Monopolantenne: Design, Funktion, Typen und Anwendungen

Ein Radiopionier namens „Guglielmo Marconi“ erfand 1895 eine Monopolantenne und patentierte das Jahr 1896 während seiner ersten historischen Experimente in der Funkkommunikation. Daher ist diese Antenne auch als Marconi-Antenne bekannt. Das ist eine halbe Dipolantenne über einer leitenden Masseebene angeordnet. Daher ist die Viertelwellen-Monopolantenne der häufigste Typ, bei dem diese Antenne etwa 1/4 der Funkwellenwellenlänge beträgt. Diese Antennen werden in Internet-Netzwerken und mobiler Kommunikation verwendet. Daher behandelt dieser Artikel einen Überblick über a Monopolantenne – Arbeiten mit Anwendungen.

Monopolantennen-Definition

Eine Art von Funkantenne, die einen geraden stabförmigen Leiter enthält, der senkrecht über einer Erdungsebene montiert ist, ist als Monopolantenne bekannt. Diese Antenne ist eine einfache Eindrahtantenne, die hauptsächlich zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet wird und daher in drahtlosen Kommunikationssystemen weit verbreitet ist.

In einer Monopolantenne arbeitet der Leiterstab wie ein offener Resonator hauptsächlich für Funkwellen und schwingt durch Stehspannung und Stromwellen über seine Länge. Die Länge der Antenne wird einfach in Abhängigkeit von der gewünschten Funkwellenwellenlänge bestimmt. Der Frequenzbereich der Monopolantenne reicht von 1,7 bis 2 GHz mit einem durchschnittlichen Gewinn von 3,7 dBi.

Monopol-Antennendesign

Eine Monopolantenne ist ½ (eine Hälfte) einer Dipolantenne, die fast auf einer Art Grundplatte montiert ist. Diese Antenne ist also auf einer unendlichen Grundebene mit einer L-Länge montiert, wie unten gezeigt. Durch die Bildtheorie können die Felder auf der Grundebene durch die Antenne im freien Raum gefunden werden, was im zweiten Diagramm gezeigt wird. Dies ist nur eine Dipolantenne mit der doppelten L (Länge) einer Monopolantenne.

In der ersten Abbildung sind die Felder auf der Grundebene gleich den Feldern. Die Felder der Monopolantenne unter der Masseebene innerhalb dieser Figur sind Null. Die Richtwirkung der Monopolantenne steht in direktem Zusammenhang mit einer Dipolantenne. Wenn die Richtwirkung einer Dipolantenne mit der Länge 2L D1 ist, dann hat die Richtwirkung der Monopolantenne mit der Länge „L“ D1+3, was bedeutet, dass die Richtwirkung der Monopolantenne das Doppelte der Richtwirkung der Dipolantenne ist. Der Hauptgrund dafür liegt nur darin, dass unter der Masseebene keine Strahlung stattfindet; somit wird die Antenne effizient als „Richtantenne“ verdoppelt.

Funktionsprinzip der Monopolantenne

Das Funktionsprinzip einer Monopolantenne ist: Wenn der Strom einem Monopol zugeführt wird, wird er in ähnlicher Weise in alle Richtungen vertikal zur Länge der Antenne über der Grundplatte abgestrahlt, auf der sie montiert ist. Das Strahlungsmuster dieser Antenne ist omnidirektional, strahlt also mit gleicher Leistung in alle Richtungen im rechten Winkel zur Antenne. Die von der Antenne abgestrahlte Leistung ändert sich mit dem Elevationswinkel, indem die Strahlung an der Spitze auf der Achse der Antenne auf Null abfällt.

Strahlungsmuster der Monopolantenne

Das Strahlungsmuster ist die Darstellung der Wellenfrontemission oder des Empfangs der Antenne, um ihre Stärke anzugeben, sodass man die Funktion und Richtwirkung der Antenne leicht erkennen kann.

Wenn die Leistung von der Antenne abgestrahlt wird, wirkt sie sich auf Fern- und Nahfeldbereiche aus. Das Strahlungsmuster kann grafisch als Winkelpositions- und radiale Abstandsfunktion von jeder Antenne aufgetragen werden. Das Strahlungsmuster der Monopolantenne ist unten dargestellt.

Das Strahlungsmuster der Monopolantenne ist omnidirektional, strahlt also in alle Richtungen, die senkrecht zur Monopolantenne sind, die gleiche Leistung ab. Die Strahlungsleistung der Antenne ändert sich mit dem Elevationswinkel durch die abfallende Strahlung bis zum Scheitelpunkt auf der Antennenachse zu Null. Es strahlt vertikal polarisierte Funkwellen ab.

In obigem Diagramm sind die vertikalen Strahlungsdiagramme von drei Monopol-Antennengraphen mit unterschiedlichen Längen über einem vollständig leitenden Boden montiert.

Der radiale Abstand der Linie von der Quelle bei jedem Höhenwinkel ist einfach proportional zur Strahlungsleistungsdichte bei dieser Höhe. Die radiale Achse wird innerhalb der Leistungsdichte eingestellt, die relativ zu einem Viertelwellen-Monopol und Dezibel-Isotrop ist. Die Viertelwellen-Monopolwelle mit blauer Farbe von 0,25 λ hat also ein Modell, das gleich der oberen Hälfte eines Dipolantennenmusters ist. Der grüne 0,5λ-Halbwellen-Monopol strahlt in horizontalen Richtungen mehr Leistung ab. Die höchste horizontale Abstrahlung der Monopolantenne lässt sich einfach bei einer Länge der roten Farbwelle mit 0,625λ erreichen.

Das Strahlungsmuster bei über 0,5 λ Halbwellenlängen trennt sich in zwei Keulen durch eine zweite konische Keule, die in den Himmel gerichtet ist. Der höchste Wert bei 0,625 λ tritt auf, da bei großen Winkeln die Umkehrphasenstrahlung der beiden Keulen das Komprimieren von mehr Leistung in die vertikale Keule aufhebt.

Arten von Monopolantennen

Es gibt verschiedene Arten von Monopolantennen wie Peitsche, Wendel, Gummiente, zufälliger Draht, Regenschirm, Maststrahler, umgekehrtes L, T-Antenne, Grundplatte, gefalteter Unipol und umgekehrtes F, die unten besprochen werden.

Peitschenantenne

Eine Peitschenantenne ist eine Art Monopolantenne und sie ist sehr flexibel, damit sie nicht einfach bricht. Der Name dieser Antenne leitet sich von der peitschenartigen Bewegung ab, die einmal gestörte Exponate aufweist. Diese Antenne enthält einfach einen geraden flexiblen Stab oder Draht, und die Unterseite dieser Antenne wird einfach mit dem Funksender oder -empfänger verbunden.

Für tragbare Funkgeräte sind diese Antennen häufig mit einem Satz ineinandergreifender Teleskop-Metallrohre konstruiert, sodass sie zurückgezogen werden können, wenn sie nicht verwendet werden. Längere Peitschen sind hauptsächlich für die Montage an Fahrzeugen sowie Strukturen konzipiert, die mit einem flexiblen Glasfaserstab, etwa einem Drahtkern, ausgelegt sind und bis zu 11 m lang sein können. Die perfekte Länge dieser Antenne kann durch die Wellenlänge der Funkwellen bestimmt werden.

Dies sind die am häufigsten verwendeten Monopolantennen in den Funkbändern HF, UHF und VHF. Diese werden häufig für UKW-Radios, schnurlose Telefone, Handfunkgeräte, Wi-Fi-fähige Geräte, Walkie-Talkies und Ghettoblaster verwendet. Diese werden an Fahrzeugen für Autoradios sowie 2-Wege-Radios für Fahrzeuge & Flugzeuge angeschlossen.

Spiralförmige Antenne

Eine Wendelantenne enthält mindestens einen oder mehrere leitende Drähte, die in Wendelform gewickelt sind. Wenn eine spiralförmige Antenne mit einem spiralförmigen Draht konstruiert ist, wird diese Antenne als monofilar bezeichnet, während Antennen, die mit mindestens 2 oder 4 Drähten innerhalb einer Spirale konstruiert sind, dann quadrifilar/bifilar genannt werden. Bitte beachten Sie diesen Link, um mehr darüber zu erfahren – Spiralförmige Antenne .

Zufällige Drahtantenne

Eine zufällige Drahtantenne enthält einen langen Draht, der über dem Boden aufgehängt ist, wo der Draht gerade ist, oder zwischen Wänden oder Bäumen hin und her gespannt werden kann, nur um genügend Draht in die Luft zu bekommen. Aufgrund der enormen Variabilität in der Antennenstruktur kann sich die Effizienz von einem Fix zum anderen ändern.

Zufällige Drahtantennen werden in großem Umfang als Empfangsantennen auf den Kurzwellen-, Mittelwellen- und Langwellenbändern verwendet, und diese Antennen werden als Sendeantennen auf diesen Bändern hauptsächlich für Notfall- oder temporäre Sendestationen, kleine Außenstellen und an Orten verwendet, an denen dauerhaftere Antennen dies nicht können montiert werden.

Rubber Ducky Antenne

Die Rubber Ducky-Antenne ist eine kurze Monopolantenne, die ziemlich genau wie eine basisgeladene Peitschenantenne funktioniert. Diese Antenne enthält einen schmalen spiralförmigen Federdraht, der in einem Kunststoff- oder Gummimantel eingeschlossen ist, um die Antenne zu schützen. Diese Antennen werden hauptsächlich in handlichen Handfunkgeräten bei UHF- und VHF-Frequenzen verwendet.

Diese Antennen werden in verschiedenen tragbaren Funkgeräten wie Walkie-Talkies, Scannern, tragbaren Transceivern und dort eingesetzt, wo Sicherheit und Robustheit Vorrang vor elektromagnetischer Leistung haben. Diese Antenne ist sehr flexibel und für den Handbetrieb geeignet, insbesondere wenn sie am Gürtel getragen wird, im Vergleich zu früheren starren Teleskopantennen.

Mastkühler

Ein Maststrahler ist eine Art Monopolantenne. Dies ist ein strahlender Turm oder Funkmast, an dem die Metallstruktur mit Energie versorgt wird und als Antenne fungiert. Dies wird normalerweise für Sendeantennen verwendet, die bei niedrigen Frequenzen innerhalb der MF- und LF-Bänder arbeiten, insbesondere für AM-Radiosender. Die Basis dieser Antenne ist normalerweise auf einer nichtleitenden Halterung montiert, um sie vor dem Boden zu schützen.

Schirmantenne

Eine Schirmantenne ist eine Draht-Monopolantenne, die als Sendeantenne unter 1 MHz in den LF-, MF- und hauptsächlich den VLF-Bändern bei ausreichend niedrigen Frequenzen verwendet werden kann, so dass es unmöglich oder unpraktisch ist, eine Viertelwellen-Monopolantenne in vollständiger Größe herzustellen. Das äußere Ende jedes radialen Drahts ist von der Spitze der Antenne nach unten geneigt und über einen an der Erde befestigten Isolator mit einem Tragseil verbunden. Die radialen Drähte machen diese Antenne zum riesigen Regenschirm mit Drahtrahmen.

T-Antenne

Eine T-Antenne ist eine Monopol-Funkantenne, die auch als Flat-Top- oder T-Antennenantenne bekannt ist. Diese Antenne enthält einen oder mehrere horizontale Drähte, die zwischen zwei Funkmasten, die ansonsten Gebäude sind, ausgeglichen und an den Enden vor ihnen geschützt sind. Ein horizontaler Draht wird einfach mit der Mitte der horizontalen Drähte verbunden, hängt sehr nahe am Boden herunter und wird mit dem Sender (oder Empfänger) verbunden. T-Antennen werden normalerweise in den MF-, LF-, VLF- und Kurzwellenbändern verwendet. Diese Antennen werden häufig als Sendeantennen hauptsächlich für Amateurfunkstationen, Mittelwellen- und Langwellen-AM-Rundfunkstationen verwendet. Beim Kurzwellenhören werden diese Antennen als Empfangsantennen verwendet.

Gefaltete Unipolantenne

Dies ist eine Art Monopol-Maststrahlerantenne, die hauptsächlich als Sendeantenne innerhalb des Mittelwellenbands für AM-Rundfunkstationen verwendet wird. Diese Antenne enthält hauptsächlich einen Mast oder eine vertikale Metallstange, die mit ihrem Erdungssystem verbunden ist, das unterirdische Drähte enthält. Der Mast wird einfach von vertikalen Drähten umschlossen, die an der Spitze des Mastes elektrisch verbunden sind. Diese Drähte werden einfach durch einen Metallring in der Nähe des Mastfußes verbunden und die Speiseleistung der Speiseleitung vom Sender wird zwischen dem Ring und dem Boden befestigt. Diese Antenne ist die beste Wahl, wenn sich ein AM-Radiosender einen Turm mit anderen Antennen wie UKW-Rundfunkantennen teilt.

Invertierte F-Antenne

Eine invertierte F-Antenne wird hauptsächlich bei Mikrowellen- und UHF-Frequenzen in der drahtlosen Kommunikation verwendet. Es enthält eine Monopolantenne, die parallel zu einer Masseebene verläuft und an einem Ende geerdet ist. Diese Antenne wird von einem Mittelpunkt aus der Entfernung des geerdeten Endes gespeist. Diese Antenne ist kompakter, wodurch sie Energie effizient emittieren kann usw. Diese Antennen werden häufig in drahtlosen kompakten Handgeräten verwendet. Diese werden auf militärischen Teststrecken in Telemetrieanwendungen eingesetzt.

Monopolantenne gegen Dipolantenne

Der Unterschied zwischen Monopolantenne und Dipolantenne wird unten diskutiert.

Vorteile und Nachteile

Der Vorteile einer Monopolantenne das Folgende einschließen.

• Monopolantennen sind sehr einfach zu bauen und auch zu installieren
• Diese sind robust und nicht teuer in der Herstellung.
• Diese Antenne hat über dem größten Teil ihres Frequenzbereichs eine ziemlich hohe reaktive Impedanz.
• Wenn diese Antenne länger wird und die Bodenverluste verringert werden, wird die Effizienz der Antenne besser.
• Eine vertikale Monopolantenne wird für alle Frequenzen verwendet, die kürzer als 2/3 der Wellenlänge sind.
• Dies sind einfache Rundstrahlantennen, die im Vergleich zu einer Reihe von übereinander montierten Radantennen weniger Platz benötigen.
• Diese Antennen verarbeiten die Kommunikation auf jedem Pfad, außer vertikal auf der Antenne.
• Gedruckte Monopolantennen werden aufgrund vieler Vorteile wie niedrige Kosten, niedriges Profil, einfache Herstellung, weniger Gewicht und Kombination mit anderen aktiven Geräten ausgiebig verwendet.

Der Nachteile einer Monopolantenne das Folgende einschließen.

• Es hat eine schlechte Strahlung in alle Richtungen, weil es gleichmäßig in alle Richtungen strahlt.
• Diese sind teuer.
• Signalreflexionen können durch Metallgegenstände und den Boden verursacht werden, sodass Sie sowohl vertikal als auch horizontal polarisierte Signale erhalten können.
• Die Design- und Größenbeschränkungen, die für eine Grundplatte in dieser Antenne erforderlich sind, sind häufig restriktiv.
• Das Strahlungsmuster dieser Antenne hängt hauptsächlich von der Richtung der Masseebene ab.

Anwendungen

Der Verwendungen/Anwendungen von Monopolantennen ae umfassen die folgenden.

• Monopolantennen werden in verschiedenen Bereichen wie Weltraumwissenschaft, Radartechnik, Biomedizin, Forschung usw. eingesetzt.
• Der Monopol wird häufig als Resonanzantenne verwendet, wobei der Stab dieser Antenne als offener Resonator fungiert, insbesondere für Funkwellen, und durch stehende Strom- und Spannungswellen über seine Länge schwankt. Die Antennenlängen werden also einfach durch die bevorzugte Funkwellenwellenlänge bestimmt.
• Dieser Antennentyp wird häufig in drahtlosen Kommunikationssystemen verwendet.
• Eine Monopolantenne mit einem fünfeckigen Modell mit niedrigem Profil wurde für tragbare Anwendungen entwickelt und verwendet.
• Diese Antenne wird häufig in Autos, tragbaren AM- oder FM-Radios usw. verwendet
• Eine sehr effiziente, kostengünstige und auf niedrigem Profil basierende Monopolantenne wird in Dualband-, Multiband- und UWB- (Ultrabreitband-) Anwendungen verwendet.

Das ist also eine Übersicht über eine Monopolantenne – Arbeiten, Typen mit Anwendungen. Der Eigenschaften einer Monopolantenne hängen hauptsächlich von der Grundplatte und der Kühlergeometrie ab. Diese Antennen werden aufgrund vieler Vorteile wie geringere Kosten, niedriges Profil, geringes Gewicht, einfache Herstellung und Kombination durch andere aktive Geräte in großem Umfang in verschiedenen Bereichen wie Weltraumwissenschaft, Radartechnologie, drahtlosen Kommunikationssystemen und biomedizinischer Forschung eingesetzt. Hier ist eine Frage an Sie, was ist eine Dipolantenne?