor amateurradiostations, middengolf- en langegolf AM-zenders. Voor luisteren op de korte golf worden deze antennes gebruikt als ontvangstantennes.

Gevouwen Unipole-antenne

Dit is een soort monopolie mastradiatorantenne die voornamelijk wordt gebruikt als zendantenne binnen de middengolfband voor AM-radiozenders. Deze antenne bevat voornamelijk een mast of verticale metalen staaf die is verbonden met het aardingssysteem dat ondergrondse draden bevat. De mast wordt eenvoudig omsloten door verticale draden die elektrisch verbonden zijn aan de top van de mast. Deze draden zijn eenvoudig verbonden door een metalen ring dicht bij de basis van de mast en de voeding van de voedingslijn van de zender wordt bevestigd tussen de ring en de grond. Deze antenne is de beste keuze wanneer een AM-radiostation een toren deelt met andere antennes zoals FM-zendantennes.

Omgekeerde F-antenne

Een omgekeerde F-antenne wordt meestal gebruikt bij microgolf- en UHF-frequenties binnen draadloze communicatie. Het bevat een monopoolantenne die parallel loopt aan een grondvlak en aan één uiteinde geaard is. Deze antenne wordt gevoed vanaf een middelpunt vanaf de afstand van het geaarde uiteinde. Deze antenne is compacter, waardoor hij energiezuiniger kan uitzenden, enz. Deze antennes worden veel gebruikt in draadloze compacte draagbare apparaten. Deze worden gebruikt op militaire testbereiken binnen telemetrietoepassingen.

Monopoolantenne versus dipoolantenne

Het verschil tussen monopoolantenne en dipoolantenne wordt hieronder besproken.

Voor-en nadelen

De monopool antenne voordelen omvatten het volgende.

• Monopoolantennes zijn zeer eenvoudig te bouwen en te installeren
• Deze zijn robuust en niet duur om te maken.
• Deze antenne heeft een vrij hoge reactieve impedantie boven het grootste deel van zijn frequentiebereik.
• Wanneer deze antenne langer wordt en de grondverliezen worden verminderd, wordt de efficiëntie van de antenne beter.
• Een monopoolantenne van het verticale type wordt gebruikt voor elke frequentie korter dan 2/3 van de golflengte.
• Dit zijn eenvoudige omnidirectionele antennes die minder ruimte innemen in vergelijking met een reeks wielantennes die op elkaar zijn gemonteerd.
• Deze antennes verwerken communicatie binnen elk pad behalve verticaal bovenop de antenne.
• Bedrukte monopoolantennes worden op grote schaal gebruikt vanwege de vele voordelen, zoals lage kosten, laag profiel, eenvoudige fabricage, minder gewicht en combinatie met andere actieve apparaten.

De monopool antenne nadelen omvatten het volgende.

• Het heeft een slechte straling in alle richtingen omdat het gelijkmatig in alle richtingen uitstraalt.
• Deze zijn duur.
• Signaalreflecties kunnen worden veroorzaakt door metalen voorwerpen en de grond, dus u kunt zowel verticaal als horizontaal gepolariseerde signalen ontvangen.
• De ontwerp- en groottebeperkingen die vereist zijn voor een grondvlak in deze antenne zijn vaak beperkend.
• Het stralingspatroon van deze antenne hangt voornamelijk af van de richting van het grondvlak.

toepassingen

De gebruik/toepassingen van monopoolantenne omvatten het volgende.

• Monopoolantennes worden op verschillende gebieden gebruikt, zoals ruimtewetenschap, radartechnologie, biomedische wetenschap, onderzoek, enz.
• De monopool wordt vaak gebruikt als een resonerende antenne waarbij de staaf van deze antenne werkt als een open resonator, met name voor radiogolven en fluctueert door staande golven van stroom en spanning over de lengte. De antennelengtes worden dus eenvoudigweg bepaald door de voorkeursgolflengte van de radiogolven.
• Dit type antenne wordt veel gebruikt in draadloze communicatiesystemen.
• Een monopoolantenne met een onopvallend vijfhoekig model is ontworpen en gebruikt voor draagbare toepassingen.
• Deze antenne wordt veel gebruikt in auto's, draagbare AM- of FM-radio's, enz
• Een zeer efficiënte, goedkope en low-profile gebaseerde monopoolantenne wordt gebruikt in dual-band, multi-band en UWB (ultra-wideband) toepassingen.

Dit is dus een overzicht van een monopoolantenne – werkend, typen met applicaties. De eigenschappen van een monopoolantenne zijn voornamelijk afhankelijk van het grondvlak en de radiatorgeometrie. Deze antennes worden veel gebruikt op verschillende gebieden, zoals ruimtewetenschap, radartechnologie, draadloze communicatiesystemen en biomedisch onderzoek vanwege de vele voordelen, zoals lagere kosten, onopvallend, lichtgewicht, gemakkelijke fabricage en combinatie via andere actieve apparaten. Hier is een vraag voor u, wat is een dipoolantenne?