Antena Monopolo: Design, Funcionamento, Tipos e Suas Aplicações

Um pioneiro do rádio chamado “Guglielmo Marconi” inventou uma antena monopolo em 1895 e patenteou o ano de 1896 durante seus primeiros experimentos históricos em comunicação de rádio. Portanto, esta antena também é conhecida como antena Marconi. Isso é metade de um antena dipolo dispostos acima de um plano de terra condutor. Portanto, a antena monopolo de quarto de onda é o tipo mais comum, onde essa antena tem cerca de 1/4 do comprimento de onda das ondas de rádio. Esses antenas são usados ​​em redes de internet e comunicações móveis. Portanto, este artigo discute uma visão geral de um antena monopolo – trabalhando com aplicativos.

Definição de Antena Monopolo

Um tipo de antena de rádio que inclui um condutor em forma de haste reta montado perpendicularmente acima de um plano de aterramento é conhecido como antena monopolo. Esta antena é uma antena simples e de fio único, usada principalmente para transmissão e recepção de sinais, tão amplamente utilizada em sistemas de comunicação sem fio.

Em uma antena monopolo, a haste condutora funciona como um ressonador aberto principalmente para ondas de rádio e oscila por tensão estacionária e ondas de corrente ao longo de seu comprimento. O comprimento da antena é simplesmente determinado dependendo do comprimento de onda de rádio desejado. A faixa de frequência da antena monopolo é de 1,7 a 2 GHz, com um ganho médio de 3,7 dBi.

Projeto de Antena Monopolo

Uma antena monopolo é ½ (metade) de uma antena dipolo que é quase montada no topo de algum tipo de plano de aterramento. Portanto, esta antena é montada em um plano de terra infinito com um comprimento 'L' conforme mostrado abaixo. Pela teoria da imagem, os campos no plano de terra podem ser encontrados através da antena no espaço livre que é mostrado no segundo diagrama. Esta é apenas uma antena dipolo com o dobro do L (comprimento) de uma antena monopolo.

Na primeira figura, os campos no plano de terra são iguais aos campos. Os campos da antena monopolo sob o plano de terra dentro desta figura são zero. A diretividade da antena monopolo está diretamente relacionada a uma antena dipolo. Se a diretividade de uma antena dipolo com comprimento 2L for D1, então a diretividade da antena monopolo com comprimento 'L' terá D1+3, o que significa que a diretividade da antena monopolo é o dobro da diretividade da antena dipolo. A principal razão para isso é apenas porque nenhuma radiação ocorre sob o plano do solo; assim, a antena é eficientemente dobrada como “diretiva”.

Princípio de Funcionamento da Antena Monopolo

O princípio de funcionamento de uma antena monopolo é; quando a energia é fornecida a um monopolo, ela é irradiada de maneira semelhante em todas as direções verticais ao comprimento da antena acima do plano de aterramento no qual está montada. O padrão de radiação desta antena é omnidirecional, então ela irradia com potência equivalente em todas as direções em ângulos retos com a antena. A potência irradiada da antena muda com o ângulo de elevação através da radiação caindo para zero no pico no eixo da antena.

Padrão de radiação de antena monopolo

O padrão de radiação é a representação da emissão ou recepção da frente de onda da antena para especificar sua força para que se possa reconhecer facilmente a função e diretividade da antena.

Quando a energia é emitida pela antena, ela afeta as regiões de campo distante e próximo. O padrão de radiação pode ser plotado graficamente como uma função de posição angular e distância radial de qualquer antena. O padrão de radiação da antena monopolo é mostrado abaixo.

O padrão de radiação da antena monopolo é omnidirecional, portanto emite potência igual em todas as direções que são verticais à antena monopolo. A potência irradiada da antena muda com o ângulo de elevação pela queda da radiação para zero no pico no eixo da antena. Ele irradia verticalmente ondas de rádio polarizadas.

No diagrama acima, os padrões de radiação vertical de três gráficos de antena monopolo com comprimentos diferentes são montados acima de um solo completamente condutor.

A distância radial da linha da fonte em qualquer ângulo de elevação é simplesmente proporcional à densidade de potência irradiada naquela elevação. O eixo radial é ajustado dentro da densidade de potência relativa a um quarto de onda monopolo e decibéis isotrópicos. Assim, a onda monopolo de um quarto de onda azul de 0,25λ tem um modelo igual à metade superior de um padrão de antena dipolo. O monopolo de meia onda de cor verde de 0,5λ irradia mais potência nas direções horizontais. A maior radiação horizontal da antena monopolo pode ser simplesmente alcançada em um comprimento da onda de cor vermelha com 0,625λ.

O padrão de radiação em comprimentos de meia onda acima de 0,5λ se separa em dois lóbulos através de um segundo lóbulo cônico que é direcionado para o céu. O mais alto em 0,625λ ocorre porque, em ângulos altos, a radiação de fase reversa dos dois lóbulos cancela a compressão de mais potência no lóbulo vertical.

Tipos de antena monopolo

Existem diferentes tipos de antenas monopolo, como chicote, helicoidal, fio aleatório de patinho de borracha, guarda-chuva, radiador de mastro, L invertido, antena T, plano de terra, unipolo dobrado e F invertido, que são discutidos abaixo.

Chicote Antena

Uma antena chicote é um tipo de antena monopolo e é muito flexível para que não quebre simplesmente. O nome desta antena foi derivado do movimento de chicote que exibe uma vez perturbado. Esta antena simplesmente inclui uma haste ou fio flexível reto e a parte inferior desta antena é simplesmente conectada ao transmissor ou receptor de rádio.

Para rádios portáteis, essas antenas são frequentemente projetadas com um conjunto de tubos de metal telescópicos interligados, portanto, podem ser puxadas para trás quando não estiverem em uso. Chicotes mais longos são projetados principalmente para montagem em veículos, bem como estruturas que são projetadas com uma haste de fibra de vidro flexível aproximadamente um núcleo de arame e podem ter até 11 m de comprimento. O comprimento ideal desta antena pode ser determinado através do comprimento de onda das ondas de rádio.

Estas são as antenas monopolo mais usadas nas bandas de rádio HF, UHF e VHF. Eles são amplamente usados ​​para rádios FM, telefones sem fio, rádios portáteis, dispositivos habilitados para Wi-Fi, walkie-talkies e caixas de som. Eles são conectados a veículos para rádios automotivos, bem como rádios bidirecionais para veículos e aeronaves.

Antena Helicoidal

Uma antena helicoidal inclui um mínimo de um ou mais fios condutores que são enrolados em forma de hélice. Quando uma antena helicoidal é projetada com um fio helicoidal, essa antena é conhecida como monofilar, enquanto as antenas projetadas com um mínimo de 2 ou 4 fios dentro de uma hélice são chamadas de quadrifilar/bifilar. Por favor, consulte este link para saber mais sobre - Antena Helicoidal .

Antena de Fio Aleatório

Uma antena de fio aleatório inclui um fio longo que é suspenso sobre o solo onde o fio é reto ou pode ser amarrado para frente e para trás entre paredes ou árvores apenas para colocar o fio suficiente no ar. Devido à enorme variabilidade na estrutura da antena, a eficiência pode mudar de uma fixação para outra.

As antenas de fio aleatório são amplamente usadas como antenas receptoras nas bandas de ondas curtas, ondas médias e ondas longas, e essas antenas são usadas como antenas transmissoras nessas bandas principalmente para estações de transmissão temporárias ou de emergência, pequenas áreas externas e em locais onde antenas mais permanentes não podem ser montado.

Antena de Patinho de Borracha

A antena de patinho de borracha é uma antena monopolo curta que funciona razoavelmente como uma antena chicote de base carregada. Esta antena inclui um fio elástico estreito em forma de hélice fechado dentro de um invólucro de plástico ou borracha para proteger a antena. Essas antenas são usadas principalmente em equipamentos de rádio portáteis nas frequências UHF e VHF.

Essas antenas são usadas em vários dispositivos de rádio portáteis como walkie-talkies, scanners, transceptores portáteis e onde a segurança e a robustez têm prioridade sobre o desempenho eletromagnético. Esta antena é muito flexível e apropriada para operação portátil, particularmente quando usada no cinto em comparação com as antigas antenas telescópicas rígidas.

Radiador do mastro

Um radiador de mastro é um tipo de antena monopolo. Esta é uma torre radiante ou mastro de rádio que é onde a estrutura metálica é energizada e funciona como uma antena. Isso é normalmente usado para transmitir antenas que funcionam em baixas frequências dentro das bandas MF e LF, particularmente usadas para estações de transmissão de rádio AM. A base desta antena é normalmente montada em um suporte não condutivo para protegê-la do solo.

Antena Guarda-chuva

Uma antena guarda-chuva é uma antena monopolo de fio que pode ser usada como antenas transmissoras abaixo de 1 MHz nas bandas LF, MF e principalmente VLF em frequências suficientemente baixas que é inviável ou impraticável fazer uma antena monopolo de quarto de onda de tamanho completo. A extremidade externa de cada fio radial é inclinada para baixo a partir do pináculo da antena e é conectada a uma corda de suporte por meio de um isolador preso à terra. Os fios radiais farão desta antena o guarda-chuva gigante com armação de arame.

antena T

Uma antena T é uma antena de rádio monopolo, também conhecida como antena plana ou antena T. Esta antena inclui um ou mais fios horizontais que são equilibrados entre dois mastros de rádio, caso contrário, edifícios e protegidos nas extremidades deles. Um fio horizontal é simplesmente conectado ao meio dos fios horizontais, fica pendurado bem próximo ao solo e é conectado ao transmissor (ou) receptor. As antenas T são normalmente usadas nas bandas MF, LF, VLF e ondas curtas. Essas antenas são amplamente utilizadas como antenas de transmissão, principalmente para estações de rádio amador, estações de transmissão AM de ondas médias e ondas longas. Para ouvir ondas curtas, essas antenas são usadas como antenas receptoras.

Antena unipolo dobrada

Este é um tipo de antena de radiador de mastro monopolo usada principalmente como antena de transmissão dentro da banda de ondas médias para estações de transmissão de rádio AM. Esta antena inclui principalmente um mastro ou haste metálica vertical conectada ao seu sistema de aterramento que inclui fios enterrados. O mastro é simplesmente envolvido por fios verticais que são conectados eletricamente no pináculo do mastro. Esses fios são simplesmente conectados por um anel de metal próximo à base do mastro e a alimentação da linha de alimentação do transmissor é conectada entre o anel e o solo. Esta antena é a melhor escolha sempre que uma estação de rádio AM compartilha uma torre com outras antenas, como antenas de transmissão FM.

Antena F-Invertido

Uma antena F invertido é usada principalmente em frequências de micro-ondas e UHF dentro da comunicação sem fio. Ele inclui uma antena monopolo que corre paralela a um plano de aterramento e aterrada em uma extremidade. Esta antena é alimentada a partir de um ponto médio da distância da extremidade aterrada. Esta antena é mais compacta, permitindo-lhe emitir energia de forma eficiente, etc. Estas antenas são amplamente utilizadas em dispositivos portáteis sem fios compactos. Eles estão sendo usados ​​em faixas de teste militares em aplicações de telemetria.

Antena Monopolo Vs Antena Dipolo

A diferença entre antena monopolo e antena dipolo é discutida abaixo.

Vantagens e desvantagens

O vantagens da antena monopolo inclui o seguinte.

• Antenas monopolo são muito simples de construir e também instalar
• Estes são robustos e não são caros de fazer.
• Esta antena tem uma impedância reativa razoavelmente alta acima da maior parte de sua faixa de frequência.
• Quando esta antena fica mais longa e as perdas de terra diminuem, a eficiência da antena melhora.
• Uma antena monopolo do tipo vertical é usada para qualquer frequência menor que 2/3 do comprimento de onda.
• Estas são antenas omnidirecionais simples que ocupam menos espaço em comparação com um conjunto de antenas de roda montadas umas sobre as outras.
• Essas antenas lidam com comunicações dentro de qualquer caminho, exceto verticalmente no topo da antena.
• As antenas monopolo impressas são amplamente utilizadas por causa de muitos benefícios, como baixo custo, baixo perfil, fabricação simples, menos peso e combinação com outros dispositivos ativos.

O desvantagens da antena monopolo inclui o seguinte.

• Tem pouca radiação em todas as direções porque irradia uniformemente em todas as direções.
• Estes são caros.
• As reflexões de sinal podem ser causadas por objetos de metal e pelo solo, portanto, você pode obter sinais polarizados vertical e horizontalmente.
• As restrições de design e tamanho necessárias para um plano de aterramento nesta antena são frequentemente restritivas.
• O padrão de radiação desta antena depende principalmente da direção do plano de terra.

Formulários

O usos/aplicações de antena monopolo ae incluem o seguinte.

• As antenas monopolo são usadas em vários campos, como ciência espacial, tecnologia de radar, biomédica, pesquisa, etc.
• O monopolo é freqüentemente usado como uma antena ressonante onde a haste desta antena funciona como um ressonador aberto, particularmente para ondas de rádio e flutua através de ondas estacionárias de corrente e tensão ao longo de seu comprimento. Portanto, os comprimentos das antenas são simplesmente determinados pelo comprimento de onda das ondas de rádio preferidas.
• Este tipo de antena é amplamente utilizado em sistemas de comunicação sem fio.
• Uma antena monopolo com um modelo pentagonal de baixo perfil é projetada e usada para aplicações vestíveis.
• Esta antena é amplamente utilizada em automóveis, rádios AM ou FM portáteis, etc.
• Uma antena monopolo muito eficiente, de baixo custo e baixo perfil é usada em aplicações de banda dupla, banda múltipla e UWB (banda ultralarga).

Assim, este é uma visão geral de uma antena monopolo – trabalhando, tipos com aplicações. O características da antena monopolo dependem principalmente do plano de terra e da geometria do radiador. Essas antenas são amplamente utilizadas em diferentes campos, como ciência espacial, tecnologia de radar, sistemas de comunicação sem fio e pesquisa biomédica devido a muitos benefícios, como menor custo, baixo perfil, leve, fácil fabricação e combinação por meio de outros dispositivos ativos. Aqui está uma pergunta para você, o que é uma antena dipolo?