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Princípios de design de antenas monopolo: como usar o comprimento de onda para otimizar o desempenho?
Uma antena monopolo é uma antena de radiofrequência que consiste em um condutor reto em forma de haste, geralmente montado verticalmente em alguma superfície condutora, chamada de plano de aterramento. Os sinais de transmissão e recepção desse tipo de antena são transmitidos por meio da conexão entre a extremidade inferior da antena monopolo e o plano de aterramento. Comparada com a antena dipolo, a antena monopolo tem seu próprio modo de funcionamento e princípio de design exclusivos. Para maximizar o desempenho da antena monopolo, a escolha do comprimento de onda se torna um fator crítico.
O comprimento de um monopolo determina diretamente seu desempenho ao transmitir uma frequência específica, que está intimamente relacionada ao comprimento de onda de rádio esperado.
As antenas monopolo geralmente são projetadas como antenas de um quarto de comprimento de onda, o que significa que seu comprimento é aproximadamente um quarto do comprimento de onda das ondas de rádio desejadas. Entretanto, em aplicações de transmissão, o design de comprimento de onda de oito quintos também é popular porque esse comprimento maximiza a potência irradiada para fora. Em ambos os comprimentos, o desempenho da antena é otimizado para eficiência de diferentes ângulos, especialmente em transmissões terrestres.
Contexto históricoA invenção da antena monopolo remonta a 1895, quando Guglielmo Marconi conduziu experimentos históricos em comunicações de rádio. Nesses primeiros experimentos, Marconi usou dois fios horizontais idênticos como antenas dipolo. Ele descobriu que podia transmitir mais longe conectando o transmissor com um fio suspenso no ar e aterrando a outra ponta. distância. Por isso, a antena monopolo também é chamada de antena Marconi.
Padrão de radiação
Assim como o dipolo suspenso verticalmente, o monopolo tem um padrão de radiação omnidirecional, irradiando energia uniformemente em todos os azimutes, e a quantidade de energia que ele irradia varia com o ângulo de elevação. No zênite do eixo da antena, a radiação diminui até zero.
A característica única da antena monopolo é que ela tem um efeito mais pronunciado no padrão de radiação do solo, o que requer consideração das características do solo durante o projeto.
Tecnicamente, o princípio de uma antena monopolo pode ser imaginado como a substituição da metade inferior de uma antena dipolo vertical por um plano condutor vertical (plano de aterramento). Em um plano de aterramento infinito e condutor, tal estrutura demonstra um padrão de radiação idêntico ao da metade superior de uma antena dipolo. Para o projetista, entender essas características básicas de radiação é um passo importante na otimização da antena monopolo.
Ganho e impedância de entrada
Como um monopolo irradia apenas para cima, seu ganho pode ser considerado semelhante ao dobro do de um dipolo, e sua impedância de radiação é apenas metade daquela de um dipolo. Por exemplo, uma antena monopolo de um quarto de comprimento de onda tem um ganho de aproximadamente 5,2 dBi e uma impedância de radiação de aproximadamente 36,5 Ohms. Neste projeto, a impedância de entrada é claramente puramente resistiva, mas sua natureza reativa exibe respostas diferentes em diferentes comprimentos de onda conforme o comprimento da antena varia.
Em aplicações práticas, o uso de diferentes tipos de planos de aterramento artificiais ou planos de aterramento naturais afetará significativamente o desempenho e o ganho da antena.
À medida que o comprimento da antena aumenta, o efeito do condutor metálico se torna cada vez mais significativo, o que se torna mais importante para melhorar o sinal transmitido. Para a maioria das comunicações sem fio ou aplicações de transmissão, os projetistas consideram cuidadosamente esses fatores para garantir que a antena monopolo maximize sua eficiência operacional na frequência especificada.
Tipos de antenas monopolares
Antenas monopolo são amplamente utilizadas em uma variedade de aplicações, desde transmissões abaixo de 20 MHz até sistemas de comunicação de frequência mais alta. Os projetos tradicionais incluem antenas verticais, antenas T e antenas guarda-chuva para melhorar o ganho e a eficiência. Nas frequências VHF e UHF, como o plano de aterramento necessário se torna menor, planos de aterramento artificiais se tornam comuns, e tais projetos permitem que a antena opere no ar.
À medida que a tecnologia sem fio avançou, surgiram variações de antenas monopolo, como a antena F invertida em dispositivos móveis, expandindo ainda mais suas aplicações potenciais.
Hoje, as antenas monopolo continuam sendo um componente essencial nas comunicações sem fio, desde rádios portáteis básicos até sistemas complexos de rede sem fio, permitindo que essa tecnologia demonstre suas vantagens exclusivas. Mas, para futuras tecnologias sem fio, podemos esperar inovação contínua no design e desempenho da antena monopolo para atender às necessidades em evolução?
