Antenne Monopole : Conception, Fonctionnement, Types & Ses Applications

Un pionnier de la radio nommé 'Guglielmo Marconi' a inventé une antenne monopôle en 1895 et a breveté l'année 1896 lors de ses premières expériences historiques de communication radio. Cette antenne est donc également connue sous le nom d'antenne Marconi. C'est la moitié d'un antenne dipôle disposé au-dessus d'un plan de masse conducteur. Ainsi, l'antenne monopôle quart d'onde est le type le plus courant où cette antenne est d'environ 1/4 de la longueur d'onde des ondes radio. Ces antennes sont utilisés dans les réseaux Internet et les communications mobiles. Cet article traite donc d'un aperçu d'un antenne monopôle – travailler avec des applications.

Définition de l'antenne monopolaire

Un type d'antenne radio qui comprend un conducteur en forme de tige droite qui est monté perpendiculairement au-dessus d'un plan de masse est appelé antenne monopôle. Cette antenne est une antenne simple et monofilaire, principalement utilisée pour la transmission et la réception de signaux, si largement utilisée dans les systèmes de communication sans fil.

Dans une antenne monopôle, la tige conductrice fonctionne comme un résonateur ouvert principalement pour les ondes radio et oscille par des ondes de tension et de courant stationnaires sur toute sa longueur. La longueur de l'antenne est simplement déterminée en fonction de la longueur d'onde d'onde radio souhaitée. La gamme de fréquences de l'antenne monopôle est de 1,7 à 2 GHz, avec un gain moyen de 3,7 dBi.

Conception d'antenne monopôle

Une antenne monopôle est la moitié (la moitié) d'une antenne dipôle qui est presque montée au-dessus d'un certain type de plan de masse. Ainsi, cette antenne est montée sur un plan de masse infini avec une longueur « L », comme indiqué ci-dessous. Selon la théorie de l'image, les champs sur le plan de masse peuvent être trouvés à travers l'antenne dans l'espace libre qui est montré dans le deuxième diagramme. Il s'agit simplement d'une antenne dipôle avec deux fois le L (longueur) d'une antenne monopôle.

Dans la première figure, les champs sur le plan de masse sont égaux aux champs. Les champs de l'antenne monopôle sous le plan de masse dans cette figure sont nuls. La directivité de l'antenne monopôle est directement liée à une antenne dipôle. Si la directivité d'une antenne dipôle de longueur 2L est D1, alors la directivité de l'antenne monopôle de longueur 'L' aura D1+3, ce qui signifie que la directivité de l'antenne monopôle est le double de la directivité de l'antenne dipôle. La raison principale en est uniquement parce qu'aucun rayonnement n'a lieu sous le plan de masse; ainsi, l'antenne est efficacement doublée en 'directive'.

Principe de fonctionnement de l'antenne monopôle

Le principe de fonctionnement d'une antenne monopôle est ; lorsque la puissance est fournie à un monopôle, elle est rayonnée de manière similaire dans toutes les directions verticales à la longueur de l'antenne au-dessus du plan de masse sur lequel elle est montée. Le diagramme de rayonnement de cette antenne est omnidirectionnel, il rayonne donc avec une puissance équivalente dans toutes les directions perpendiculairement à l'antenne. La puissance rayonnée de l'antenne change avec l'angle d'élévation du fait que le rayonnement tombe à zéro au niveau du pic sur l'axe de l'antenne.

Diagramme de rayonnement de l'antenne monopolaire

Le diagramme de rayonnement est la représentation de l'émission ou de la réception du front d'onde de l'antenne pour spécifier sa force afin que l'on puisse facilement reconnaître la fonction et la directivité de l'antenne.

Lorsque la puissance est émise par l'antenne, elle a un effet sur les régions de champ lointain et proche. Le diagramme de rayonnement peut être tracé graphiquement sous la forme d'une position angulaire et d'une fonction de distance radiale à partir de n'importe quelle antenne. Le diagramme de rayonnement de l'antenne monopôle est illustré ci-dessous.

Le diagramme de rayonnement de l'antenne monopôle est omnidirectionnel, il émet donc une puissance égale dans toutes les directions qui sont verticales à l'antenne monopôle. La puissance rayonnée de l'antenne change avec l'angle d'élévation par le rayonnement de chute jusqu'à zéro au sommet sur l'axe de l'antenne. Il émet verticalement des ondes radio polarisées.

Dans le schéma ci-dessus, les diagrammes de rayonnement verticaux de trois graphes d'antenne monopôle de longueurs différentes sont montés au-dessus d'un sol complètement conducteur.

La distance radiale de la ligne par rapport à la source à n'importe quel angle d'élévation est simplement proportionnelle à la densité de puissance rayonnée à cette élévation. L'axe radial est ajusté dans la densité de puissance qui est relative à un monopôle quart d'onde et décibels-isotrope. Ainsi, l'onde monopôle quart d'onde de couleur bleue de 0,25 λ a un modèle égal à la moitié supérieure d'un diagramme d'antenne dipôle. Le monopôle demi-onde de couleur verte de 0,5 λ rayonne plus de puissance dans les directions horizontales. Le rayonnement horizontal le plus élevé de l'antenne monopôle peut être simplement obtenu à une longueur d'onde de couleur rouge de 0,625 λ.

Le diagramme de rayonnement à des longueurs de demi-onde supérieures à 0,5λ se sépare en deux lobes à travers un second lobe conique qui est dirigé vers le ciel. Le plus élevé à 0,625 λ se produit parce que, à des angles élevés, le rayonnement de phase inverse des deux lobes annule la compression de plus de puissance dans le lobe vertical.

Types d'antennes monopolaires

Il existe différents types d'antennes monopôles comme un fouet, hélicoïdal, fil aléatoire canard en caoutchouc, parapluie, radiateur de mât, L inversé, antenne en T, plan de masse, unipolaire plié et F inversé qui sont discutés ci-dessous.

Antenne fouet

Une antenne fouet est un type d'antenne monopôle et elle est très flexible de sorte qu'elle ne se fissure pas simplement. Le nom de cette antenne est dérivé du mouvement en forme de fouet qui se manifeste une fois perturbé. Cette antenne comprend simplement une tige ou un fil flexible droit et le bas de cette antenne est simplement connecté à l'émetteur ou au récepteur radio.

Pour les radios portables, ces antennes sont souvent conçues avec un ensemble de tubes métalliques télescopiques emboîtables, elles peuvent donc être retirées une fois qu'elles ne sont pas utilisées. Les fouets plus longs sont principalement conçus pour être montés sur des véhicules ainsi que sur des structures conçues avec une tige en fibre de verre flexible d'environ un noyau de fil et pouvant mesurer jusqu'à 11 m de long. La longueur parfaite de cette antenne peut être déterminée par la longueur d'onde des ondes radio.

Ce sont les antennes monopôles les plus fréquemment utilisées dans les bandes radio HF, UHF et VHF. Ceux-ci sont largement utilisés pour les radios FM, les téléphones sans fil, les radios portables, les appareils compatibles Wi-Fi, les talkies-walkies et les boombox. Ceux-ci sont connectés aux véhicules pour les autoradios ainsi qu'aux radios bidirectionnelles pour les véhicules et les avions.

Antenne hélicoïdale

Une antenne hélicoïdale comprend au moins un ou plusieurs fils conducteurs qui sont enroulés en forme d'hélice. Lorsqu'une antenne hélicoïdale est conçue avec un fil hélicoïdal, cette antenne est appelée monofilaire, tandis que les antennes conçues avec un minimum de 2 ou 4 fils dans une hélice sont alors appelées quadrifilaire/bifilaire. Veuillez vous référer à ce lien pour en savoir plus sur - Antenne hélicoïdale .

Antenne filaire aléatoire

Une antenne filaire aléatoire comprend un long fil qui est suspendu au-dessus du sol où le fil est droit ou peut être enfilé d'avant en arrière entre les murs ou les arbres juste pour envoyer suffisamment de fil dans les airs. En raison de l'énorme variabilité de la structure de l'antenne, l'efficacité peut varier d'un correctif à l'autre.

Les antennes filaires aléatoires sont largement utilisées comme antennes de réception sur les bandes d'ondes courtes, moyennes et longues, et ces antennes sont utilisées comme antennes d'émission sur ces bandes principalement pour les stations d'émission d'urgence ou temporaires, les petites antennes extérieures et dans des endroits où des antennes plus permanentes ne peuvent pas être monté.

Antenne canard en caoutchouc

L'antenne canard en caoutchouc est une antenne monopôle courte qui fonctionne comme une antenne fouet à charge de base. Cette antenne comprend un fil élastique étroit en forme d'hélice fermé dans une gaine en plastique ou en caoutchouc pour protéger l'antenne. Ces antennes sont principalement utilisées dans les équipements radio portatifs pratiques aux fréquences UHF et VHF.

Ces antennes sont utilisées dans divers appareils radio portables comme les talkies-walkies, les scanners, les émetteurs-récepteurs portables et où la sécurité et la robustesse priment sur les performances électromagnétiques. Cette antenne est très flexible et appropriée pour un fonctionnement portatif, en particulier lorsqu'elle est portée à la ceinture par rapport aux anciennes antennes rigides de type télescopique.

Radiateur de mât

Un radiateur de mât est un type d'antenne monopôle. Il s'agit d'une tour rayonnante ou d'un mât radio où la structure métallique est alimentée et fonctionne comme une antenne. Ceci est normalement utilisé pour émettre des antennes qui fonctionnent à de basses fréquences dans les bandes MF et LF, particulièrement utilisées pour les stations de radio AM. La base de cette antenne est normalement montée sur un support non conducteur pour la protéger du sol.

Antenne parapluie

Une antenne parapluie est une antenne monopôle filaire qui peut être utilisée comme antennes émettrices sous 1 MHz dans les bandes LF, MF et principalement les bandes VLF à des fréquences suffisamment basses pour qu'il soit impossible ou peu pratique de fabriquer une antenne monopôle quart d'onde de taille complète. L'extrémité externe de chaque fil radial descend du sommet de l'antenne et est reliée à une corde de support à travers un isolateur attaché à la terre. Les fils radiaux feront de cette antenne le parapluie géant avec une armature en fil de fer.

Antenne en T

Une antenne en T est une antenne radio monopôle qui est également connue sous le nom d'antenne plate ou d'antenne en T. Cette antenne comprend un ou plusieurs fils horizontaux qui sont équilibrés entre deux mâts radio sinon des bâtiments et protégés aux extrémités de ceux-ci. Un fil horizontal est simplement connecté au milieu des fils horizontaux, pend très près du sol et est connecté à l'émetteur (ou) au récepteur. Les antennes en T sont normalement utilisées dans les bandes MF, LF, VLF et ondes courtes. Ces antennes sont largement utilisées comme antennes de transmission principalement pour les stations de radio amateur, les stations de diffusion AM à ondes moyennes et longues. Pour l'écoute en ondes courtes, ces antennes sont utilisées comme antennes de réception.

Antenne unipolaire pliée

Il s'agit d'un type d'antenne de radiateur de mât monopôle principalement utilisée comme antenne d'émission dans la bande des ondes moyennes pour les stations de radiodiffusion AM. Cette antenne comprend principalement un mât ou une tige métallique verticale relié à son système de mise à la terre qui comprend des fils enterrés. Le mât est simplement entouré de fils verticaux qui sont connectés électriquement au sommet du mât. Ces fils sont simplement connectés par un anneau métallique près de la base du mât et la puissance d'alimentation de la ligne d'alimentation de l'émetteur est fixée entre l'anneau et le sol. Cette antenne est le meilleur choix chaque fois qu'une station de radio AM partage une tour avec d'autres antennes comme les antennes de diffusion FM.

Antenne en F inversé

Une antenne en F inversé est principalement utilisée aux fréquences micro-ondes et UHF dans les communications sans fil. Il comprend une antenne monopôle parallèle à un plan de masse et mise à la terre à une extrémité. Cette antenne est alimentée à partir d'un point médian à partir de la distance de l'extrémité mise à la terre. Cette antenne est plus compacte, ce qui lui permet d'émettre de la puissance efficacement, etc. Ces antennes sont largement utilisées dans les appareils portatifs compacts sans fil. Ceux-ci sont utilisés sur des plages de test militaires dans des applications de télémétrie.

Antenne Monopole Vs Antenne Dipole

La différence entre l'antenne monopôle et l'antenne dipôle est discutée ci-dessous.

Avantages et inconvénients

Le avantages de l'antenne monopôle inclure les éléments suivants.

• Les antennes monopolaires sont très simples à construire et à installer
• Ceux-ci sont robustes et peu coûteux à fabriquer.
• Cette antenne a une impédance réactive assez élevée au-dessus de la majeure partie de sa gamme de fréquences.
• Lorsque cette antenne s'allonge et que les pertes au sol diminuent, l'efficacité de l'antenne s'améliore.
• Une antenne monopôle de type vertical est utilisée pour toute fréquence inférieure à 2/3 de la longueur d'onde.
• Ce sont de simples antennes omnidirectionnelles qui utilisent moins d'espace par rapport à un réseau d'antennes de roue montées les unes sur les autres.
• Ces antennes gèrent les communications dans n'importe quel chemin, sauf verticalement au-dessus de l'antenne.
• Les antennes unipolaires imprimées sont largement utilisées en raison de nombreux avantages tels que le faible coût, le profil bas, la fabrication simple, le poids réduit et la combinaison avec d'autres dispositifs actifs.

Le inconvénients de l'antenne monopôle inclure les éléments suivants.

• Il a un faible rayonnement dans toutes les directions car il rayonne uniformément dans toutes les directions.
• Ceux-ci sont chers.
• Les réflexions de signal peuvent être causées par des objets métalliques et le sol, de sorte que vous pouvez obtenir des signaux polarisés verticalement et horizontalement.
• Les contraintes de conception et de taille requises pour un plan de masse dans cette antenne sont souvent restrictives.
• Le diagramme de rayonnement de cette antenne dépend principalement de la direction du plan de masse.

Applications

Le utilisations/applications de l'antenne monopôle ae comprennent les éléments suivants.

• Les antennes monopôles sont utilisées dans divers domaines tels que les sciences spatiales, la technologie radar, le biomédical, la recherche, etc.
• Le monopôle est fréquemment utilisé comme antenne résonnante où la tige de cette antenne fonctionne comme un résonateur ouvert, en particulier pour les ondes radio et fluctue à travers les ondes stationnaires de courant et de tension sur toute sa longueur. Ainsi, les longueurs d'antenne sont simplement déterminées par la longueur d'onde des ondes radio préférées.
• Ce type d'antenne est largement utilisé dans les systèmes de communication sans fil.
• Une antenne monopôle avec un modèle pentagonal à profil bas est conçue et utilisée pour des applications portables.
• Cette antenne est largement utilisée dans les automobiles, les radios portables AM ou FM, etc.
• Une antenne monopôle très efficace, à faible coût et à profil bas est utilisée dans les applications bi-bande, multi-bande et UWB (ultra-large bande).

Ainsi, c'est un aperçu d'une antenne monopôle – travail, types avec applications. Le caractéristiques de l'antenne monopôle dépendent principalement du plan de masse et de la géométrie du radiateur. Ces antennes sont largement utilisées dans différents domaines tels que les sciences spatiales, la technologie radar, les systèmes de communication sans fil et la recherche biomédicale en raison de nombreux avantages tels que la réduction des coûts, le profil bas, la légèreté, la fabrication facile et la combinaison via d'autres dispositifs actifs. Voici une question pour vous, qu'est-ce qu'une antenne dipôle ?