Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Типичная монопольная антенна мачтового излучателя AM- радиостанции в Чапел-Хилл, Северная Каролина . Сама мачта подключена к передатчику и излучает радиоволны. Он установлен на керамическом изоляторе, чтобы изолировать его от земли. Другой терминал передатчика подключен к системе заземления , состоящей из кабелей, проложенных под полем.

Монополь антенна представляет собой класс радиоантенны , состоящую из прямой штанги -образного проводника, часто устанавливается перпендикулярно по некоторому типу проводящей поверхности, называемой плоскостью земли . [1] [2] [3] Используется управляющий сигнал от передатчика или для приемных антенн принимается выходной сигнал приемника между нижним концом монополя и заземленной поверхностью. Одна сторона антенного фидера прикреплена к нижнему концу монополя, а другая сторона прикреплена к плоскости заземления, которой часто является Земля. Это контрастирует с дипольной антенной.который состоит из двух идентичных стержневых проводников, при этом сигнал от передатчика подается между двумя половинами антенны.

Монополь часто используется как резонансная антенна; стержень функционирует как открытый резонатор для радиоволн, колеблющийся стоячими волнами напряжения и тока по своей длине. Поэтому длина антенны определяется длиной волны радиоволн, с которой она используется. Наиболее распространенной формой является четвертьволновый монополь , в котором длина антенны составляет примерно четверть длины волны радиоволн. Однако в радиовещании также популярны монопольные антенны с длиной волны 5/8 = 0,625, потому что на этой длине монополь излучает максимальную мощность в горизонтальных направлениях. Несимметричная антенна была изобретена в 1895 году пионером радио Гульельмо Маркони.; по этой причине ее иногда называют антенной Маркони . [4] [5] [6] Наиболее распространенные типы монополь антенны являются кнут , резиновые Ducky , винтовая , случайная проволока , зонтик , перевернутой L и Т-антенна , перевернутой F , мачты радиатора и Заземленная антенны .

Сопротивление нагрузки четвертьволнового монополя вдвое меньше, чем у дипольной антенны, или 37,5 + j21,25 Ом.

История [ править ]

Первый монопольный передатчик Маркони
Одна из ранних монопольных антенн Маркони на его передающей станции в Полдху, Корнуолл, 1900 год, состоящая из небольшой металлической пластины, подвешенной к деревянной штанге с длинным проводом, идущим вниз к передатчику в здании.

Монопольная антенна была изобретена в 1895 году и запатентована в 1896 году [7] пионером радиосвязи Гульельмо Маркони во время его первых исторических экспериментов в области радиосвязи. Он начал с использования дипольных антенн, изобретенных Генрихом Герцем, состоящих из двух одинаковых горизонтальных проводов, оканчивающихся металлическими пластинами. Он экспериментально обнаружил, что если вместо диполя одна сторона передатчика и приемника была подключена к проводу, подвешенному над головой, а другая сторона была подключена к Земле, он мог передавать на большие расстояния. По этой причине монополь также называют антенной Маркони , [4] [5] [6] , хотя Александр Поповнезависимо изобрел его примерно в то же время. [8] [9] [10] [11]

Диаграмма излучения [ править ]

Подобно дипольной антенне , монополь имеет всенаправленную диаграмму направленности : он излучает с одинаковой мощностью во всех азимутальных направлениях, перпендикулярных антенне. Однако излучаемая мощность изменяется в зависимости от угла места, при этом излучение падает до нуля в зените оси антенны. Он излучает вертикально поляризованные радиоволны.

Показано, что монопольная антенна имеет ту же диаграмму направленности над идеальной землей, что и диполь в свободном пространстве с удвоенным напряжением.

Монополь можно визуализировать (справа) как сформированный путем замены нижней половины вертикальной дипольной антенны (c) на проводящую плоскость ( плоскость заземления ), перпендикулярную оставшейся половине. Если плоскость заземления достаточно велика, радиоволны от оставшейся верхней половины диполя (a), отраженные от плоскости заземления, будут казаться исходящими от антенны изображения (b).формируя недостающую половину диполя, которая добавляется к прямому излучению, чтобы сформировать диаграмму направленности диполя. Таким образом, диаграмма направленности монополя с идеально проводящей, бесконечной земной поверхностью идентична верхней половине диаграммы направленности диполя с максимальным излучением в горизонтальном направлении, перпендикулярном антенне. Поскольку она излучает только в пространство над землей или половину пространства дипольной антенны, монопольная антенна будет иметь усиление в два раза (на 3 дБ больше), чем усиление аналогичной дипольной антенны, а сопротивление излучения будет вдвое меньше. диполя. Поскольку полуволновой диполь имеет усиление 2,19 дБии сопротивлением излучения 73 Ом, четвертьволновой монополь, наиболее распространенный тип, будет иметь коэффициент усиления 2,19 + 3 = 5,19  дБи и сопротивление излучения около 36,8 Ом, если он установлен над хорошей заземляющей пластиной. [12]

Общий эффект электрически малых поверхностей заземления, а также плохо проводящих заземляющих поверхностей заключается в изменении направления максимального излучения в сторону больших углов места. [13]

Типы [ править ]

Диаграмма излучения монополя 3/2 длины волны. Монопольные антенны длиной до 1/2 длины волны имеют один «лепесток», при этом напряженность поля монотонно снижается от максимума в горизонтальном направлении, но более длинные монополи имеют более сложную диаграмму направленности с несколькими коническими «лепестками» (максимумами излучения), направленными под углами внутрь. небо.
Заземленная антенна VHF, тип монопольной антенны, используемой на высоких частотах. Три проводника, выступающие вниз, представляют собой заземляющую поверхность.

Для несимметричных антенн, работающих на более низких частотах, ниже 20 МГц, плоскостью заземления обычно является Земля; в этом случае антенна устанавливается на земле, и одна сторона фидерной линии подключается к заземлению в основании антенны. В передающих антеннах для уменьшения сопротивления заземления часто используется радиальная сеть скрытых проводов, идущих наружу от антенны. Эта конструкция используется для передающих антенн мачтовых излучателей, используемых для радиовещания в диапазонах СЧ и НЧ . На более низких частотах мачта антенны электрически коротка.что придает ему очень маленькую радиационную стойкость, поэтому для повышения эффективности и излучаемой мощности используются монополи с емкостной нагрузкой, такие как Т- образная и зонтичная антенны .

На частотах VHF и UHF необходимый размер заземляющей пластины меньше, поэтому используются искусственные заземляющие пластины, позволяющие устанавливать антенну над землей. Обычный тип монопольной антенны на этих частотах состоит из четвертьволновой штыревой антенны с заземляющим слоем, состоящим из нескольких проводов или стержней, излучающих горизонтально или диагонально от ее основания; это называется заземленной антенной . На частотах гигагерц металлическая поверхность крыши автомобиля или корпуса самолета является хорошей заземляющей поверхностью, поэтому антенны сотовых телефонов в автомобилях состоят из коротких штырей, установленных на крыше, а антенны связи самолетов часто состоят из короткого проводника в аэродинамических условиях.выступающий из фюзеляжа обтекатель ; это называется плоской антенной . [12]

Четвертьволновые штыревые и резиновые антенны-утки, используемые с портативными радиостанциями, такими как рации и портативные FM-радиостанции , также являются монопольными антеннами. Антенна, используемая в сотовых телефонах, - это перевернутая F-антенна , которая является вариантом перевернутого L-монополя. Наклон антенны экономит место и удерживает ее в пределах корпуса мобильного телефона, но при этом антенна имеет очень низкий импеданс. Для улучшения согласования антенна запитывается не с конца, а с какой-то промежуточной точки, а вместо этого конец заземляется. В этих портативных устройствах антенна не имеет эффективной заземляющей поверхности, сторона заземления передатчика просто подключается к заземлению на его печатной плате.. Поскольку заземление печатной платы часто меньше антенны, комбинация антенна / земля может работать больше как асимметричная дипольная антенна, чем как монопольная. Рука и тело человека, держащего их, могут функционировать как элементарный заземляющий слой.

Иногда монопольные антенны печатают на диэлектрической подложке, чтобы сделать ее менее хрупкой, и их можно легко изготовить с использованием технологий печатных плат. Такие антенны известны как печатные несимметричные антенны. Они подходят для различных приложений, таких как RFID и беспроводные сети . [14]

См. Также [ править ]

  • Двухдиапазонная плоская антенна
  • Сотовый ретранслятор
  • Сила сигнала
  • Сложенная унипольная антенна
  • Электрическое удлинение

Ссылки [ править ]

  1. ^ Пуазель, Ричард (2012). Антенные системы и приложения радиоэлектронной борьбы . Артек Хаус. п. 223. ISBN 9781608074846.
  2. ^ Bevelacqua, Питер Дж (2016). "Монопольная антенна" . Типы антенн . Сайт Antenna-Theory.com . Проверено 20 августа 2020 .
  3. Перейти ↑ Straw, R. Dean, Ed. (2000). Антенная книга ARRL, 19-е изд . Американская радиорелейная лига. п. 2.17. ISBN 9780872598041.
  4. ^ а б Дас, Сисир К. (2016). Антенна и распространение волн . Тата Макгроу-Хилл Образование. п. 116. ISBN 978-1259006326.
  5. ^ a b Вонг, К. Дэниел (2011). Основы инженерных технологий беспроводной связи . Джон Вили и сыновья. п. 94. ISBN 978-1118121092.
  6. ^ a b Кишор, Камаль (2009). Антенна и распространение волн . ИК Интернешнл Лтд. С. 93. ISBN 978-9380026060.
  7. ^ a b Патент США 586193, Гульельмо Маркони « Передача электрических сигналов» , подан 7 декабря 1896 г., выдан 13 июля 1897 г.
  8. ^ Виссер, Hubregt J. (2006). Основы антенных решеток и фазированных решеток . Джон Вили и сыновья. п. 31. ISBN 0470871180.
  9. ^ Howeth, Л. (1963). История связи - Электроника в ВМС США . ВМС США. С.  19 .
  10. ^ Майнель, Кристоф; Мешок, Харальд (2014). Цифровая связь: связь, мультимедиа, безопасность . Springer Science and Business Media. п. 55. ISBN 978-3642543319.
  11. ^ Stutzman, Warren L .; Тиле, Гэри А. (2012). Теория и конструкция антенн . Джон Вили и сыновья. п. 8. ISBN 978-0470576649.
  12. ^ а б Макнамара, Тереза ​​(2010). Введение в размещение и установку антенн . США: Джон Вили и сыновья. п. 145. ISBN 978-0-470-01981-8.
  13. ^ Вайнер, Мелвин М. Вайнер (2003). Монопольные антенны . США: CRC Press. стр. vi. ISBN 0-8247-4844-1.
  14. ^ JR Panda, ASR Saladi , Rakhesh Singh Kshetrimayum , "Компактная печатная монопольная антенна для двухдиапазонных приложений RFID и WLAN", Radioengineering, vol. 20, нет. 2, июнь 2011, стр. 464-467.

Внешние ссылки [ править ]

  • Излучение четвертьволнового монополя