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Principios de diseño para antenas monopolares: ¿Cómo utilizar la longitud de onda para optimizar el rendimiento?
Una antena monopolo es una antena de radiofrecuencia que consta de un conductor recto en forma de varilla, generalmente montado verticalmente sobre alguna superficie conductora, llamada plano de tierra. Las señales de transmisión y recepción de este tipo de antena se transmiten a través de la conexión entre el extremo inferior de la antena monopolo y el plano de tierra. En comparación con la antena dipolo, la antena monopolo tiene su propio modo de funcionamiento y principio de diseño únicos. Para maximizar el rendimiento de la antena monopolo, la elección de la longitud de onda se convierte en un factor crítico.
La longitud de un monopolo determina directamente su rendimiento al transmitir una frecuencia específica, que está estrechamente relacionada con la longitud de onda de radio esperada.
Las antenas monopolares suelen estar diseñadas como antenas de un cuarto de longitud de onda, lo que significa que su longitud es aproximadamente un cuarto de la longitud de onda de las ondas de radio deseadas. Sin embargo, en aplicaciones de transmisión, el diseño de longitud de onda de ocho quintos también es popular porque esta longitud maximiza la potencia irradiada hacia el exterior. En ambas longitudes, el rendimiento de la antena está optimizado para lograr eficiencia desde diferentes ángulos, particularmente en transmisiones terrestres.
Antecedentes históricosLa invención de la antena monopolo se remonta a 1895, cuando Guglielmo Marconi realizó experimentos históricos en comunicaciones por radio. En estos primeros experimentos, Marconi utilizó dos cables horizontales idénticos como antenas dipolares. Descubrió que podía transmitir a mayor distancia conectando el transmisor con un cable suspendido en el aire y conectando a tierra el otro extremo. Por lo tanto, la antena monopolo también se llama antena Marconi.
Patrón de radiación
Al igual que el dipolo suspendido verticalmente, el monopolo tiene un patrón de radiación omnidireccional, irradiando energía uniformemente en todos los acimutes, y la cantidad de energía que irradia varía con el ángulo de elevación. En el cenit del eje de la antena, la radiación disminuye a cero.
La característica única de la antena monopolo es que tiene un efecto más pronunciado en el patrón de radiación desde el suelo, lo que requiere tener en cuenta las características del suelo durante el diseño.
Técnicamente, el principio de una antena monopolo puede imaginarse como la sustitución de la mitad inferior de una antena dipolo vertical por un plano conductor vertical (plano de tierra). En un plano de tierra infinito y conductor, dicha estructura muestra un patrón de radiación idéntico al de la mitad superior de una antena dipolo. Para el diseñador, comprender estas características básicas de radiación es un paso importante en la optimización de la antena monopolar.
Ganancia e impedancia de entrada
Dado que un monopolo sólo irradia hacia arriba, su ganancia puede considerarse similar al doble de la de un dipolo, y su impedancia de radiación es sólo la mitad de la de un dipolo. Por ejemplo, una antena monopolo de un cuarto de longitud de onda tiene una ganancia de aproximadamente 5,2 dBi y una impedancia de radiación de aproximadamente 36,5 ohmios. En este diseño, la impedancia de entrada es claramente puramente resistiva, pero su naturaleza reactiva exhibe diferentes respuestas en diferentes longitudes de onda a medida que varía la longitud de la antena.
En aplicaciones prácticas, el uso de diferentes tipos de planos de tierra artificiales o naturales afectará significativamente el rendimiento y la ganancia de la antena.
A medida que aumenta la longitud de la antena, el efecto del conductor metálico se vuelve cada vez más significativo, lo que se vuelve más importante para mejorar la señal transmitida. Para la mayoría de las aplicaciones de comunicaciones inalámbricas o de transmisión, los diseñadores consideran cuidadosamente estos factores para garantizar que la antena monopolar maximice su eficiencia operativa en la frecuencia especificada.
Tipos de antenas monopolares
Las antenas monopolares se utilizan ampliamente en una variedad de aplicaciones, desde transmisiones por debajo de 20 MHz hasta sistemas de comunicación de frecuencias más altas. Los diseños tradicionales incluyen antenas verticales, antenas en T y antenas paraguas para mejorar la ganancia y la eficiencia. En las frecuencias VHF y UHF, como el plano de tierra requerido se hace más pequeño, los planos de tierra artificiales se vuelven comunes, y tales diseños permiten que la antena funcione en el aire.
A medida que la tecnología inalámbrica ha avanzado, han surgido variaciones de antenas monopolares, como la antena F invertida en dispositivos móviles, ampliando aún más sus aplicaciones potenciales.
Hoy en día, las antenas monopolares siguen siendo un componente clave en las comunicaciones inalámbricas, desde radios portátiles básicas hasta sistemas de redes inalámbricas complejos, lo que permite que esta tecnología demuestre sus ventajas únicas. Pero para las futuras tecnologías inalámbricas, ¿podemos esperar una innovación continua en el diseño y el rendimiento de las antenas monopolares para satisfacer las necesidades cambiantes?
