Monopole Antenna : Disenyo, Paggawa, Mga Uri at Mga Aplikasyon Nito

Isang radio pioneer na pinangalanang 'Guglielmo Marconi' ang nag-imbento ng monopole antenna noong 1895 at nag-patent noong taong 1896 sa kanyang unang makasaysayang mga eksperimento sa komunikasyon sa radyo. Kaya ang antenna na ito ay kilala rin bilang ang Marconi antenna. Ito ay kalahati ng a dipole antenna nakaayos sa itaas ng conducting ground plane. Kaya ang quarter-wave monopole antenna ay ang pinakakaraniwang uri kung saan ang antenna na ito ay nasa 1/4 ng wavelength ng radio waves. Ang mga ito mga antenna ay ginagamit sa mga internet network at mobile na komunikasyon. Kaya tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng a monopole antenna – nagtatrabaho sa mga aplikasyon.

Kahulugan ng Monopole Antenna

Ang isang uri ng radio antenna na may kasamang straight rod shape conductor na patayo na naka-mount sa itaas ng ground plane ay kilala bilang monopole antenna. Ang antenna na ito ay isang simple at single-wire antenna, pangunahing ginagamit para sa parehong pagpapadala at pagtanggap ng mga signal, kaya malawak na ginagamit sa mga wireless na sistema ng komunikasyon.

Sa isang monopole antenna, ang conductor rod ay gumagana tulad ng isang bukas na resonator pangunahin para sa mga radio wave at oscillates sa pamamagitan ng nakatayong boltahe at kasalukuyang mga alon sa haba nito. Ang haba ng antenna ay simpleng tinutukoy depende sa nais na wavelength ng radio wave. Ang saklaw ng dalas ng monopole antenna ay mula 1.7-2 GHz, na may average na 3.7 dBi na nakuha.

Disenyo ng Monopole Antenna

Ang monopole antenna ay ½ (isang-kalahati) ng isang dipole antenna na halos naka-mount sa ibabaw ng ilang uri ng ground plane. Kaya, ang antenna na ito ay naka-mount sa isang walang katapusang ground plane na may haba na 'L' tulad ng ipinapakita sa ibaba. Sa pamamagitan ng teorya ng imahe, ang mga patlang sa ground plane ay matatagpuan sa pamamagitan ng antenna sa loob ng libreng espasyo na ipinapakita sa pangalawang diagram. Isa lang itong dipole antenna na may dalawang beses sa L (haba) ng monopole antenna.

Sa unang figure, ang mga field sa ground plane ay katumbas ng mga field. Ang mga field ng monopole antenna sa ilalim ng ground plane sa loob ng figure na ito ay zero. Ang directivity ng monopole antenna ay direktang nauugnay sa isang dipole antenna. Kung ang directivity ng isang dipole antenna na may haba na 2L ay D1, kung gayon ang directivity ng monopole antenna na may haba na 'L' ay magkakaroon ng D1+3 na nangangahulugang, ang directivity ng monopole antenna ay doble sa directivity ng dipole antenna. Ang pangunahing dahilan nito ay dahil lamang sa walang radiation na nagaganap sa ilalim ng ground plane; kaya, ang antenna ay mahusay na nadoble bilang 'direktiba'.

Prinsipyo sa Paggawa ng Monopole Antenna

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng isang monopole antenna ay; kapag ang kapangyarihan ay ibinibigay sa isang monopole pagkatapos ito ay radiated nang katulad sa lahat ng direksyon patayo sa haba ng antenna sa itaas ng ground plane kung saan ito naka-mount. Ang pattern ng radiation ng antenna na ito ay omnidirectional, kaya nag-radiate ito na may katumbas na kapangyarihan sa lahat ng direksyon sa tamang mga anggulo sa antenna. Ang radiated power mula sa antenna ay nagbabago sa anggulo ng elevation sa pamamagitan ng radiation na bumababa sa zero sa tuktok sa axis ng antenna.

Monopole Antenna Radiation Pattern

Ang radiation pattern ay ang representasyon ng wavefront emission o pagtanggap ng antenna upang tukuyin ang lakas nito para madaling makilala ng isang tao ang function at directivity ng antenna.

Kapag ang kapangyarihan ay ibinubuga mula sa antena, ito ay may epekto sa malayo at malapit na mga rehiyon ng field. Ang pattern ng radiation ay maaaring i-plot nang graphic bilang isang angular na posisyon at radial distance function mula sa anumang antenna. Ang radiation pattern ng monopole antenna ay ipinapakita sa ibaba.

Ang radiation pattern ng monopole antenna ay omnidirectional, kaya naglalabas ito ng pantay na kapangyarihan sa lahat ng direksyon na patayo sa monopole antenna. Ang radiated power ng antenna ay nagbabago sa anggulo ng elevation ng dropping-off radiation sa zero sa peak sa axis ng antenna. Ito ay patayo na nagpapalabas ng mga polarized radio wave.

Sa diagram sa itaas, ang mga vertical na pattern ng radiation ng tatlong monopole antenna graph na may iba't ibang haba ay naka-mount sa itaas ng isang ganap na conducting ground.

Ang radial distance ng linya mula sa source sa anumang anggulo ng elevation ay proporsyonal lang sa radiated power density sa elevation na iyon. Ang radial axis ay inaayos sa loob ng power density na nauugnay sa isang quarter wave monopole at decibels-isotropic. Kaya, ang 0.25λ blue color quarter-wave monopole wave ay may modelong katumbas ng mas mataas na kalahati ng pattern ng dipole antenna. Ang 0.5λ na berdeng kulay na half-wave monopole ay nagpapalabas ng higit na kapangyarihan sa loob ng mga pahalang na direksyon. Ang pinakamataas na pahalang na radiation ng monopole antenna ay maaaring makuha lamang sa haba ng pulang kulay na alon na may 0.625λ.

Ang pattern ng radiation sa itaas ng 0.5λ kalahating haba ng haba ay naghihiwalay sa dalawang lobe sa pamamagitan ng pangalawang conical lobe na nakadirekta sa kalangitan. Ang pinakamataas sa 0.625λ ay nangyayari dahil, sa matataas na anggulo, ang reverse phase radiation ng dalawang lobe ay nakakakansela sa pag-compress ng mas maraming kapangyarihan sa vertical lobe.

Mga Uri ng Monopole Antenna

Mayroong iba't ibang uri ng monopole antenna tulad ng whip, helical, rubber ducky random wire, umbrella, mast radiator, inverted-L, T-antenna, ground plane, folded unipole at inverted-F na tinatalakay sa ibaba.

Whip Antenna

Ang whip antenna ay isang uri ng monopole antenna at ito ay napaka-flexible upang hindi ito pumutok nang simple. Ang pangalan ng antenna na ito ay nagmula sa parang latigo na galaw na nagpapakitang minsang nabalisa. Ang antenna na ito ay nagsasama lamang ng isang tuwid na nababaluktot na baras o wire at ang ilalim ng antenna na ito ay konektado lamang sa radio transmitter o receiver.

Para sa mga portable na radyo, ang mga antenna na ito ay madalas na idinisenyo gamit ang isang hanay ng mga magkakaugnay na telescoping metal tubes, kaya't maaari itong ibalik kapag hindi na ginagamit. Ang mas mahahabang latigo ay pangunahing idinisenyo upang i-mount sa mga sasakyan pati na rin ang mga istruktura na idinisenyo gamit ang isang nababaluktot na fiberglass rod na humigit-kumulang isang wire core at maaaring umabot ng hanggang 11 m ang haba. Ang perpektong haba ng antenna na ito ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng wavelength ng mga radio wave.

Ito ang pinakamadalas na ginagamit na monopole antenna sa HF, UHF at VHF radio band. Ang mga ito ay malawakang ginagamit para sa mga FM radio, cordless phone, hand-held radio, Wi-Fi-enabled device, walkie-talkie, at boom box. Ang mga ito ay konektado sa mga sasakyan para sa mga radyo ng kotse gayundin sa mga 2-way na radyo para sa mga sasakyan at sasakyang panghimpapawid.

Helical Antenna

Ang isang helical antenna ay may kasamang hindi bababa sa isa o mas mataas na conducting wire na nasugatan sa isang helix form. Kapag ang isang helical antenna ay idinisenyo gamit ang isang helical wire, ang antenna na ito ay kilala bilang monofilar samantalang ang mga antenna na dinisenyo na may minimum na 2 o 4 na mga wire sa loob ng isang helix ay tinatawag na quadrifilar/bifilar. Mangyaring sumangguni sa link na ito upang malaman ang higit pa tungkol sa - Helical Antenna .

Random na Wire Antenna

Ang isang random na wire antenna ay may kasamang mahabang wire na nakabitin sa lupa kung saan ang wire ay tuwid o maaaring itali pabalik-balik sa pagitan ng mga dingding o puno para lang maipalabas ang sapat na wire sa hangin. Dahil sa malaking pagkakaiba-iba sa istraktura ng antenna, ang kahusayan ay maaaring magbago mula sa isang pag-aayos patungo sa isa pa.

Ang mga random na wire antenna ay malawakang ginagamit bilang mga antenna sa pagtanggap sa mga short wave, medium wave at long wave band, at ang mga antenna na ito ay ginagamit bilang mga antenna sa pagpapadala sa mga band na ito pangunahin para sa emergency o pansamantalang mga istasyon ng pagpapadala, maliit sa labas at sa mga lugar kung saan mas maraming permanenteng antenna ang hindi makakagawa. i-mount.

Rubber Ducky Antenna

Ang rubber ducky antenna ay isang maikling monopole antenna na gumagana bilang isang base-loaded whip antenna. Kasama sa antenna na ito ang isang makitid na hugis helix na springy wire na nakasara sa loob ng isang plastic o rubber jacket upang bantayan ang antenna. Ang mga antenna na ito ay pangunahing ginagamit sa loob ng handy handheld radio equipment sa UHF at VHF frequency.

Ang mga antenna na ito ay ginagamit sa iba't ibang portable radio device tulad ng mga walkie-talkie, mga scanner na portable transceiver at kung saan mas inuuna ang seguridad at katatagan kaysa sa electromagnetic na pagganap. Ang antenna na ito ay napaka-flexible at angkop para sa handheld na operasyon, lalo na kapag isinusuot sa sinturon kumpara sa mga dating matibay na telescoping type antenna.

Mast Radiator

Ang mast radiator ay isang uri ng monopole antenna. Ito ay isang radiating tower o radio mast na kung saan ang istraktura ng metal ay pinalakas at gumagana bilang isang antena. Ito ay karaniwang ginagamit para sa pagpapadala ng mga antenna na gumagana sa mababang frequency sa loob ng MF at LF band, partikular na ginagamit para sa AM radio broadcasting station. Ang base ng antenna na ito ay karaniwang nakakabit sa isang nonconductive na suporta upang maprotektahan ito mula sa lupa.

Payong Antenna

Ang umbrella antenna ay isang wire monopole antenna na maaaring gamitin bilang transmitting antenna sa ilalim ng 1 MHz sa LF, MF at higit sa lahat sa mga VLF band sa sapat na mababang frequency na hindi magagawa o hindi praktikal na gumawa ng kumpletong laki ng quarter-wave monopole antenna. Ang panlabas na dulo ng bawat radial wire ay sloping pababa mula sa tugatog ng antenna at konektado sa isang sumusuportang lubid sa pamamagitan ng isang insulator na nakakabit sa lupa. Ang mga radial wire ay gagawin itong antenna na higanteng payong na may wire frame.

T-antenna

Ang T-antenna ay isang monopole radio antenna na kilala rin bilang flat-top o T-aerial antenna. Kasama sa antenna na ito ang isa o higit pa na pahalang na mga wire na balanse sa pagitan ng dalawang radio mast kung hindi man ay mga gusali at protektado sa mga dulo mula sa mga ito. Ang isang pahalang na wire ay nakakonekta lamang sa gitna ng mga pahalang na wire, nakabitin nang napakalapit sa lupa, at nakakonekta sa transmitter (o) receiver. Karaniwang ginagamit ang mga T-antenna sa MF, LF, VLF at mga shortwave band. Ang mga antenna na ito ay malawakang ginagamit bilang mga transmitting antenna pangunahin para sa mga amateur radio station, medium wave at long wave AM broadcasting station. Para sa shortwave na pakikinig, ang mga antenna na ito ay ginagamit bilang mga antenna ng pagtanggap.

Nakatuping Unipole Antenna

Ito ay isang uri ng monopole mast radiator antenna na pangunahing ginagamit bilang transmitting antenna sa loob ng medium wave band para sa AM radio broadcasting station. Ang antenna na ito ay pangunahing may kasamang mast o vertical metal rod na konektado sa grounding system nito na may kasamang mga nakabaon na wire. Ang palo ay napapalibutan lamang ng mga patayong wire na konektado sa kuryente sa tuktok ng palo. Ang mga wire na ito ay konektado lamang ng isang metal na singsing na malapit sa base ng palo at ang feeding power ng feed line mula sa transmitter ay nakakabit sa pagitan ng ring at ng lupa. Ang antenna na ito ay ang pinakamahusay na pagpipilian sa tuwing ang isang AM radio station ay nakikibahagi sa isang tore sa iba pang mga antenna tulad ng mga FM broadcasting antenna.

Inverted-F Antenna

Ang isang inverted-F antenna ay kadalasang ginagamit sa mga frequency ng microwave at UHF sa loob ng wireless na komunikasyon. May kasama itong monopole antenna na tumatakbo parallel sa isang ground plane at naka-ground sa isang dulo. Ang antenna na ito ay pinapakain mula sa isang gitnang punto mula sa distansya ng grounded na dulo. Mas compact ang antenna na ito, na nagbibigay-daan dito na makapaglabas ng kuryente nang mahusay, atbp. Ang mga antenna na ito ay malawakang ginagamit sa mga wireless compact na hand-held device. Ginagamit ang mga ito sa mga saklaw ng pagsubok sa militar sa loob ng mga aplikasyon ng telemetry.

Monopole Antenna Vs Dipole Antenna

Ang pagkakaiba sa pagitan ng monopole antenna at dipole antenna ay tinalakay sa ibaba.

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang Mga kalamangan ng monopole antenna isama ang mga sumusunod.

• Ang mga monopole antenna ay napakasimpleng gawin at i-install din
• Ang mga ito ay masungit at hindi magastos gawin.
• Ang antenna na ito ay may medyo mataas na reactive impedance na higit sa karamihan ng frequency range nito.
• Kapag humahaba ang antenna na ito at nabawasan ang pagkalugi sa lupa, mas magiging mahusay ang kahusayan ng antenna.
• Ang isang vertical-type na monopole antenna ay ginagamit para sa anumang frequency na mas maikli sa 2/3rd ng wavelength.
• Ito ay mga simpleng omnidirectional antenna na gumagamit ng mas kaunting espasyo kumpara sa isang hanay ng mga wheel antenna na naka-mount sa ibabaw ng bawat isa.
• Ang mga antenna na ito ay humahawak ng mga komunikasyon sa loob ng anumang landas maliban sa patayo sa ibabaw ng antenna.
• Ang mga naka-print na monopole antenna ay malawakang ginagamit dahil sa maraming benepisyo tulad ng mababang halaga, mababang profile, simpleng katha, mas kaunting timbang at kumbinasyon sa iba pang mga aktibong device.

Ang disadvantages ng monopole antenna isama ang mga sumusunod.

• Ito ay may mahinang radiation sa lahat ng direksyon dahil pantay-pantay ang pag-radiasyon sa lahat ng direksyon.
• Ang mga ito ay mahal.
• Ang mga pagmuni-muni ng signal ay maaaring sanhi ng mga metal na bagay at lupa, kaya maaari kang makakuha ng parehong patayo at pahalang na polarized na mga signal.
• Ang mga paghihigpit sa disenyo at laki na kinakailangan para sa isang ground plane sa antenna na ito ay madalas na mahigpit.
• Ang radiation pattern ng antenna na ito ay pangunahing nakadepende sa direksyon ng ground plane.

Mga aplikasyon

Ang gamit/aplikasyon ng monopole antenn ae isama ang mga sumusunod.

• Ang mga monopole antenna ay ginagamit sa iba't ibang larangan tulad ng space science, radar technology, biomedical, research, atbp.
• Ang monopole ay kadalasang ginagamit bilang resonant antenna kung saan gumagana ang rod ng antenna na ito bilang open resonator, partikular na para sa mga radio wave at pabagu-bago sa pamamagitan ng mga nakatayong alon ng kasalukuyang at boltahe sa haba nito. Kaya, ang mga haba ng antenna ay natutukoy lamang ng mga ginustong wavelength ng radio wave.
• Ang ganitong uri ng antenna ay malawakang ginagamit sa loob ng mga wireless na sistema ng komunikasyon.
• Ang monopole antenna na may low-profile pentagonal na modelo ay idinisenyo at ginagamit para sa mga naisusuot na application.
• Ang antenna na ito ay malawakang ginagamit sa mga sasakyan, portable AM ​​o FM radio, atbp
• Ang isang napakahusay, mura at mababang profile na monopole antenna ay ginagamit sa dual-band, multi-band, at UWB (ultra-wideband) na mga application.

Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng isang monopole antenna – nagtatrabaho, mga uri na may mga application. Ang mga katangian ng monopole antenna pangunahing nakadepende sa ground plane at radiator geometry. Ang mga antenna na ito ay malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan tulad ng space science, teknolohiya ng radar, wireless communication system at biomedical na pananaliksik dahil sa maraming benepisyo tulad ng mas mura, mababang profile, magaan, madaling paggawa at kumbinasyon sa pamamagitan ng iba pang mga aktibong device. Narito ang isang katanungan para sa iyo, ano ang isang dipole antenna?