Monopoleová anténa - Monopole antenna

Typický stožárový radiátor monopolní anténa AM rádiová stanice v Chapel Hill, Severní Karolína. Samotný stožár je připojen k vysílači a vyzařuje rádiové vlny. Je namontován na keramickém izolátoru, aby byl izolován od země. Druhá svorka vysílače je připojena k a přízemní systém skládající se z kabelů zakopaných pod polem.

A monopolní anténa je třída rádiová anténa skládající se z přímky tyč ve tvaru vodiče, často namontovaný kolmo na nějaký typ vodivý povrch, nazývaný a pozemní letadlo.[1][2][3] Řidičský signál z vysílač se používá, nebo pro příjem antén výstupního signálu do přijímač mezi spodním koncem monopolu a základní rovinou. Jedna strana antény feedline je připevněn ke spodnímu konci monopolu a druhá strana je připevněna k základní rovině, kterou je často Země. To kontrastuje s a dipólová anténa který se skládá ze dvou identických tyčových vodičů, přičemž signál z vysílače je přiveden mezi dvě poloviny antény.

Monopole se často používá jako a rezonanční anténa; tyč funguje jako otevřená rezonátor pro rádiové vlny kmitající s stojaté vlny napětí a proudu po jeho délce. Proto je délka antény určena vlnová délka rádiových vln, se kterými se používá. Nejběžnější formou je čtvrtvlnný monopol, ve kterém je anténa přibližně jednou čtvrtinou vlnové délky rádiových vln. Ve vysílání monopolních antén 5/8 = 0,625 je však také populární vlnová délka dlouhá, protože při této délce monopol vyzařuje maximální množství své energie ve vodorovných směrech. Monopolní anténa byla vynalezena v roce 1895 rádiovým průkopníkem Guglielmo Marconi; z tohoto důvodu se někdy nazývá Marconiho anténa.[4][5][6] Běžné typy monopolní antény jsou bič, gumová kačenka, spirálovitý, náhodný drát, deštník, obrácené L a T-anténa, obráceně-F, stožárový radiátor, a antény pozemní roviny.

Zátěžová impedance čtvrtvlnného monopolu je poloviční oproti dipólové anténě nebo 37,5 + j21,25 ohmů.

Dějiny

Kresba z Marconiho patentu z roku 1896[7] ukazuje své první monopolní antény, skládající se ze zavěšených kovových desek (u, w) připojený k vysílači (vlevo, odjet) a přijímač (že jo), s druhou stranou uzemněnou (E). Později zjistil, že desky jsou zbytečné a postačující je zavěšený drát.
Marconiho první monopolní vysílač
Jedna z prvních monopolních antén Marconiho na jeho vysílací stanici Poldhu v Cornwallu, 1900, skládající se z malé kovové desky zavěšené na dřevěném rameni s dlouhým drátem stékajícím k vysílači v budově.

Monopolní anténa byla vynalezena v roce 1895 a patentována v roce 1896[7] rádiovým průkopníkem Guglielmo Marconi během svých historických prvních experimentů v rádiové komunikaci. Začal používáním dipólové antény vynalezl Heinrich Hertz skládající se ze dvou identických vodorovných drátů končících v kovových deskách. Experimentem zjistil, že pokud je namísto dipólu jedna strana vysílače a přijímače připojena k drátu zavěšenému nad hlavou a druhá strana je spojena se Zemí, může vysílat na delší vzdálenosti. Z tohoto důvodu se monopolu také říká a Marconiho anténa,[4][5][6] Ačkoli Alexander Popov nezávisle vynalezl přibližně ve stejnou dobu.[8][9][10][11]

Radiační vzor

Jako dipólová anténa, monopole má všesměrový radiační vzor: vyzařuje se stejnou silou ve všech azimutální směry kolmé k anténě. Vyzařovaný výkon se však mění s výškovým úhlem, přičemž záření klesá na nulu zenit osy antény. Vyzařuje vertikálně polarizovaný rádiové vlny.

Zobrazení monopolní antény má stejný vyzařovací diagram na dokonalé zemi jako dipól ve volném prostoru s dvojnásobným napětím

Monopole lze vizualizovat (že jo) jak je vytvořen nahrazením spodní poloviny svislice dipólová anténa (C) s vodivou rovinou (pozemní letadlo ) v pravém úhlu ke zbývající polovině. Pokud je pozemní rovina dostatečně velká, rádiové vlny ze zbývající horní poloviny dipólu (A) odražené od pozemní roviny bude zřejmě pocházet z obrazová anténa b) formování chybějící poloviny dipólu, které se přidá k přímému záření a vytvoří dipólový obrazec záření. Takže vzor monopolu s dokonale vodivou, nekonečnou pozemní rovinou je totožný s horní polovinou dipólového vzoru s maximálním vyzařováním v horizontálním směru, kolmém k anténě. Protože vyzařuje pouze do prostoru nad základní rovinou nebo do poloviny prostoru dipólové antény, bude mít monopolní anténa získat dvakrát (3 dB větší než) zisk podobné dipólové antény a radiační odolnost poloviční oproti dipólu. Protože a půlvlnný dipól má zisk 2,19 dBi a radiační odpor 73 ohmů, čtvrtvlnný monopole, nejběžnější typ, bude mít zisk 2,19 + 3 = 5,19dBi a radiační odpor asi 36,8 ohmů, pokud je namontován nad dobrou zemní rovinou.[12]

Obecným účinkem elektricky malých pozemních letadel a nedokonale vodivých zemních zemin je naklonění směru maximálního záření až do vyšších výškových úhlů.[13]

Typy

Vyzařovací diagram monopolu o vlnové délce 3/2. Monopole antény dlouhé až 1/2 vlnové délky mají jediný "lalok", přičemž intenzita pole monotónně klesá z maxima v horizontálním směru, ale delší monopoly mají komplikovanější vzory s několika kuželovitými "laloky" (maximy záření) směřujícími do úhlů do nebe.

U monopolních antén pracujících při nižších frekvencích pod 20 MHz je základní rovinou obvykle Země; v tomto případě je anténa namontována na zemi a jedna strana napájecího vedení je připojena k zemi přízemní na základně antény. U vysílacích antén ke snížení zemního odporu se často jedná o radiální síť zakopaných drátů táhnoucích se ven z antény. Tento design se používá pro stožárový radiátor vysílací antény používané pro rozhlasové vysílání v MF a LF kapel. Při nižších frekvencích je stožár antény elektricky krátký což mu dává velmi malý radiační odpor, aby se zvýšila účinnost a vyzařovaný výkon kapacitně toploaded monopoly, jako je T-anténa a deštníková anténa Jsou používány.

Na VHF a UHF frekvence potřebné velikosti pozemní roviny jsou menší, proto se používají umělé zemní roviny, které umožňují připevnění antény nad zem. Běžný typ monopolní antény na těchto frekvencích sestává ze čtvrtvlny bičová anténa s pozemní rovinou skládající se z několika drátů nebo tyčí vyzařujících vodorovně nebo úhlopříčně z jeho základny; tomu se říká a pozemní anténa. Na gigahertz frekvence kovový povrch střechy automobilu nebo těla letadla vytváří dobrou zemní rovinu, takže auto mobilní telefon antény se skládají z krátkých bičů namontovaných na střeše a antény leteckých komunikací se často skládají z krátkého vodiče v aerodynamickém kapotáž vyčnívající z trupu; tomu se říká a lopatková anténa.[12]

Čtvrtvlnný bič a gumové antény používá se s ručními rádii, jako je vysílačky a přenosný FM rádia jsou také monopolní antény. Anténa použitá v mobily je anténa s obráceným F, což je varianta obráceného L monopolu. Ohnutí přes anténu šetří místo a udržuje jej v mezích pouzdra mobilního telefonu, ale anténa má pak velmi nízkou impedanci. Pro zlepšení shody není anténa napájena z konce, spíše z nějakého mezilehlého bodu, a místo toho je konec uzemněn. V těchto přenosných zařízeních anténa nemá efektivní zemní rovinu, zemní strana vysílače je pouze připojena k zemnímu spojení na jeho obvodová deska. Protože uzemnění desky plošných spojů je často menší než anténa, může kombinace anténa / zem fungovat spíše jako asymetrická dipólová anténa než monopol. Ruka a tělo osoby, která je drží, mohou fungovat jako základní pozemní rovina.

Někdy jsou monopolní antény tištěny na dielektrickém substrátu, aby byly méně křehké, a lze je snadno vyrobit pomocí technologií desek plošných spojů. Takové antény jsou známé jako tištěné monopolní antény. Jsou vhodné pro různé aplikace jako např RFID a bezdrátové sítě.[14].

VHF pozemní anténa, typ monopolní antény používané při vysokých frekvencích. Tři vodiče vyčnívající dolů jsou základní rovina

Monopole vysílací antény

Při použití pro rozhlasové vysílání je vysokofrekvenční energie z vysílacího vysílače napájena přes základní izolátor mezi věží a pozemním systémem. Ideální zemní systém pro DOPOLEDNE provozovatelé vysílání obsahují nejméně 120 pohřbených měď nebo Fosforově bronzová radiální dráty o délce nejméně jedné čtvrtiny vlnové délky a pozemní clona v bezprostřední blízkosti věže. Všechny součásti zemního systému jsou spojeny dohromady, obvykle pomocí svařování, tvrdé pájení nebo pomocí mince stříbrná pájka pomáhá snižovat korozi. Monopole antény, které používají kotevní dráty pro podporu se v některých zemích nazývají stožáry. Ve Spojených státech se termín „stožár“ obecně používá k popisu potrubí podporujícího menší anténu, takže jak samonosné, tak i antény podporující kotevní drát se jednoduše nazývají monopoly, pokud stojí samostatně. Pokud se používá více monopolních antén za účelem řízení směru rádiová frekvence (RF) šíření, nazývají se směrová anténa pole.

Ve Spojených státech Federální komise pro komunikaci (FCC) vyžaduje, aby byl měřen a udržován příkon vysílače do antény. Příkon se vypočítá jako čtverec měřeného proudu, , proudící do antény z přenosového vedení vynásobený skutečnou částí impedance napájecího bodu antény, .

Tato impedance se pravidelně měří, aby se ověřila stabilita antény a zemního systému. Normálně, an impedanční přizpůsobení síť odpovídá impedanci antény s impedancí antény přenosové vedení krmení.

Příklady monopolních antén jsou:

Monopole antény se staly jednou ze součástí mobilních a internetových sítí po celém světě. Jejich relativně nízké náklady a rychlá instalace z nich činí jasnou volbu pro rozvojové země.

Viz také

Reference

  1. ^ Poisel, Richard (2012). Anténní systémy a aplikace elektronického boje. Artech House. str. 223. ISBN  9781608074846.
  2. ^ Bevelacqua, Peter J. (2016). „Monopoleová anténa“. Typy antén. Webové stránky Antenna-Theory.com. Citováno 20. srpna 2020.
  3. ^ Sláma, R. Dean, vyd. (2000). Anténní kniha ARRL, 19. vydání. Americká rozhlasová liga. str. 2.17. ISBN  9780872598041.
  4. ^ A b Das, Sisir K. (2016). Anténa a šíření vln. Tata McGraw-Hill Education. str. 116. ISBN  978-1259006326.
  5. ^ A b Wong, K. Daniel (2011). Základy technologií bezdrátové komunikace. John Wiley and Sons. str. 94. ISBN  978-1118121092.
  6. ^ A b Kishore, Kamal (2009). Anténa a šíření vln. IK International Ltd. str. 93. ISBN  978-9380026060.
  7. ^ A b US patent 586193, Guglielmo Marconi Vysílání elektrických signálů, podaná 7. prosince 1896, udělená 13. července 1897
  8. ^ Visser, Hubregt J. (2006). Základy antény pole a fázovaného pole. John Wiley and Sons. str. 31. ISBN  0470871180.
  9. ^ Howeth, L. S. (1963). Historie komunikací - elektronika v americkém námořnictvu. Americké námořnictvo. str.19.
  10. ^ Meinel, Christoph; Sack, Harald (2014). Digitální komunikace: komunikace, multimédia, bezpečnost. Springer Science and Business Media. str. 55. ISBN  978-3642543319.
  11. ^ Stutzman, Warren L .; Thiele, Gary A. (2012). Teorie a design antény. John Wiley and Sons. str. 8. ISBN  978-0470576649.
  12. ^ A b Macnamara, Thereza (2010). Úvod do umístění a instalace antény. USA: John Wiley and Sons. str. 145. ISBN  978-0-470-01981-8.
  13. ^ Weiner, Melvin M. Weiner (2003). Monopole antény. USA: CRC Press. str. vi. ISBN  0-8247-4844-1.
  14. ^ J. R. Panda, A. S. R. Saladi, Rakhesh Singh Kshetrimayum „Kompaktní tištěná monopolní anténa pro aplikace DualbandRFID a WLAN,“ Radioengineering, sv. 20, č. 2, červen 2011, s. 464-467

externí odkazy