Anten đơn cực: Thiết kế, Làm việc, Các loại & Ứng dụng của nó

Một nhà tiên phong về radio tên là “Guglielmo Marconi” đã phát minh ra ăng-ten đơn cực vào năm 1895 và được cấp bằng sáng chế vào năm 1896 trong các thí nghiệm lịch sử đầu tiên của ông về liên lạc vô tuyến. Vì vậy, anten này còn được gọi là anten Marconi. Đây là một nửa của một anten lưỡng cực được bố trí phía trên mặt phẳng dẫn điện. Vì vậy, ăng-ten đơn cực 1/4 sóng là loại phổ biến nhất trong đó ăng-ten này bằng khoảng 1/4 bước sóng sóng vô tuyến. Những cái này ăng ten được sử dụng trong các mạng internet và truyền thông di động. Vì vậy, bài viết này thảo luận về một cái nhìn tổng quan về một anten đơn cực - làm việc với các ứng dụng.

Định nghĩa ăng-ten đơn cực

Một loại ăng-ten vô tuyến bao gồm một dây dẫn hình thanh thẳng được gắn vuông góc trên mặt đất được gọi là ăng-ten đơn cực. Ăng-ten này là một ăng-ten dây đơn và đơn giản, chủ yếu được sử dụng cho cả truyền và nhận tín hiệu, do đó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông không dây.

Trong ăng-ten đơn cực, thanh dẫn hoạt động giống như một bộ cộng hưởng mở chủ yếu cho sóng vô tuyến & dao động bởi điện áp đứng và sóng dòng điện dọc theo chiều dài của nó. Độ dài của ăng-ten được xác định đơn giản tùy thuộc vào bước sóng sóng vô tuyến mong muốn. Dải tần ăng-ten đơn cực là từ 1,7-2 GHz, với mức tăng trung bình 3,7 dBi.

Thiết kế ăng-ten đơn cực

Ăng-ten đơn cực là ½ (một nửa) của ăng-ten lưỡng cực gần như được gắn trên đỉnh của một số loại mặt phẳng mặt đất. Vì vậy, ăng-ten này được gắn trên một mặt phẳng vô hạn với chiều dài 'L' như hình bên dưới. Theo lý thuyết hình ảnh, các trường trên mặt đất có thể được tìm thấy thông qua ăng-ten trong không gian trống được thể hiện trong sơ đồ thứ hai. Đây chỉ là một ăng-ten lưỡng cực có L (chiều dài) gấp đôi ăng-ten đơn cực.

Trong hình đầu tiên, các trường trên mặt phẳng mặt đất bằng các trường. Các trường của ăng ten đơn cực dưới mặt đất trong hình này bằng không. Định hướng của ăng-ten đơn cực có liên quan trực tiếp đến ăng-ten lưỡng cực. Nếu định hướng của ăng ten lưỡng cực có chiều dài 2L là D1, thì định hướng của ăng ten đơn cực có chiều dài 'L' sẽ có D1 + 3, nghĩa là định hướng của ăng ten đơn cực gấp đôi định hướng của ăng ten lưỡng cực. Lý do chính cho điều này chỉ là do không có bức xạ nào diễn ra dưới mặt đất; do đó, ăng-ten được nhân đôi một cách hiệu quả dưới dạng 'chỉ thị'.

Anten đơn cực Nguyên tắc làm việc

Nguyên lý làm việc của anten đơn cực là; khi nguồn điện được cung cấp cho một đơn cực thì nó được bức xạ tương tự theo mọi hướng dọc theo chiều dài của ăng-ten so với mặt đất mà nó được gắn trên đó. Dạng bức xạ của ăng-ten này là đa hướng, do đó, nó bức xạ với công suất tương đương theo mọi hướng vuông góc với ăng-ten. Công suất bức xạ từ ăng-ten thay đổi theo góc độ cao thông qua bức xạ giảm dần về 0 tại đỉnh trên trục của ăng-ten.

Mô hình bức xạ ăng-ten đơn cực

Mô hình bức xạ là sự thể hiện sự phát hoặc thu sóng của ăng-ten để xác định cường độ của nó để người ta có thể dễ dàng nhận ra chức năng và hướng của ăng-ten.

Khi năng lượng được phát ra từ ăng-ten thì nó có ảnh hưởng đến các vùng trường xa và gần. Mô hình bức xạ có thể được vẽ đồ thị dưới dạng vị trí góc và chức năng khoảng cách xuyên tâm từ bất kỳ ăng-ten nào. Mô hình bức xạ của ăng ten đơn cực được hiển thị bên dưới.

Mô hình bức xạ của ăng-ten đơn cực là đa hướng, do đó, nó phát ra công suất bằng nhau theo mọi hướng thẳng đứng với ăng-ten đơn cực. Công suất bức xạ của ăng ten thay đổi theo góc độ cao bởi bức xạ giảm dần về 0 tại đỉnh trên trục của ăng ten. Nó phát ra sóng vô tuyến phân cực theo chiều dọc.

Trong sơ đồ trên, các mẫu bức xạ thẳng đứng của ba đồ thị ăng ten đơn cực với các độ dài khác nhau được gắn trên một mặt đất dẫn điện hoàn toàn.

Khoảng cách xuyên tâm của đường dây từ nguồn ở bất kỳ góc độ cao nào chỉ đơn giản là tỷ lệ thuận với mật độ công suất bức xạ ở độ cao đó. Trục xuyên tâm được điều chỉnh trong phạm vi mật độ công suất tương ứng với đơn cực một phần tư sóng & decibel-đẳng hướng. Vì vậy, sóng đơn cực một phần tư sóng màu xanh lam 0,25λ có mô hình bằng nửa cao hơn của mô hình ăng ten lưỡng cực. Đơn cực nửa sóng màu xanh lá cây 0,5λ phát ra nhiều năng lượng hơn theo các hướng nằm ngang. Bức xạ ngang cao nhất của ăng-ten đơn cực có thể đạt được một cách đơn giản ở độ dài của sóng màu đỏ với 0,625λ.

Dạng bức xạ ở độ dài nửa bước sóng trên 0,5λ tách thành hai thùy thông qua một thùy hình nón thứ hai hướng lên bầu trời. Cao nhất ở mức 0,625λ xảy ra bởi vì, ở các góc cao, bức xạ pha ngược của hai thùy triệt tiêu việc nén nhiều năng lượng hơn vào thùy dọc.

Các loại ăng-ten đơn cực

Có nhiều loại ăng-ten đơn cực khác nhau như roi da, xoắn ốc, dây cao su ngẫu nhiên, ô, cột tản nhiệt, chữ L ngược, ăng-ten chữ T, mặt phẳng nối đất, đơn cực gấp & chữ F ngược sẽ được thảo luận bên dưới.

Ăng-ten roi

Ăng-ten roi là một loại ăng-ten đơn cực và nó rất linh hoạt để không bị nứt một cách đơn giản. Tên của ăng-ten này bắt nguồn từ chuyển động giống như roi da thể hiện khi bị nhiễu. Ăng-ten này chỉ đơn giản bao gồm một thanh hoặc dây thẳng mềm dẻo và phần dưới của ăng-ten này được kết nối đơn giản với máy phát hoặc máy thu vô tuyến.

Đối với máy bộ đàm cầm tay, các ăng-ten này thường được thiết kế với một bộ ống kim loại lồng vào nhau, do đó chúng có thể được kéo lại khi không sử dụng. Roi dài hơn chủ yếu được thiết kế để gắn trên các phương tiện cũng như công trình được thiết kế bằng một thanh sợi thủy tinh dẻo xấp xỉ lõi dây và có thể dài tới 11 m. Độ dài hoàn hảo của ăng-ten này có thể được xác định thông qua bước sóng của sóng vô tuyến.

Đây là những ăng-ten đơn cực được sử dụng thường xuyên nhất trong các băng tần vô tuyến HF, UHF & VHF. Chúng được sử dụng rộng rãi cho đài FM, điện thoại không dây, đài cầm tay, thiết bị hỗ trợ Wi-Fi, bộ đàm và hộp bùng nổ. Chúng được kết nối với các phương tiện dành cho radio ô tô cũng như radio 2 chiều dành cho phương tiện và máy bay.

Anten xoắn ốc

Anten xoắn ốc bao gồm tối thiểu một hoặc nhiều hơn các dây dẫn được quấn ở dạng xoắn. Khi ăng ten xoắn ốc được thiết kế với một dây xoắn ốc thì ăng ten này được gọi là monofilar trong khi ăng ten được thiết kế với tối thiểu 2 hoặc 4 dây trong một đường xoắn ốc thì được gọi là quadrifilar/bifilar. Vui lòng tham khảo liên kết này để biết thêm về - Anten xoắn ốc .

Anten dây ngẫu nhiên

Anten dây ngẫu nhiên bao gồm một sợi dây dài được treo trên mặt đất, nơi dây thẳng hoặc có thể được căng qua lại giữa các bức tường hoặc cây cối chỉ để đưa đủ dây vào không trung. Do sự thay đổi lớn trong cấu trúc ăng-ten, hiệu quả có thể thay đổi từ cách khắc phục này sang cách khắc phục khác.

Ăng-ten dây ngẫu nhiên được sử dụng rộng rãi làm ăng-ten thu trên các dải sóng ngắn, sóng trung bình và sóng dài, và những ăng-ten này được sử dụng làm ăng-ten phát trên các dải này chủ yếu cho các trạm phát khẩn cấp hoặc tạm thời, nhỏ ngoài trời & ở những nơi không thể có ăng-ten cố định hơn được gắn kết.

Anten Ducky cao su

Ăng-ten vịt cao su là một ăng-ten đơn cực ngắn, hoạt động tương đối giống như một ăng-ten roi tải cơ sở. Ăng-ten này bao gồm một dây lò xo hình xoắn hẹp được đóng trong một lớp vỏ nhựa hoặc cao su để bảo vệ ăng-ten. Các ăng-ten này chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị vô tuyến cầm tay tiện dụng ở tần số UHF & VHF.

Các ăng-ten này được sử dụng trong các thiết bị vô tuyến di động khác nhau như máy bộ đàm, máy quét, máy thu phát di động và ở những nơi mà tính bảo mật và độ bền được ưu tiên hơn hiệu suất điện từ. Ăng-ten này rất linh hoạt và thích hợp cho hoạt động cầm tay, đặc biệt khi đeo trên thắt lưng so với ăng-ten loại ống lồng cứng trước đây.

Bộ tản nhiệt cột

Bộ tản nhiệt cột là một loại ăng-ten đơn cực. Đây là tháp bức xạ hoặc cột phát thanh, là nơi cấu trúc kim loại được cung cấp năng lượng & hoạt động như một ăng-ten. Điều này thường được sử dụng để truyền ăng-ten hoạt động ở tần số thấp trong băng tần MF & LF, đặc biệt được sử dụng cho các đài phát thanh AM. Đế của ăng-ten này thường được gắn trên một giá đỡ không dẫn điện để bảo vệ nó khỏi mặt đất.

Ăng ten ô

Ăng-ten ô là một ăng-ten đơn cực dây có thể được sử dụng làm ăng-ten truyền dưới 1 MHz trong LF, MF và chủ yếu là các dải VLF ở các tần số đủ thấp để không thể thực hiện được hoặc không thực tế để tạo ra một ăng-ten đơn cực sóng một phần tư có kích thước hoàn chỉnh. Đầu bên ngoài của mỗi dây hướng tâm dốc xuống từ đỉnh của ăng-ten và được nối với một sợi dây hỗ trợ thông qua một chất cách điện được gắn vào trái đất. Các dây xuyên tâm sẽ làm cho ăng-ten này trở thành một chiếc ô khổng lồ với khung dây.

Ăng ten chữ T

Ăng-ten chữ T là ăng-ten vô tuyến đơn cực còn được gọi là ăng-ten phẳng hoặc ăng-ten trên không. Ăng-ten này bao gồm một hoặc trên các dây nằm ngang được cân bằng giữa hai cột vô tuyến nếu không là các tòa nhà & được bảo vệ ở các đầu khỏi chúng. Một dây ngang được kết nối đơn giản với phần giữa của các dây ngang, treo xuống rất gần mặt đất và được kết nối với máy phát (hoặc) máy thu. Anten chữ T thường được sử dụng trong các dải MF, LF, VLF & sóng ngắn. Các ăng-ten này được sử dụng rộng rãi làm ăng-ten phát chủ yếu cho các đài phát thanh nghiệp dư, đài phát sóng AM sóng trung và sóng dài. Để nghe sóng ngắn, các ăng-ten này được sử dụng làm ăng-ten thu.

Anten đơn cực gấp

Đây là một loại ăng-ten tản nhiệt cột đơn cực chủ yếu được sử dụng làm ăng-ten truyền trong dải sóng trung bình cho các đài phát thanh AM. Ăng-ten này chủ yếu bao gồm một cột kim loại thẳng đứng hoặc cột được kết nối với hệ thống nối đất của nó bao gồm các dây chôn. Cột chỉ đơn giản được bao bọc bởi các dây dọc được kết nối bằng điện ở đỉnh của cột. Các dây này được kết nối đơn giản bằng một vòng kim loại gần đế cột & nguồn cấp của đường cấp từ máy phát được gắn giữa vòng và mặt đất. Ăng-ten này là lựa chọn tốt nhất bất cứ khi nào đài phát thanh AM chia sẻ tháp với các ăng-ten khác như ăng-ten phát sóng FM.

Anten ngược-F

Ăng-ten F ngược được sử dụng chủ yếu ở tần số vi sóng & UHF trong giao tiếp không dây. Nó bao gồm một ăng-ten đơn cực chạy song song với mặt đất và được nối đất ở một đầu. Ăng-ten này được cung cấp từ một điểm giữa từ khoảng cách của đầu nối đất. Ăng-ten này nhỏ gọn hơn, cho phép nó phát ra năng lượng hiệu quả, v.v. Những ăng-ten này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị cầm tay nhỏ gọn không dây. Chúng đang được sử dụng ở phạm vi thử nghiệm quân sự trong các ứng dụng đo từ xa.

Anten đơn cực Vs Anten lưỡng cực

Sự khác biệt giữa ăng-ten đơn cực và ăng-ten lưỡng cực sẽ được thảo luận bên dưới.

Ưu điểm và nhược điểm

Các ưu điểm anten đơn cực bao gồm những điều sau đây.

• Ăng-ten đơn cực rất đơn giản để chế tạo và lắp đặt
• Đây là những thứ chắc chắn và không đắt tiền để thực hiện.
• Ăng-ten này có trở kháng phản ứng khá cao trên hầu hết dải tần số của nó.
• Khi ăng-ten này dài hơn và tổn thất trên mặt đất giảm đi, thì hiệu quả của ăng-ten sẽ tốt hơn.
• Anten đơn cực loại thẳng đứng được sử dụng cho bất kỳ tần số nào ngắn hơn 2/3 bước sóng.
• Đây là những ăng-ten đa hướng đơn giản, sử dụng ít không gian hơn so với một dãy ăng-ten bánh xe được gắn chồng lên nhau.
• Các ăng-ten này xử lý thông tin liên lạc trong bất kỳ đường dẫn nào ngoại trừ theo chiều dọc trên đầu ăng-ten.
• Ăng-ten đơn cực được in được sử dụng rộng rãi vì nhiều lợi ích như chi phí thấp, cấu hình thấp, chế tạo đơn giản, ít trọng lượng hơn và kết hợp với các thiết bị hoạt động khác.

Các nhược điểm anten đơn cực bao gồm những điều sau đây.

• Nó có bức xạ kém theo mọi hướng vì bức xạ đều theo mọi hướng.
• Đây là đắt tiền.
• Phản xạ tín hiệu có thể do các vật kim loại & mặt đất gây ra, vì vậy bạn có thể nhận được cả tín hiệu phân cực theo chiều dọc và chiều ngang.
• Các ràng buộc về thiết kế và kích thước cần thiết cho mặt phẳng nối đất trong ăng-ten này thường bị hạn chế.
• Mô hình bức xạ của ăng-ten này chủ yếu phụ thuộc vào hướng của mặt đất.

Các ứng dụng

Các sử dụng/ứng dụng của anten đơn cực ae bao sau .

• Anten đơn cực được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như khoa học vũ trụ, công nghệ radar, y sinh, nghiên cứu, v.v.
• Đơn cực thường được sử dụng làm ăng-ten cộng hưởng trong đó thanh của ăng-ten này hoạt động như một bộ cộng hưởng mở, đặc biệt đối với sóng vô tuyến & dao động qua các sóng đứng của dòng điện và điện áp dọc theo chiều dài của nó. Vì vậy, độ dài ăng-ten được xác định đơn giản bởi bước sóng sóng vô tuyến ưu tiên.
• Loại ăng-ten này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin liên lạc không dây.
• Ăng-ten đơn cực với mô hình ngũ giác cấu hình thấp được thiết kế và sử dụng cho các ứng dụng có thể đeo được.
• Ăng-ten này được sử dụng rộng rãi trong ô tô, đài AM hoặc FM di động, v.v.
• Ăng-ten đơn cực dựa trên cấu hình thấp, chi phí thấp và rất hiệu quả được sử dụng trong các ứng dụng băng tần kép, đa băng tần và UWB (băng thông siêu rộng).

Như vậy, đây là tổng quan về anten đơn cực – làm việc, các loại với các ứng dụng. Các đặc điểm anten đơn cực chủ yếu phụ thuộc vào mặt phẳng nền & hình học tản nhiệt. Những ăng-ten này được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như khoa học vũ trụ, công nghệ radar, hệ thống liên lạc không dây & nghiên cứu y sinh vì nhiều lợi ích như chi phí thấp hơn, cấu hình thấp, trọng lượng nhẹ, chế tạo dễ dàng và kết hợp thông qua các thiết bị hoạt động khác. Đây là một câu hỏi cho bạn, một ăng-ten lưỡng cực là gì?