|
Monopólus (antenna) A monopólus aszimmetrikus táplálású sugárzó, vagyis a betáplálás egyik pontja a sugárzó talppontja, a másik pont pedig a sugárzóra merőleges vezetősík talppont alatti pontja. A vezetősík lehet maga a talaj, de lehet mesterséges vezetősíkot is kiképezni, ami a monopólus talppontja alól induló radiális vezetőkből áll. Belátható, hogy az antenna hatásfokát nagyban befolyásolja a vezetősík minősége. A monopólust, mint nyílt rezgőkört a következőképp képzelhetjük el:
Belátható, hogy pontos kiszámítása meglehetősen számításigényes, hiszen minél pontosabb értéket akarunk számolni, annál több részre kell felbontanunk rendszert. Gyakorlatban bevált módszer, ha egy effektív hosszt, illetve magasságot használunk a számításokhoz. Méretezése, tulajdonságaiRezonancia a monopólusonA monopólus akkor van rezonanciában, ha a hossza megegyezik a talppontjára kapcsolt váltófeszültség hullámhosszának negyedével, vagy annak egész számú többszörösével.
Hatásos magasság
A hatásos magasság akkor csökken ilyen mértékben, ha a monopólus alatti vezetősík nem rezonáns méretű. Ha mesterséges földelősíkot használunk, ami rezonáns méretű, akkor sokkal kisebb mértékben csökken a hatásos magasság. A monopólus kapacitása
A monopólus induktivitása
A monopólus hullámimpedanciája
A monopólus által keltett térerősség a monopólustól d távolságra
A monopólus sugárzási ellenállása
Feszültség és áramviszonyok a λ/4 hosszúságú monopóluson Ha λ/4 hosszúságú monopólust λ hullámhossznak megfelelő frekvenciájú váltóárammal megtápláljuk, akkor kialakul a áramhas és a feszültségcsús. Ekkor van a monopólus rezonanciában. A monopólus vezetőn a talpponttól távolodva egyre nagyobb feszültséget mérhetünk, a legnagyobb feszültséget a monopólus betáplálással ellentétes végén mérhetjük. Az árammal fordított a helyzet, az áram a talppont közelében a legnagyobb, attól távolodva csökken, a monopólus végén pedig már nem folyik áram. Különböző hosszúságú monopólusok rezonanciára hangolásaKülönböző, a rezonáns hossztól eltérő monopólusok különböző elektromos helyettesítőképpel modellezhetőek.
A monopólus tökéletes rezgőkörként csak λ/4 és λ/2 hosszúságúra méretezve működik. A λ/2 méretű monopólusok párhuzamos rezgőkörként működnek, tehát nagy ellenállást képviselnek, így nagy feszültséggel kell megtáplálni. A feszültségcsúcs itt a talpponton van, a monopólus közepén 0V van, és a monopólus betáplálással átellenes végén a betáplálási ponttól fázisban 180°-kal eltolt feszültségcsúcs alakul ki. Az áramhas a monopólus közepén van. A félhullámú monopólus a gyakorlatban nem terjedt el, mivel a negyedhullámú monopólushoz képest jóval költségesebb a megvalósítása, és a nyeresége nem sokkal nagyobb, mint a negyedhullámúé. A monopólusok antennanyeresége és iránykarakterisztikája leginkább az 5/8 λ méretben a legoptimálisabb, költségesebb fadingmentes rendszereknél inkább ezt a méretet igyekeznek közelíteni. A hosszabbítotekercsA λ/4 méretet csökkentve egyre inkább eltűnik az induktív komponens, a monopólus egyre inkább kapacitásként működik. Minél inkább rövidül, az iránykarakterisztikája annál inkább közelíti az izotróp jelleget. Ilyen rövidített antennákat a gyakorlatban is használnak, egyrészt abból a megfontolásból, hogy izotróp jellegű, másrészt meg a hosszabb hullámokhoz költséges lenne rezonáns méretű antennát telepíteni. Ahhoz, hogy ez a rövid monopólus antennaként használható legyen, a talppont és a tápkábel közé egy hosszabbítótekercset kell beiktatni, amivel pótoljuk az elveszett induktivitást. Ez a hozzápótolt induktivitás veszteségként jelenik meg, minél nagyobb induktivitást kell pótolni, annál nagyobb veszteség keletkezik. A beiktatandó hosszabbítotekercs induktivitása a következőképp számolható:
A rövidítőkondenzátorA negyedhullámú monopólus hosszát növelve növekszik a monopólus induktív komponense, ami nem sugárzási ellenállásként jelenik meg, hanem reaktív veszteségként. Ezt az induktív jellegű reaktív veszteséget egy megfelelő kapacitású kondenzátorral lehet ellensúlyozni, amit a monopólus talppontja és a földpont közé kapcsolunk. A rövidítőkondenzátor kapacitását az alábbi képlettel számolhatjuk ki:
Az kondenzátorral történő rövidítés is veszteségként jelenik meg, így használata nem elterjedt, mivel egy hosszabb, költségesebben telepített monopólust ily módon lerövidíteni nem észszerű megoldás. Az amatőrrádiózásban van jelentősége, olyan esetben, ha például a 80 m-es amatőrsávra készített monopólust a 60 m-es amatőrsávon is használni szeretnénk. A számítások C nyelven#include <stdio.h>
#include <math.h>
// gcc monopolus.c -lm -o monopolus
float h_eff(float lambda, float h){
float hl=h/lambda;
return h*sin(pow(hl,0.25));
}
float C_0(float lambda, float h, float r){
float cx=111/(2*log(2*h_eff(lambda,h)/r));
return h*cx;
}
float L_0(float lambda, float h, float r){
float lx=0.2*log(2*h_eff(lambda,h)/r);
return h*lx;
}
float Z_0(float L0, float C0){
return sqrt(L0/C0);
}
float R_S(float lambda, float heff){
return 1579*(heff/lambda)*(heff/lambda);
}
float L_h(float lambda, float h, float Z0){
return ((lambda*Z0)/1886)*(1/tan(h/lambda));
}
float C_r(float lambda, float h, float Z0){
return (530*lambda)/(Z0*(1/tan(h/lambda)));
}
void main(){
float lambda,h,r,heff,CpF,LuH,Z0,RS,Lh,Cr;
printf("lambda (m)=");scanf("%f",&lambda);
printf("h (m)=");scanf("%f",&h);
printf("r (mm)=");scanf("%f",&r);r=r/1000;
heff=h_eff(lambda,h);
CpF=C_0(lambda,h,r);
LuH=L_0(lambda,h,r);
Z0=Z_0(CpF/1000000,LuH/1000000000);
RS=R_S(lambda,heff);
Lh=L_h(lambda,h,Z0);
Cr=C_r(lambda,h,Z0);
printf("h_eff= %f\n",heff);
printf("C= %f pF\n",CpF);
printf("L= %f uH\n",LuH);
printf("Z0= %f ohm\n",Z0);
printf("RS= %f ohm\n",RS);
printf("______________________\n");
if(h<(lambda/4)){printf("L_h= %f uH\n",Lh);}
if(h>(lambda/4)){printf("C_r= %f pF\n",Cr);}
}
Monopólusok iránykarakterisztikái
A monopólus hosszának növelésével növekszik a monopólusok hatásos felülete, ennek következtében a nyereségük is növekszik. A rövid monopólusok kvázi-izotróp jellegűek, minél inkább hosszabbítjuk, annál kisebb szögben sugározzák ki az elektromágneses hullámokat. Az iránykarakterisztika szempontjából a legoptimálisabb méret az 5/8 λ, innen tovább növelve megjelennek felfelé irányuló mellékágak, így a főirányban már kisebb energia sugárzódik ki (egészhullámú méretre növelve a monopólust a főág meg is szűnik, 45°-os magassági szögbe lesz körsugárzó). Monopólusból kialakított, gyakorlatban használt antennákÁltalánosságban elmondható, hogy monopólusból leginkább függőleges polarizációval sugárzó, körsugárzó antennákat készítenek. A kézirádiók antennáinál és a zsebrádiók, táskarádiók botantennáinál vagy teleszkópantennáinál lehetséges, hogy a monopólus vizszintes irányban van megdöntve, ilyenkor vízszintes polaritású iránysugárzóként viselkedik. Egyelemes monopólusokλ/4 hosszúságnál rövidebb monopólus
λ/4 hosszúságú monopólus
λ/4-nél hosszabb monopólus
Többelemes monopólusok
Források
Jegyzetek
|
![{\displaystyle h_{eff}=h\sin {\biggl (}{\sqrt[{4}]{\frac {h}{\lambda }}}{\biggr )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/74b14cdef8d61ddd8e136b1c666507bcb6b1dc44)
Portal di Ensiklopedia Dunia
