モノポール アンテナ : 設計、動作、種類、およびその用途

「グリエルモ マルコーニ」という名前の無線のパイオニアは、1895 年にモノポール アンテナを発明し、1896 年に無線通信の最初の歴史的実験中に特許を取得しました。そのため、このアンテナはマルコーニ アンテナとも呼ばれます。これは半分です ダイポールアンテナ 導電性グランドプレーンの上に配置されます。そのため、このアンテナが電波の波長の約 1/4 である 1/4 波長モノポール アンテナが最も一般的なタイプです。これらは アンテナ インターネットネットワークとモバイル通信で使用されます。したがって、この記事では、 モノポールアンテナ – アプリケーションの操作。

モノポールアンテナの定義

直線状の棒状の導体を接地面の上に垂直に取り付けたタイプのラジオ アンテナは、モノポール アンテナとして知られています。このアンテナはシンプルな単線アンテナで、主に信号の送信と受信の両方に使用されるため、ワイヤレス通信システムで広く使用されています。

モノポール アンテナでは、導体ロッドは、主に電波用の開放型共振器のように機能し、その長さ全体の電圧と電流の定在波によって発振します。アンテナの長さは、希望する電波の波長によって単純に決まります。モノポール アンテナの周波数範囲は 1.7 ～ 2 GHz で、平均ゲインは 3.7 dBi です。

モノポール アンテナの設計

モノポール アンテナは、ダイポール アンテナの ½ (1/2) であり、ある種のグランド プレーンの上にほとんど取り付けられています。したがって、このアンテナは、以下に示すように、長さが「L」の無限大地平面に取り付けられています。イメージ理論により、2 番目の図に示されている自由空間内のアンテナを通して、グランド プレーン上のフィールドを見つけることができます。これは、モノポール アンテナの L (長さ) の 2 倍のダイポール アンテナです。

最初の図では、グランド プレーン上のフィールドはフィールドに等しくなります。この図内のグランド プレーンの下のモノポール アンテナのフィールドはゼロです。モノポール アンテナの指向性は、ダイポール アンテナに直接関係しています。長さ 2L のダイポール アンテナの指向性を D1 とすると、長さ「L」のモノポール アンテナの指向性は D1+3 になり、モノポール アンテナの指向性はダイポール アンテナの指向性の 2 倍になります。これの主な理由は、グランドプレーンの下で放射が発生しないためです。したがって、アンテナは「指向性」として効率的に2倍になります。

モノポールアンテナの動作原理

モノポール アンテナの動作原理は次のとおりです。電力がモノポールに供給されると、アンテナが取り付けられている接地面からアンテナの長さに垂直なすべての方向に同様に放射されます。このアンテナの放射パターンは無指向性であるため、アンテナに直角なすべての方向に同等の電力で放射します。アンテナからの放射電力は、放射がアンテナの軸上のピークでゼロに低下することにより、仰角とともに変化します。

モノポールアンテナ放射パターン

放射パターンは、アンテナの機能と指向性を簡単に認識できるように、その強度を指定するアンテナの波面放射または受信の表現です。

電力がアンテナから放射されると、遠距離および近距離のフィールド領域に影響を与えます。放射パターンは、任意のアンテナからの角度位置と半径距離関数としてグラフィカルにプロットできます。モノポールアンテナの放射パターンを以下に示します。

モノポール アンテナの放射パターンは無指向性であるため、モノポール アンテナに垂直なすべての方向に等しい電力を放射します。アンテナの放射電力は、アンテナの軸上のピークでゼロになる減衰放射によって、仰角とともに変化します。偏波の電波を垂直に放射します。

上の図では、長さの異なる 3 つのモノポール アンテナ グラフの垂直方向の放射パターンが、完全に導電性のグランドの上に取り付けられています。

任意の仰角でのソースからの線の半径距離は、その仰角での放射電力密度に単純に比例します。ラジアル軸は、1/4 波長モノポールおよびデシベル等方性に関連する電力密度内で調整されます。したがって、0.25λ 青色の 1/4 波長モノポール波は、ダイポール アンテナ パターンの上半分に等しいモデルを持ちます。 0.5λ 緑色の半波長モノポールは、水平方向により多くの電力を放射します。モノポール アンテナの最大水平放射は、0.625λ の赤色波の長さで簡単に実現できます。

半波長の長さが 0.5λ を超える放射パターンは、空に向けられた 2 つ目の円錐形のローブを介して 2 つのローブに分かれます。 0.625λ で最高になるのは、高角度では、2 つのローブの逆位相放射が相殺され、より多くのパワーが垂直ローブに圧縮されるためです。

モノポール アンテナの種類

モノポール アンテナには、ホイップ、ヘリカル、ラバー ダッキー ランダム ワイヤ、アンブレラ、マスト ラジエーター、逆 L、T アンテナ、グランド プレーン、折り畳みユニポール、逆 F など、さまざまなタイプがあります。

ホイップアンテナ

ホイップ アンテナは、モノポール アンテナの一種で、非常に柔軟であるため、簡単には割れません。このアンテナの名前は、一度乱れるとムチのような動きをすることに由来しています。このアンテナには、まっすぐで柔軟なロッドまたはワイヤが含まれているだけで、このアンテナの下部は無線送信機または受信機に接続されているだけです。

携帯ラジオの場合、これらのアンテナはしばしば、連動する伸縮式の金属管のセットを使用して設計されているため、使用しない場合は引き戻すことができます。より長いホイップは、主に車両に取り付けるように設計されており、ワイヤ コアに近い柔軟なグラスファイバー ロッドで設計され、最大 11 m の長さにすることができます。このアンテナの完璧な長さは、電波の波長によって決定できます。

これらは、HF、UHF、および VHF 無線帯域で最も頻繁に使用されるモノポール アンテナです。これらは、FM ラジオ、コードレス電話、ハンドヘルド ラジオ、Wi-Fi 対応デバイス、トランシーバー、ラジカセなどに広く使用されています。これらは、カー ラジオ用の車両、および車両と航空機用の 2 ウェイ ラジオに接続されます。

ヘリカルアンテナ

ヘリカルアンテナは、螺旋状に巻かれた最低１本以上の導線を含む。ヘリカル アンテナが 1 本のヘリカル ワイヤで設計されている場合、このアンテナはモノフィラーとして知られていますが、ヘリックス内に最低 2 本または 4 本のワイヤで設計されているアンテナはクアドリフィラー/バイファイラーと呼ばれます。詳細については、このリンクを参照してください – ヘリカルアンテナ .

ランダムワイヤーアンテナ

ランダム ワイヤー アンテナには長いワイヤーが含まれており、ワイヤーがまっすぐな地面に吊るされているか、十分なワイヤーを空中に飛ばすために、壁や木の間で前後に張られている場合があります。アンテナ構造には大きなばらつきがあるため、効率は修正ごとに変化する可能性があります。

ランダム ワイヤ アンテナは、短波、中波、長波帯域の受信アンテナとして広く使用されており、これらのアンテナは、これらの帯域の送信アンテナとして主に緊急または一時的な送信所、小規模な屋外および常設アンテナを使用できない場所で使用されます。マウントされます。

ラバーダッキーアンテナ

ラバー ダッキー アンテナは、ベース負荷のホイップ アンテナとしてかなり機能する短いモノポール アンテナです。このアンテナには、アンテナを保護するために、プラスチックまたはゴム製のジャケット内に閉じられた細いらせん状の弾力のあるワイヤが含まれています。これらのアンテナは、主に UHF および VHF 周波数のハンディハンドヘルド無線機器内で使用されます。

これらのアンテナは、トランシーバー、スキャナー、ポータブル トランシーバーなどのさまざまなポータブル無線デバイスで使用され、電磁性能よりもセキュリティと堅牢性が優先される場所で使用されます。このアンテナは非常に柔軟性があり、ハンドヘルド操作に適しています。特に、以前の剛性の伸縮式アンテナと比較して、ベルトに装着した場合に適しています。

マストラジエーター

マスト ラジエーターは、モノポール アンテナの一種です。これは、金属構造にエネルギーが供給され、アンテナとして機能する放射塔またはラジオ マストです。これは通常、MF および LF バンド内の低周波数で機能する送信アンテナに使用され、特に AM ラジオ放送局に使用されます。このアンテナのベースは通常、地面から保護するために非導電性のサポートに取り付けられています。

アンブレラアンテナ

アンブレラ アンテナは、完全なサイズの 1/4 波長モノポール アンテナを作成することが実行不可能または非現実的であるほど十分に低い周波数で、LF、MF、および主に VLF 帯域で 1 MHz 未満の送信アンテナとして使用できるワイヤー モノポール アンテナです。すべての放射状ワイヤの外端は、アンテナの頂点から下に傾斜しており、アースに取り付けられた絶縁体を介して支持ロープに接続されています。ラジアル ワイヤは、このアンテナをワイヤ フレーム付きの巨大な傘にします。

Tアンテナ

T アンテナはモノポール ラジオ アンテナで、フラットトップまたは T アンテナとしても知られています。このアンテナには、2 つのラジオ マストの間でバランスが取れている 1 つ以上の水平ワイヤが含まれています。水平ワイヤは、単純に水平ワイヤの中央に接続され、地面のすぐ近くまで垂れ下がり、送信機 (または) 受信機に接続されます。 T アンテナは通常、MF、LF、VLF、および短波帯域で使用されます。主にアマチュア無線局、中波・長波AM放送局の送信アンテナとして広く使用されています。短波を聞く場合、これらのアンテナは受信アンテナとして使用されます。

折り返しユニポールアンテナ

主にAMラジオ放送局の中波帯の送信アンテナとして使用されるモノポールマストラジエータアンテナの一種です。このアンテナには、主に、埋設ワイヤを含む接地システムに接続されたマストまたは垂直金属棒が含まれています。マストは、マストの頂点で電気的に接続された垂直ワイヤで単純に囲まれています。これらのワイヤは、マストの基部に近い金属リングによって簡単に接続され、送信機からの給電線の給電電力は、リングと地面の間に取り付けられます。このアンテナは、AM ラジオ局が FM 放送アンテナなどの他のアンテナとタワーを共有する場合に最適です。

逆Fアンテナ

逆 F アンテナは、主にワイヤレス通信内のマイクロ波および UHF 周波数で使用されます。これには、グランド プレーンに平行に配置され、一端が接地されたモノポール アンテナが含まれています。このアンテナは、接地端から離れた中間点から給電されます。このアンテナは、よりコンパクトで、効率的に電力を放射することができます。これらのアンテナは、ワイヤレスのコンパクトなハンドヘルド デバイスで広く使用されています。これらは、テレメトリ アプリケーション内の軍事試験範囲で使用されています。

モノポールアンテナとダイポールアンテナ

モノポール アンテナとダイポール アンテナの違いについては、以下で説明します。

長所と短所

の モノポールアンテナの利点 以下のものが含まれます。

• モノポール アンテナは、組み立ても設置も非常に簡単です。
• これらは頑丈で、作るのに費用がかかりません。
• このアンテナは、ほとんどの周波数範囲でかなり高いリアクティブ インピーダンスを持っています。
• このアンテナが長くなり、接地損失が減少すると、アンテナの効率が向上します。
• 縦型モノポールアンテナは、波長の 2/3 より短い周波数に使用されます。
• これらは単純な全方向性アンテナであり、互いの上に取り付けられたホイール アンテナのアレイと比較して、使用するスペースが少なくて済みます。
• これらのアンテナは、アンテナの垂直方向を除くすべてのパス内で通信を処理します。
• 印刷されたモノポール アンテナは、低コスト、薄型、簡単な製造、軽量化、他のアクティブ デバイスとの組み合わせなど、多くの利点があるため、広く使用されています。

の モノポールアンテナの欠点 以下のものが含まれます。

• すべての方向に均等に放射するため、すべての方向に放射が少なくなります。
• これらは高価です。
• 信号の反射は金属製の物体と地面によって引き起こされる可能性があるため、垂直偏波と水平偏波の両方の信号が得られる場合があります。
• このアンテナのグランド プレーンに必要な設計とサイズの制約は、多くの場合制限的です。
• このアンテナの放射パターンは、主にグランド プレーンの方向に依存します。

アプリケーション

の モノポールアンテナの用途・用途 ae には以下が含まれます。

• モノポール アンテナは、宇宙科学、レーダー技術、生物医学、研究などのさまざまな分野で使用されています。
• モノポールは共振アンテナとして頻繁に使用され、このアンテナのロッドは、特に電波に対してオープン共振器として機能し、その長さ全体の電流と電圧の定在波によって変動します。したがって、アンテナの長さは、優先する電波の波長によって単純に決まります。
• このタイプのアンテナは、ワイヤレス通信システム内で広く使用されています。
• 薄型五角形モデルのモノポール アンテナは、ウェアラブル アプリケーション用に設計および使用されています。
• このアンテナは、自動車、ポータブル AM または FM ラジオなどで広く使用されています。
• 非常に効率的で低コストで薄型のモノポール アンテナは、デュアルバンド、マルチバンド、および UWB (超広帯域) アプリケーションで使用されます。

したがって、これは モノポールアンテナの概要 – 作業、アプリケーション付きのタイプ。の モノポールアンテナ特性 主にグランドプレーンとラジエーターの形状に依存します。これらのアンテナは、宇宙科学、レーダー技術、ワイヤレス通信システム、生物医学研究などのさまざまな分野で広く使用されています。これは、低コスト、薄型、軽量、製造が容易、他のアクティブ デバイスと組み合わせることなど、多くの利点があるためです。ダイポールアンテナとは？