Antenna monopolare: design, funzionamento, tipi e sue applicazioni

Un pioniere della radio di nome “Guglielmo Marconi” inventò un'antenna unipolare nel 1895 e brevettò l'anno 1896 durante i suoi primi storici esperimenti di comunicazione radio. Quindi questa antenna è anche conosciuta come antenna Marconi. Questa è la metà di un antenna a dipolo disposto sopra un piano di terra conduttore. Quindi l'antenna monopolare a quarto d'onda è il tipo più comune in cui questa antenna è circa 1/4 della lunghezza d'onda delle onde radio. Questi antenne sono utilizzati nelle reti Internet e nelle comunicazioni mobili. Quindi questo articolo discute una panoramica di a antenna monopolare – lavorare con le applicazioni.

Definizione di antenna monopolare

Un tipo di antenna radio che include un conduttore a forma di asta diritto montato perpendicolarmente sopra un piano di massa è noto come antenna unipolare. Questa antenna è un'antenna semplice ea filo singolo, utilizzata principalmente sia per la trasmissione che per la ricezione di segnali, così ampiamente utilizzata nei sistemi di comunicazione wireless.

In un'antenna unipolare, l'asta del conduttore funziona come un risonatore aperto principalmente per le onde radio e oscilla attraverso la tensione e le onde di corrente per tutta la sua lunghezza. La lunghezza dell'antenna viene semplicemente determinata in base alla lunghezza d'onda dell'onda radio desiderata. La gamma di frequenza dell'antenna unipolare va da 1,7 a 2 GHz, con un guadagno medio di 3,7 dBi.

Design dell'antenna monopolare

Un'antenna unipolare è ½ (metà) di un'antenna a dipolo che è quasi montata sopra un qualche tipo di piano di massa. Quindi, questa antenna è montata su un piano di massa infinito con una lunghezza 'L' come mostrato di seguito. Secondo la teoria dell'immagine, i campi sul piano terra possono essere trovati attraverso l'antenna all'interno dello spazio libero che è mostrato nel secondo diagramma. Questa è solo un'antenna a dipolo con il doppio della L (lunghezza) di un'antenna unipolare.

Nella prima figura, i campi sul piano terra sono uguali ai campi. I campi dell'antenna unipolare sotto il piano di massa all'interno di questa figura sono zero. La direttività dell'antenna unipolare è direttamente correlata a un'antenna a dipolo. Se la direttività di un'antenna a dipolo con lunghezza 2L è D1, allora la direttività dell'antenna unipolare con lunghezza 'L' avrà D1+3, il che significa che la direttività dell'antenna unipolare è il doppio della direttività dell'antenna a dipolo. La ragione principale di ciò è solo perché nessuna radiazione avviene sotto il piano terra; quindi, l'antenna viene efficacemente raddoppiata come 'direttiva'.

Principio di funzionamento dell'antenna monopolare

Il principio di funzionamento di un'antenna unipolare è; quando la potenza viene fornita a un monopolo, viene irradiata in modo simile in tutte le direzioni verticali rispetto alla lunghezza dell'antenna sopra il piano di massa su cui è montata. Il diagramma di radiazione di questa antenna è omnidirezionale, quindi irradia con potenza equivalente in tutte le direzioni ad angolo retto rispetto all'antenna. La potenza irradiata dall'antenna cambia con l'angolo di elevazione attraverso la radiazione che scende a zero al picco sull'asse dell'antenna.

Diagramma di radiazione dell'antenna monopolare

Il diagramma di radiazione è la rappresentazione dell'emissione o della ricezione del fronte d'onda dell'antenna per specificarne la forza in modo che si possa facilmente riconoscere la funzione e la direttività dell'antenna.

Quando la potenza viene emessa dall'antenna, ha un effetto sulle regioni del campo lontano e vicino. Il diagramma di radiazione può essere tracciato graficamente come posizione angolare e funzione di distanza radiale da qualsiasi antenna. Di seguito è mostrato il diagramma di radiazione dell'antenna unipolare.

Il diagramma di radiazione dell'antenna monopolare è omnidirezionale, quindi emette la stessa potenza in tutte le direzioni che sono verticali rispetto all'antenna monopolare. La potenza irradiata dell'antenna cambia con l'angolo di elevazione dalla radiazione di caduta a zero al picco sull'asse dell'antenna. Irradia verticalmente onde radio polarizzate.

Nel diagramma sopra, i diagrammi di radiazione verticale di tre grafici di antenne unipolari con lunghezze diverse sono montati sopra un terreno completamente conduttivo.

La distanza radiale della linea dalla sorgente a qualsiasi angolo di elevazione è semplicemente proporzionale alla densità di potenza irradiata a quell'elevazione. L'asse radiale è regolato all'interno della densità di potenza relativa a un monopolo a quarto d'onda e decibel-isotropo. Quindi, l'onda monopolare a quarto d'onda di colore blu 0,25λ ha un modello uguale alla metà superiore di un modello di antenna a dipolo. Il monopolo a semionda di colore verde da 0,5λ irradia più potenza nelle direzioni orizzontali. La massima radiazione orizzontale dell'antenna unipolare può essere raggiunta semplicemente a una lunghezza dell'onda di colore rosso con 0,625λ.

Il diagramma di radiazione a lunghezze d'onda superiori a 0,5λ si separa in due lobi attraverso un secondo lobo conico che è diretto verso il cielo. Il più alto a 0,625λ si verifica perché, ad angoli elevati, la radiazione di fase inversa dei due lobi si annulla comprimendo più potenza nel lobo verticale.

Tipi di antenna monopolare

Esistono diversi tipi di antenne monopolo come una frusta, elicoidale, filo casuale paperella di gomma, ombrello, radiatore dell'albero, L invertita, antenna a T, piano di massa, unipolo piegato e F invertita che sono discussi di seguito.

Antenna a frusta

Un'antenna a stilo è un tipo di antenna unipolare ed è molto flessibile in modo da non rompersi semplicemente. Il nome di questa antenna deriva dal movimento a frusta che esibisce una volta disturbata. Questa antenna include semplicemente un'asta o un filo flessibile diritto e la parte inferiore di questa antenna è semplicemente collegata al trasmettitore o ricevitore radio.

Per le radio portatili, queste antenne sono spesso progettate con una serie di tubi metallici telescopici ad incastro, quindi possono essere ritirate una volta non utilizzate. Le fruste più lunghe sono progettate principalmente per il montaggio su veicoli e strutture progettate con un'asta flessibile in fibra di vetro approssimativamente un'anima di filo e possono essere lunghe fino a 11 m. La lunghezza perfetta di questa antenna può essere determinata attraverso la lunghezza d'onda delle onde radio.

Queste sono le antenne unipolari più utilizzate nelle bande radio HF, UHF e VHF. Questi sono ampiamente utilizzati per radio FM, telefoni cordless, radio portatili, dispositivi abilitati Wi-Fi, walkie-talkie e boom box. Questi sono collegati a veicoli per autoradio e radio a 2 vie per veicoli e aerei.

Antenna elicoidale

Un'antenna elicoidale include un minimo di uno o più fili conduttori che sono avvolti a forma di elica. Quando un'antenna elicoidale è progettata con un filo elicoidale, questa antenna è nota come monofilare, mentre le antenne progettate con un minimo di 2 o 4 fili all'interno di un'elica sono quindi chiamate quadrifilari/bifilari. Si prega di fare riferimento a questo link per saperne di più su - Antenna elicoidale .

Antenna a filo casuale

Un'antenna a filo casuale include un lungo filo sospeso sul terreno dove il filo è dritto o può essere teso avanti e indietro tra muri o alberi solo per portare il filo sufficiente in aria. A causa dell'enorme variabilità nella struttura dell'antenna, l'efficienza può cambiare da un fix all'altro.

Le antenne filari casuali sono ampiamente utilizzate come antenne riceventi sulle bande a onde corte, onde medie e onde lunghe, e queste antenne sono utilizzate come antenne trasmittenti su queste bande principalmente per stazioni trasmittenti di emergenza o temporanee, piccole all'aperto e in luoghi dove le antenne più permanenti non possono essere montato.

Antenna paperella di gomma

L'antenna paperella di gomma è un'antenna unipolare corta che funziona abbastanza come un'antenna a frusta caricata di base. Questa antenna include un sottile filo elastico a forma di elica chiuso all'interno di una guaina di plastica o gomma per proteggere l'antenna. Queste antenne sono utilizzate principalmente all'interno di pratiche apparecchiature radio portatili alle frequenze UHF e VHF.

Queste antenne sono utilizzate in vari dispositivi radio portatili come walkie-talkie, scanner, ricetrasmettitori portatili e dove la sicurezza e la robustezza hanno la priorità rispetto alle prestazioni elettromagnetiche. Questa antenna è molto flessibile e adatta per il funzionamento portatile, in particolare se indossata sulla cintura rispetto alle precedenti antenne rigide telescopiche.

Radiatore dell'albero

Un radiatore a palo è un tipo di antenna unipolare. Questa è una torre radiante o un albero radio che è dove la struttura metallica è energizzata e funziona come un'antenna. Questo è normalmente utilizzato per la trasmissione di antenne che funzionano a basse frequenze all'interno delle bande MF e LF, particolarmente utilizzate per le stazioni radio AM. La base di questa antenna è normalmente montata su un supporto non conduttivo per proteggerla dal suolo.

Antenna ombrello

Un'antenna a ombrello è un'antenna unipolare a filo che può essere utilizzata come antenne trasmittenti sotto 1 MHz nelle bande LF, MF e principalmente VLF a frequenze sufficientemente basse da rendere impossibile o poco pratico realizzare un'antenna monopolare a quarto d'onda di dimensioni complete. L'estremità esterna di ogni filo radiale è digradante dal pinnacolo dell'antenna ed è collegata a una fune portante tramite un isolante fissato a terra. I fili radiali renderanno questa antenna l'ombrello gigante con una cornice di filo.

Antenna a T

Un'antenna a T è un'antenna radio unipolare nota anche come antenna piatta o antenna a T. Questa antenna include uno o più fili orizzontali che sono bilanciati tra due antenne radio altrimenti costruite e protette alle estremità da essi. Un filo orizzontale è semplicemente collegato al centro dei fili orizzontali, pende molto vicino al suolo ed è collegato al trasmettitore (o) ricevitore. Le antenne a T sono normalmente utilizzate nelle bande MF, LF, VLF e onde corte. Queste antenne sono ampiamente utilizzate come antenne trasmittenti principalmente per stazioni radio amatoriali, stazioni di trasmissione AM a onde medie e lunghe. Per l'ascolto a onde corte, queste antenne vengono utilizzate come antenne riceventi.

Antenna unipolare piegata

Questo è un tipo di antenna radiatore ad albero unipolare utilizzata principalmente come antenna trasmittente all'interno della banda delle onde medie per le stazioni radio AM. Questa antenna include principalmente un palo o un'asta metallica verticale collegata al suo sistema di messa a terra che include fili interrati. L'albero è semplicemente racchiuso da fili verticali che sono collegati elettricamente all'apice dell'albero. Questi fili sono semplicemente collegati da un anello metallico vicino alla base dell'albero e l'alimentazione della linea di alimentazione dal trasmettitore è fissata tra l'anello e il terreno. Questa antenna è la scelta migliore ogni volta che una stazione radio AM condivide una torre con altre antenne come le antenne di trasmissione FM.

Antenna a F invertita

Un'antenna a F invertita viene utilizzata principalmente alle frequenze microonde e UHF all'interno della comunicazione wireless. Include un'antenna unipolare che corre parallela a un piano di massa e collegata a terra a un'estremità. Questa antenna è alimentata da un punto medio dalla distanza dell'estremità messa a terra. Questa antenna è più compatta, consentendole di emettere potenza in modo efficiente, ecc. Queste antenne sono ampiamente utilizzate nei dispositivi portatili compatti wireless. Questi vengono utilizzati a intervalli di test militari all'interno di applicazioni di telemetria.

Antenna monopolare vs antenna dipolo

La differenza tra antenna unipolare e antenna a dipolo è discussa di seguito.

Vantaggi e svantaggi

IL vantaggi dell'antenna unipolare include il seguente.

• Le antenne monopolo sono molto semplici da costruire e installare
• Questi sono robusti e non costosi da realizzare.
• Questa antenna ha un'impedenza reattiva piuttosto elevata al di sopra della maggior parte della sua gamma di frequenze.
• Quando questa antenna si allunga e le perdite a terra diminuiscono, l'efficienza dell'antenna migliora.
• Un'antenna unipolare di tipo verticale viene utilizzata per qualsiasi frequenza inferiore a 2/3 della lunghezza d'onda.
• Si tratta di semplici antenne omnidirezionali che utilizzano meno spazio rispetto a una serie di antenne a ruota montate una sopra l'altra.
• Queste antenne gestiscono le comunicazioni all'interno di qualsiasi percorso tranne che verticalmente sopra l'antenna.
• Le antenne monopolo stampate sono ampiamente utilizzate a causa di molti vantaggi come il basso costo, il basso profilo, la fabbricazione semplice, il minor peso e la combinazione con altri dispositivi attivi.

IL svantaggi dell'antenna monopolare include il seguente.

• Ha una scarsa radiazione in tutte le direzioni perché irradia uniformemente in tutte le direzioni.
• Questi sono costosi.
• I riflessi del segnale possono essere causati da oggetti metallici e dal terreno, pertanto è possibile ottenere segnali polarizzati sia verticalmente che orizzontalmente.
• I vincoli di progettazione e dimensioni richiesti per un piano di massa in questa antenna sono spesso restrittivi.
• Il diagramma di radiazione di questa antenna dipende principalmente dalla direzione del piano di massa.

Applicazioni

IL usi/applicazioni di antenne monopole ae includono quanto segue.

• Le antenne monopolari sono utilizzate in vari campi come la scienza spaziale, la tecnologia radar, la biomedica, la ricerca, ecc.
• Il monopolo è spesso utilizzato come antenna risonante in cui l'asta di questa antenna funziona come un risonatore aperto, in particolare per le onde radio e fluttua attraverso onde stazionarie di corrente e tensione per tutta la sua lunghezza. Quindi, le lunghezze dell'antenna sono semplicemente determinate dalla lunghezza d'onda delle onde radio preferite.
• Questo tipo di antenna è ampiamente utilizzato nei sistemi di comunicazione wireless.
• Un'antenna unipolare con un modello pentagonale a basso profilo è progettata e utilizzata per applicazioni indossabili.
• Questa antenna è ampiamente utilizzata nelle automobili, nelle radio AM o FM portatili, ecc
• Un'antenna monopolare molto efficiente, a basso costo e a basso profilo viene utilizzata in applicazioni dual-band, multi-band e UWB (banda ultra larga).

Così, questo è una panoramica di un'antenna unipolare – funzionante, tipi con applicazioni. IL Caratteristiche dell'antenna unipolare dipendono principalmente dal piano terra e dalla geometria del radiatore. Queste antenne sono ampiamente utilizzate in diversi campi come la scienza spaziale, la tecnologia radar, i sistemi di comunicazione wireless e la ricerca biomedica a causa di molti vantaggi come meno costi, basso profilo, leggerezza, facile fabbricazione e combinazione attraverso altri dispositivi attivi. Ecco una domanda per te, cos'è un'antenna a dipolo?