Monopole Antenna : 설계, 작동, 유형 및 응용

'Guglielmo Marconi'라는 라디오 선구자는 1895년에 모노폴 안테나를 발명했고 1896년에 무선 통신에 대한 그의 첫 역사적 실험에서 특허를 받았습니다. 따라서 이 안테나는 Marconi 안테나라고도 합니다. 이것은 반 쌍극자 안테나 전도성 접지면 위에 배치됩니다. 따라서 1/4 파장 모노폴 안테나는 이 안테나가 전파 파장의 약 1/4인 가장 일반적인 유형입니다. 이것들 안테나 인터넷 네트워크 및 이동 통신에 사용됩니다. 따라서 이 기사에서는 모노폴 안테나 – 응용 프로그램 작업.

모노폴 안테나 정의

그라운드 평면 위에 수직으로 장착된 직선 막대 모양의 전도체를 포함하는 라디오 안테나 유형을 모노폴 안테나라고 합니다. 이 안테나는 신호의 송수신에 주로 사용되는 단순한 단선 안테나로 무선 통신 시스템에 널리 사용됩니다.

모노폴 안테나에서 도체 막대는 주로 전파를 위한 개방형 공진기처럼 작동하며 길이를 통해 정상 전압 및 전류 파에 의해 진동합니다. 안테나의 길이는 원하는 전파 파장에 따라 간단히 결정됩니다. 모노폴 안테나 주파수 범위는 1.7~2GHz이며 평균 이득은 3.7dBi입니다.

모노폴 안테나 설계

모노폴 안테나는 일부 유형의 접지면 위에 거의 장착되는 다이폴 안테나의 ½(1/2)입니다. 따라서 이 안테나는 아래와 같이 'L' 길이의 무한 접지면에 장착됩니다. 이미지 이론에 따르면 접지면의 필드는 두 번째 다이어그램에 표시된 자유 공간 내의 안테나를 통해 찾을 수 있습니다. 모노폴 안테나의 L(길이)의 2배인 다이폴 안테나입니다.

첫 번째 그림에서 접지면의 필드는 필드와 같습니다. 이 그림에서 접지면 아래의 모노폴 안테나 필드는 0입니다. 모노폴 안테나의 지향성은 다이폴 안테나와 직접적인 관련이 있습니다. 길이가 2L인 다이폴 안테나의 지향성이 D1이면 길이가 'L'인 모노폴 안테나의 지향성은 D1+3이 됩니다. 즉, 모노폴 안테나의 지향성은 다이폴 안테나의 지향성의 두 배가 됩니다. 이에 대한 주된 이유는 접지면 아래에서 방사선이 발생하지 않기 때문입니다. 따라서 안테나는 '지향성'으로 효율적으로 이중화됩니다.

모노폴 안테나 작동 원리

모노폴 안테나의 작동 원리는 다음과 같습니다. 전력이 모노폴에 공급되면 안테나가 장착된 접지면 위의 안테나 길이에 수직인 모든 방향으로 유사하게 방사됩니다. 이 안테나의 방사 패턴은 무지향성이므로 안테나에 직각인 모든 방향에서 동일한 전력으로 방사됩니다. 안테나에서 방사된 전력은 안테나 축의 피크에서 0으로 떨어지는 방사를 통해 앙각에 따라 변경됩니다.

모노폴 안테나 방사 패턴

방사 패턴은 안테나의 기능 및 지향성을 쉽게 인식할 수 있도록 안테나의 파면 방출 또는 수신 강도를 지정하는 표현입니다.

안테나에서 전력이 방출되면 원거리 및 근거리 영역에 영향을 미칩니다. 방사 패턴은 모든 안테나에서 각도 위치 및 방사상 거리 함수로 그래픽으로 표시할 수 있습니다. 모노폴 안테나의 방사 패턴은 아래와 같습니다.

모노폴 안테나의 방사 패턴은 무지향성이므로 모노폴 안테나에 수직인 모든 방향으로 동일한 전력을 방출합니다. 안테나의 방사 전력은 안테나 축의 피크에서 0으로 떨어지는 방사에 의한 앙각에 따라 변경됩니다. 편광 전파를 수직으로 방출합니다.

위의 다이어그램에서 길이가 다른 3개의 모노폴 안테나 그래프의 수직 방사 패턴은 완전히 전도된 접지 위에 장착됩니다.

모든 앙각에서 소스로부터 라인의 반경 방향 거리는 해당 고도에서 복사 전력 밀도에 비례합니다. 방사형 축은 1/4 파장 모노폴 및 데시벨-등방성에 상대적인 전력 밀도 내에서 조정됩니다. 따라서 0.25λ 청색의 1/4 파장 모노폴파는 다이폴 안테나 패턴의 상위 절반과 동일한 모델을 갖습니다. 0.5λ 녹색 반파 모노폴은 수평 방향으로 더 많은 전력을 방사합니다. 모노폴 안테나의 가장 높은 수평 방사는 0.625λ의 빨간색 파장 길이에서 간단하게 달성할 수 있습니다.

0.5λ 이상의 반파장 길이에서 방사 패턴은 하늘로 향하는 두 번째 원추형 로브를 통해 두 개의 로브로 분리됩니다. 0.625λ에서 가장 높은 값은 높은 각도에서 두 로브의 역상 방사가 상쇄되어 수직 로브로 더 많은 전력을 압축하기 때문에 발생합니다.

모노폴 안테나 유형

휩, 헬리컬, 고무 덕키 랜덤 와이어, 우산, 마스트 라디에이터, 역 L, T-안테나, 접지면, 접힌 단극 및 역 F와 같은 다양한 유형의 모노폴 안테나가 있으며 아래에서 설명합니다.

채찍 안테나

휩 안테나는 모노폴 안테나의 일종으로 매우 유연하여 쉽게 깨지지 않습니다. 이 안테나의 이름은 일단 교란되면 나타나는 채찍과 같은 움직임에서 유래되었습니다. 이 안테나는 단순히 직선형 유연한 막대 또는 와이어를 포함하며 이 안테나의 하단은 단순히 라디오 송신기 또는 수신기에 연결됩니다.

휴대용 라디오의 경우 이러한 안테나는 연동되는 텔레스코핑 금속 튜브 세트로 설계되는 경우가 많으므로 사용하지 않을 때는 뒤로 당길 수 있습니다. 더 긴 채찍은 주로 차량에 장착하도록 설계되었으며 와이어 코어에 대해 유연한 유리 섬유 막대로 설계되었으며 길이는 최대 11m입니다. 이 안테나의 완벽한 길이는 전파의 파장을 통해 결정할 수 있습니다.

이들은 HF, UHF 및 VHF 무선 대역에서 가장 자주 사용되는 모노폴 안테나입니다. 이들은 FM 라디오, 무선 전화기, 휴대용 라디오, Wi-Fi 지원 장치, 워키토키 및 붐 박스에 광범위하게 사용됩니다. 자동차 라디오용 차량과 차량 및 항공기용 양방향 라디오에 연결됩니다.

헬리컬 안테나

헬리컬 안테나는 나선 형태로 감긴 최소 하나 이상의 도선을 포함합니다. 헬리컬 안테나가 하나의 헬리컬 와이어로 설계되면 이 안테나는 모노파일러로 알려져 있는 반면, 헬릭스 내에 최소 2개 또는 4개의 와이어로 설계된 안테나는 쿼드리파일러/바이파일러라고 합니다. 자세한 내용은 이 링크를 참조하십시오 – 헬리컬 안테나 .

랜덤 와이어 안테나

랜덤 와이어 안테나에는 와이어가 직선이거나 벽이나 나무 사이에서 앞뒤로 연결되어 충분한 와이어를 공기 중으로 보낼 수 있는 긴 와이어가 포함됩니다. 안테나 구조의 엄청난 가변성으로 인해 효율성은 수정 사항마다 다를 수 있습니다.

랜덤 와이어 안테나는 단파, 중파 및 장파 대역에서 수신 안테나로 광범위하게 사용되며, 이 안테나는 주로 비상 또는 임시 송신소, 소형 옥외 및 더 영구적인 안테나가 불가능한 장소에서 이 대역의 송신 안테나로 사용됩니다. 탑재.

고무 오리 안테나

고무 오리 안테나는 베이스 로드된 휩 안테나처럼 작동하는 짧은 모노폴 안테나입니다. 이 안테나에는 안테나를 보호하기 위해 플라스틱 또는 고무 재킷 안에 닫힌 좁은 나선 모양의 탄력 있는 와이어가 포함되어 있습니다. 이 안테나는 주로 UHF 및 VHF 주파수에서 편리한 핸드헬드 무선 장비 내에서 사용됩니다.

이 안테나는 워키토키, 스캐너, 휴대용 트랜시버와 같은 다양한 휴대용 무선 장치에 사용되며 전자기 성능보다 보안과 견고성이 우선시됩니다. 이 안테나는 이전의 견고한 텔레스코핑 유형 안테나와 비교할 때 특히 벨트에 착용할 때 매우 유연하고 핸드헬드 작동에 적합합니다.

마스트 라디에이터

마스트 라디에이터는 일종의 모노폴 안테나입니다. 이것은 금속 구조에 에너지가 공급되고 안테나로 작동하는 방사탑 또는 라디오 마스트입니다. 이것은 일반적으로 MF 및 LF 대역 내에서 낮은 주파수에서 작동하는 송신 안테나에 사용되며 특히 AM 라디오 방송국에 사용됩니다. 이 안테나의 베이스는 일반적으로 접지로부터 보호하기 위해 비전도성 지지대에 장착됩니다.

우산 안테나

엄브렐라 안테나는 완전한 크기의 1/4 파장 모노폴 안테나를 만드는 것이 불가능하거나 비실용적일 정도로 충분히 낮은 주파수에서 LF, MF 및 주로 VLF 대역에서 1MHz 미만의 전송 안테나로 사용할 수 있는 와이어 모노폴 안테나입니다. 모든 방사형 와이어의 외부 끝은 안테나의 정점에서 아래로 경사져 있으며 접지에 부착된 절연체를 통해 지지 로프에 연결됩니다. 방사형 와이어는 이 안테나를 와이어 프레임이 있는 거대한 우산으로 만들 것입니다.

T 안테나

T-안테나는 플랫탑 또는 T-공중 안테나라고도 하는 모노폴 라디오 안테나입니다. 이 안테나는 두 개의 라디오 마스트 사이에서 균형을 이루는 하나 이상의 수평 와이어를 포함하며 그렇지 않은 경우 건물의 끝에서 보호됩니다. 가로선은 가로선 중간에 간단히 연결되어 지면에 아주 가깝게 매달려 송신기(또는) 수신기에 연결됩니다. T-안테나는 일반적으로 MF, LF, VLF 및 단파 대역에서 사용됩니다. 이러한 안테나는 주로 아마추어 무선국, 중파 및 장파 AM 방송국의 송신 안테나로 널리 사용됩니다. 단파 청취를 위해 이러한 안테나는 수신 안테나로 사용됩니다.

접힌 유니폴 안테나

AM 라디오 방송국의 중파 대역 내에서 송신 안테나로 주로 사용되는 모노폴 마스트 라디에이터 안테나의 한 종류입니다. 이 안테나는 주로 매설된 전선을 포함하는 접지 시스템에 연결된 마스트 또는 수직 금속 막대를 포함합니다. 마스트는 마스트의 정점에서 전기적으로 연결된 수직 와이어로 간단하게 둘러싸여 있습니다. 이 와이어는 마스트 베이스에 가까운 금속 링으로 간단하게 연결되며 송신기의 피드 라인의 공급 전원은 링과 접지 사이에 연결됩니다. 이 안테나는 AM 라디오 방송국이 FM 방송 안테나와 같은 다른 안테나와 타워를 공유할 때마다 최상의 선택입니다.

역 F 안테나

Inverted-F 안테나는 주로 무선 통신 내에서 극초단파 및 UHF 주파수에서 사용됩니다. 여기에는 접지면과 평행하게 실행되고 한쪽 끝이 접지된 모노폴 안테나가 포함됩니다. 이 안테나는 접지된 끝의 거리에서 중간 지점에서 급전됩니다. 이 안테나는 더 콤팩트하여 전력을 효율적으로 방출할 수 있습니다. 이 안테나는 무선 소형 핸드헬드 장치에 광범위하게 사용됩니다. 이들은 원격 측정 응용 프로그램 내의 군사 테스트 범위에서 사용하고 있습니다.

모노폴 안테나 대 다이폴 안테나

모노폴 안테나와 다이폴 안테나의 차이점은 아래에서 설명합니다.

장점과 단점

그만큼 모노폴 안테나의 장점 다음을 포함하십시오.

• 모노폴 안테나는 구축 및 설치가 매우 간단합니다.
• 이들은 견고하고 비싸지 않습니다.
• 이 안테나는 대부분의 주파수 범위에서 상당히 높은 반응성 임피던스를 가집니다.
• 이 안테나가 길어지고 접지 손실이 줄어들면 안테나의 효율이 좋아집니다.
• 수직형 모노폴 안테나는 파장의 2/3보다 짧은 모든 주파수에 사용됩니다.
• 이들은 서로 위에 장착된 휠 안테나 배열에 비해 공간을 덜 사용하는 단순한 전방향성 안테나입니다.
• 이 안테나는 안테나 상단의 수직 방향을 제외한 모든 경로 내에서 통신을 처리합니다.
• 인쇄 모노폴 안테나는 저비용, 로우 프로파일, 간단한 제조, 가벼운 무게 및 다른 능동 장치와의 조합과 같은 많은 이점 때문에 광범위하게 사용됩니다.

그만큼 모노폴 안테나 단점 다음을 포함하십시오.

• 모든 방향으로 고르게 방사되기 때문에 모든 방향에서 열악한 방사능을 가집니다.
• 이것들은 비싸다.
• 신호 반사는 금속 물체와 지면에 의해 발생할 수 있으므로 수직 및 수평으로 편파된 신호를 모두 얻을 수 있습니다.
• 이 안테나의 접지면에 필요한 설계 및 크기 제약은 종종 제한적입니다.
• 이 안테나의 방사 패턴은 주로 접지면의 방향에 따라 달라집니다.

애플리케이션

그만큼 모노폴 안테나의 용도/응용 다음을 포함합니다.

• 모노폴 안테나는 우주 과학, 레이더 기술, 생물 의학, 연구 등과 같은 다양한 분야에서 사용됩니다.
• 모노폴은 이 안테나의 로드가 개방 공진기로 작동하는 공진 안테나로 자주 사용되며, 특히 전파의 경우 길이에 따라 전류 및 전압의 정재파를 통해 변동합니다. 따라서 안테나 길이는 단순히 선호하는 전파 파장에 따라 결정됩니다.
• 이러한 유형의 안테나는 무선 통신 시스템에서 광범위하게 사용됩니다.
• 로우 프로파일 오각형 모델의 모노폴 안테나는 웨어러블 애플리케이션용으로 설계 및 사용됩니다.
• 이 안테나는 자동차, 휴대용 AM 또는 FM 라디오 등에 광범위하게 사용됩니다.
• 매우 효율적이고 비용이 적게 들고 높이가 낮은 모노폴 안테나는 이중 대역, 다중 대역 및 UWB(초광대역) 애플리케이션에 사용됩니다.

따라서 이것은 모노폴 안테나 개요 – 작업, 응용 프로그램 유형. 그만큼 모노폴 안테나 특성 주로 접지면 및 라디에이터 형상에 따라 달라집니다. 이 안테나는 다른 능동 장치를 통한 비용 절감, 로우 프로파일, 경량, 손쉬운 제작 및 조합과 같은 많은 이점 때문에 우주 과학, 레이더 기술, 무선 통신 시스템 및 생물 의학 연구와 같은 다양한 분야에서 광범위하게 사용됩니다. 다이폴 안테나란 무엇입니까?