Antena monopolo: diseño, funcionamiento, tipos y sus aplicaciones

Un pionero de la radio llamado “Guglielmo Marconi” inventó una antena monopolo en 1895 y patentó el año 1896 durante sus primeros experimentos históricos en comunicación por radio. Entonces esta antena también se conoce como la antena Marconi. esto es la mitad de un antena dipolo dispuesto sobre un plano conductor de tierra. Entonces, la antena monopolo de cuarto de onda es el tipo más común donde esta antena tiene alrededor de 1/4 de la longitud de onda de las ondas de radio. Estos antenas se utilizan en redes de Internet y comunicaciones móviles. Por lo tanto, este artículo analiza una descripción general de un antena monopolo – trabajar con aplicaciones.

Definición de antena monopolo

Un tipo de antena de radio que incluye un conductor en forma de barra recta que se monta perpendicularmente sobre un plano de tierra se conoce como antena monopolo. Esta antena es una antena simple y de un solo cable, utilizada principalmente para transmitir y recibir señales, muy utilizada en sistemas de comunicación inalámbrica.

En una antena monopolo, la varilla conductora funciona como un resonador abierto principalmente para ondas de radio y oscila por voltaje estacionario y ondas de corriente a lo largo de su longitud. La longitud de la antena simplemente se determina según la longitud de onda de la onda de radio deseada. El rango de frecuencia de la antena monopolo es de 1,7 a 2 GHz, con una ganancia media de 3,7 dBi.

Diseño de antena monopolo

Una antena monopolo es la mitad (la mitad) de una antena dipolo que está casi montada encima de algún tipo de plano de tierra. Entonces, esta antena está montada en un plano de tierra infinito con una longitud en 'L' como se muestra a continuación. Mediante la teoría de la imagen, los campos en el plano de tierra se pueden encontrar a través de la antena dentro del espacio libre que se muestra en el segundo diagrama. Esta es solo una antena dipolo con el doble de L (longitud) de una antena monopolo.

En la primera figura, los campos en el plano de tierra son iguales a los campos. Los campos de la antena monopolo bajo el plano de tierra dentro de esta figura son cero. La directividad de la antena monopolo está directamente relacionada con una antena dipolo. Si la directividad de una antena dipolo con longitud 2L es D1, entonces la directividad de la antena monopolo con longitud 'L' tendrá D1+3, lo que significa que la directividad de la antena monopolo es el doble de la directividad de la antena dipolo. La razón principal de esto es solo porque no se produce radiación debajo del plano de tierra; por lo tanto, la antena se duplica eficientemente como 'directiva'.

Principio de funcionamiento de la antena monopolo

El principio de funcionamiento de una antena monopolo es; cuando la energía se alimenta a un monopolo, se irradia de manera similar en todas las direcciones verticales a la longitud de la antena por encima del plano de tierra en el que está montada. El patrón de radiación de esta antena es omnidireccional, por lo que irradia con potencia equivalente en todas las direcciones en ángulo recto con la antena. La potencia radiada por la antena cambia con el ángulo de elevación a través de la caída de la radiación a cero en el pico del eje de la antena.

Patrón de radiación de antena monopolo

El patrón de radiación es la representación de la emisión o recepción del frente de onda de la antena para especificar su intensidad de modo que uno pueda reconocer fácilmente la función y la directividad de la antena.

Cuando la potencia se emite desde la antena, tiene un efecto en las regiones de campo lejano y cercano. El patrón de radiación se puede trazar gráficamente como una posición angular y una función de distancia radial desde cualquier antena. El patrón de radiación de la antena monopolo se muestra a continuación.

El patrón de radiación de la antena monopolo es omnidireccional, por lo que emite la misma potencia en todas las direcciones que son verticales a la antena monopolo. La potencia radiada de la antena cambia con el ángulo de elevación por la caída de la radiación a cero en el pico sobre el eje de la antena. Irradia verticalmente ondas de radio polarizadas.

En el diagrama anterior, los diagramas de radiación vertical de tres gráficos de antena monopolo con diferentes longitudes están montados sobre un suelo completamente conductor.

La distancia radial de la línea desde la fuente en cualquier ángulo de elevación es simplemente proporcional a la densidad de potencia radiada en esa elevación. El eje radial se ajusta dentro de la densidad de potencia relativa a un monopolo de cuarto de onda y decibelios isotrópicos. Por lo tanto, la onda monopolo de cuarto de onda de color azul de 0,25 λ tiene un modelo igual a la mitad superior de un patrón de antena dipolo. El monopolo de media onda de color verde de 0,5 λ irradia más potencia en direcciones horizontales. La radiación horizontal más alta de la antena monopolo se puede lograr simplemente con una longitud de onda de color rojo de 0,625 λ.

El patrón de radiación en longitudes de media onda por encima de 0,5λ se separa en dos lóbulos a través de un segundo lóbulo cónico que se dirige hacia el cielo. El más alto a 0.625λ ocurre porque, en ángulos altos, la radiación de fase inversa de los dos lóbulos cancela la compresión de más potencia en el lóbulo vertical.

Tipos de antenas monopolares

Hay diferentes tipos de antenas monopolares como un látigo, helicoidal, cable aleatorio de patito de goma, paraguas, radiador de mástil, L invertida, antena T, plano de tierra, unipolo doblado y F invertida que se analizan a continuación.

Antena de látigo

Una antena de látigo es un tipo de antena monopolo y es muy flexible para que no se rompa simplemente. El nombre de esta antena se derivó del movimiento de látigo que exhibe una vez perturbado. Esta antena simplemente incluye una varilla o alambre recto y flexible y la parte inferior de esta antena simplemente se conecta al transmisor o receptor de radio.

Para radios portátiles, estas antenas se diseñan con frecuencia con un conjunto de tubos metálicos telescópicos entrelazados, por lo que se pueden retirar cuando no se usan. Los látigos más largos están diseñados principalmente para montarse en vehículos, así como en estructuras que están diseñadas con una varilla de fibra de vidrio flexible de aproximadamente un núcleo de alambre y pueden tener hasta 11 m de largo. La longitud perfecta de esta antena se puede determinar a través de la longitud de onda de las ondas de radio.

Estas son las antenas monopolares más utilizadas en las bandas de radio HF, UHF y VHF. Estos se utilizan ampliamente para radios FM, teléfonos inalámbricos, radios de mano, dispositivos habilitados para Wi-Fi, walkie-talkies y estéreos portátiles. Estos están conectados a vehículos para radios de automóviles, así como radios de 2 vías para vehículos y aviones.

Antena helicoidal

Una antena helicoidal incluye un mínimo de uno o más cables conductores que están enrollados en forma de hélice. Cuando una antena helicoidal está diseñada con un cable helicoidal, esta antena se conoce como monofilar, mientras que las antenas diseñadas con un mínimo de 2 o 4 cables dentro de una hélice se denominan cuadrifilar/bifilar. Consulte este enlace para obtener más información sobre: Antena helicoidal .

Antena de cable aleatorio

Una antena de cable aleatorio incluye un cable largo que se suspende sobre el suelo donde el cable es recto o se puede colgar de un lado a otro entre paredes o árboles solo para obtener suficiente cable en el aire. Debido a la gran variabilidad en la estructura de la antena, la eficiencia puede cambiar de una solución a otra.

Las antenas de cable aleatorio se utilizan ampliamente como antenas receptoras en las bandas de onda corta, onda media y onda larga, y estas antenas se utilizan como antenas transmisoras en estas bandas principalmente para estaciones de transmisión de emergencia o temporales, pequeñas al aire libre y en lugares donde las antenas más permanentes no pueden ser montado

Antena de patito de goma

La antena patito de goma es una antena monopolo corta que funciona bastante como una antena de látigo con carga base. Esta antena incluye un cable elástico angosto en forma de hélice cerrado dentro de una cubierta de plástico o goma para proteger la antena. Estas antenas se utilizan principalmente en equipos portátiles de radio en frecuencias UHF y VHF.

Estas antenas se utilizan en varios dispositivos de radio portátiles como walkie-talkies, escáneres, transceptores portátiles y donde la seguridad y la robustez tienen prioridad sobre el rendimiento electromagnético. Esta antena es muy flexible y apropiada para operación manual, particularmente cuando se usa en el cinturón en comparación con las antenas telescópicas rígidas anteriores.

Radiador de mástil

Un radiador de mástil es un tipo de antena monopolo. Esta es una torre de radiación o mástil de radio que es donde se energiza la estructura metálica y funciona como una antena. Esto se usa normalmente para antenas transmisoras que funcionan a bajas frecuencias dentro de las bandas MF y LF, particularmente para estaciones de radiodifusión AM. La base de esta antena normalmente se monta sobre un soporte no conductor para protegerla del suelo.

Antena paraguas

Una antena paraguas es una antena monopolo de cable que se puede utilizar como antenas de transmisión por debajo de 1 MHz en las bandas LF, MF y principalmente VLF a frecuencias suficientemente bajas como para que sea inviable o poco práctico fabricar una antena monopolo de cuarto de onda de tamaño completo. El extremo externo de cada cable radial se inclina hacia abajo desde el pináculo de la antena y está conectado a una cuerda de soporte a través de un aislante conectado a tierra. Los cables radiales harán de esta antena el paraguas gigante con un marco de alambre.

Antena T

Una antena T es una antena de radio monopolo que también se conoce como antena plana o antena T. Esta antena incluye uno o más cables horizontales que están equilibrados entre dos mástiles de radio, de lo contrario edificios y protegidos en los extremos de ellos. Un cable horizontal simplemente se conecta a la mitad de los cables horizontales, cuelga muy cerca del suelo y se conecta al transmisor (o) receptor. Las antenas T se utilizan normalmente en las bandas MF, LF, VLF y de onda corta. Estas antenas se utilizan ampliamente como antenas transmisoras principalmente para estaciones de radioaficionados, estaciones de radiodifusión AM de onda media y onda larga. Para escuchar en onda corta, estas antenas se utilizan como antenas receptoras.

Antena unipolar plegada

Este es un tipo de antena de radiador de mástil monopolo que se utiliza principalmente como antena transmisora ​​dentro de la banda de onda media para las estaciones de radiodifusión AM. Esta antena incluye principalmente un mástil o varilla metálica vertical conectada a su sistema de puesta a tierra que incluye cables enterrados. El mástil simplemente está encerrado por cables verticales que están conectados eléctricamente en el pináculo del mástil. Estos cables simplemente se conectan mediante un anillo de metal cerca de la base del mástil y la potencia de alimentación de la línea de alimentación del transmisor se conecta entre el anillo y el suelo. Esta antena es la mejor opción cuando una estación de radio AM comparte una torre con otras antenas como antenas de transmisión de FM.

Antena F invertida

Una antena F invertida se usa principalmente en frecuencias de microondas y UHF dentro de la comunicación inalámbrica. Incluye una antena monopolo que corre paralela a un plano de tierra y conectada a tierra en un extremo. Esta antena se alimenta desde un punto medio a la distancia del extremo puesto a tierra. Esta antena es más compacta, lo que le permite emitir energía de manera eficiente, etc. Estas antenas se utilizan ampliamente en dispositivos portátiles inalámbricos compactos. Estos se utilizan en campos de prueba militares dentro de aplicaciones de telemetría.

Antena Monopolar Vs Antena Dipolo

La diferencia entre la antena monopolo y la antena dipolo se analiza a continuación.

Ventajas y desventajas

El ventajas de la antena monopolo Incluya lo siguiente.

• Las antenas monopolo son muy simples de construir y también de instalar
• Estos son resistentes y no son caros de hacer.
• Esta antena tiene una impedancia reactiva bastante alta por encima de la mayor parte de su rango de frecuencia.
• Cuando esta antena se alarga y las pérdidas de tierra disminuyen, entonces la eficiencia de la antena mejora.
• Una antena monopolo de tipo vertical se utiliza para cualquier frecuencia inferior a 2/3 de la longitud de onda.
• Estas son antenas omnidireccionales simples que ocupan menos espacio en comparación con un conjunto de antenas de rueda montadas una encima de la otra.
• Estas antenas manejan las comunicaciones dentro de cualquier ruta, excepto verticalmente en la parte superior de la antena.
• Las antenas monopolares impresas se utilizan ampliamente debido a sus muchos beneficios, como bajo costo, bajo perfil, fabricación simple, menos peso y combinación con otros dispositivos activos.

El desventajas de la antena monopolo Incluya lo siguiente.

• Tiene poca radiación en todas las direcciones porque irradia uniformemente en todas las direcciones.
• Estos son caros.
• Los reflejos de la señal pueden ser causados ​​por objetos metálicos y el suelo, por lo que puede obtener señales polarizadas tanto vertical como horizontalmente.
• Las restricciones de diseño y tamaño requeridas para un plano de tierra en esta antena son frecuentemente restrictivas.
• El patrón de radiación de esta antena depende principalmente de la dirección del plano de tierra.

Aplicaciones

El usos/aplicaciones de antena monopolo ae incluyen lo siguiente.

• Las antenas monopolo se utilizan en diversos campos, como la ciencia espacial, la tecnología de radar, la biomedicina, la investigación, etc.
• El monopolo se usa frecuentemente como una antena resonante donde la varilla de esta antena funciona como un resonador abierto, particularmente para ondas de radio y fluctúa a través de ondas estacionarias de corriente y voltaje a lo largo de su longitud. Por lo tanto, las longitudes de las antenas están simplemente determinadas por la longitud de onda de las ondas de radio preferidas.
• Este tipo de antena se usa ampliamente en los sistemas de comunicación inalámbrica.
• Una antena monopolo con un modelo pentagonal de bajo perfil está diseñada y utilizada para aplicaciones portátiles.
• Esta antena se usa ampliamente en automóviles, radios portátiles AM o FM, etc.
• Una antena monopolo muy eficiente, de bajo costo y bajo perfil se utiliza en aplicaciones de banda dual, multibanda y UWB (banda ultraancha).

Así, esto es una descripción general de una antena monopolo – trabajando, tipos con aplicaciones. El caracteristicas de la antena monopolo dependen principalmente del plano de tierra y la geometría del radiador. Estas antenas se utilizan ampliamente en diferentes campos como la ciencia espacial, la tecnología de radar, los sistemas de comunicación inalámbricos y la investigación biomédica debido a sus muchos beneficios, como el menor costo, el bajo perfil, el peso ligero, la fácil fabricación y la combinación a través de otros dispositivos activos. Aquí hay una pregunta para ti, ¿qué es una antena dipolo?