Οι κεραίες βοηθούν τις συσκευές να στέλνουν και να λαμβάνουν ραδιοφωνικά σήματα.Δύο συνηθισμένοι τύποι είναι η μονοπολική κεραία και η διπολική κεραία.Μπορεί να μοιάζουν, αλλά είναι κατασκευασμένα και λειτουργούν με διαφορετικούς τρόπους.Σε αυτό το άρθρο, θα μάθετε τι είναι, πώς λειτουργούν και πώς να επιλέξετε μεταξύ τους.
Κατάλογος
Εικόνα 1. Μονόπολος vs Διπολική Κεραία
Εικόνα 2. Μονόπολη Κεραία
Μονόπολη κεραία είναι μια απλή κεραία κατασκευασμένη από μία μεταλλική ράβδος ή μαέστρος που στέλνει και λαμβάνει ραδιοφωνικά σήματα.Η μονοπολική κεραία τοποθετείται συνήθως όρθια πάνω από μια επιφάνεια εδάφους που ονομάζεται α επίγειο επίπεδο.Το επίπεδο γείωσης λειτουργεί σαν καθρέφτης και βοηθά την κεραία να λειτουργεί σωστά ενεργώντας ως το άλλο μισό του συστήματος κεραίας.Οι περισσότερες μονοπολικές κεραίες έχουν μήκος περίπου το ένα τέταρτο του μήκους κύματος του σήματος, γι' αυτό ονομάζονται κεραίες τετάρτου κύματος.Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα από τη ράβδο, δημιουργεί ραδιοκύματα που εξαπλώνονται προς τα έξω.Το μοτίβο σήματος είναι συνήθως ομοιόμορφο σε όλες τις οριζόντιες κατευθύνσεις, καθιστώντας το ιδανικό για γενική επικοινωνία. Μονόπολες κεραίες είναι μέσα ραδιόφωνα αυτοκινήτου, walkie-talkies, Συσκευές WiFi, και μικρά ηλεκτρονικά συστήματα δεδομένου ότι είναι εύκολο να σχεδιαστούν, μικρά σε μέγεθος και λειτουργούν καλά όταν είναι σωστά γειωμένα.
Εικόνα 3. Διπολική Κεραία
Η διπολική κεραία είναι μια βασική κεραία κατασκευασμένη από δύο μεταλλικές ράβδους ή καλώδια που συνδέονται στο κέντρο με μια πηγή ισχύος ή έναν ραδιοπομπό.Η λέξη "δίπολο"σημαίνει"δύο πόλους», αφού η κεραία έχει δύο ίσα μέρη.Αυτοί οι δύο μεταλλικοί βραχίονες έχουν συνήθως το ίδιο μήκος και τοποθετούνται σε ευθεία γραμμή.Οι περισσότερες διπολικές κεραίες είναι περίπου το ήμισυ του μήκους κύματος του σήματος σε συνολικό μήκος, γι' αυτό ονομάζονται δίπολα ημικυμάτων.
Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει στο κέντρο της κεραίας, διασπάται και κινείται σε αντίθετες κατευθύνσεις κατά μήκος των δύο βραχιόνων.Αυτή η κίνηση του ρεύματος δημιουργεί ραδιοκύματα που εξαπλώνονται προς τα έξω στο διάστημα.Σε αντίθεση με μια μονοπολική κεραία, ένα δίπολο δεν χρειάζεται επίπεδο γείωσης για να λειτουργήσει καθώς και οι δύο πλευρές της κεραίας ολοκληρώνουν το κύκλωμα.
Οι διπολικές κεραίες συνήθως στέλνουν σήματα ομοιόμορφα στις κατευθύνσεις που είναι κάθετες στο καλώδιο, σχηματίζοντας ένα μοτίβο ακτινοβολίας σε σχήμα ντόνατ.Οι Dipole Antenna χρησιμοποιούνται σε ραδιόφωνα FM, κεραίες τηλεόρασης, ερασιτεχνικά ραδιοφωνικά συστήματα και πολλές συσκευές ασύρματης επικοινωνίας.
Μια μονοπολική κεραία και μια διπολική κεραία είναι απλές και κοινές χρησιμοποιούνται, αλλά είναι κατασκευασμένα διαφορετικά και λειτουργούν ελαφρώς διαφορετικά τρόπους.Εδώ είναι η απλή σύγκριση μεταξύ τους:
Εικόνα 4. Μονόπολος vs Διπολική Κεραία
Χαρακτηριστικό
| Μονόπολο Κεραία
| δίπολο Κεραία
|
Δομή
| Μονό μεταλλικό στοιχείο
| Δύο ίσα μέταλλα στοιχεία
|
Συνολικό μήκος
| Περίπου το ένα τέταρτο μήκος κύματος (λ/4)
| Περίπου στο μισό μήκος κύματος (λ/2)
|
Επίγειο αεροπλάνο
| Απαιτείται (χρησιμοποιεί γείωση ή ακτινικά)
| Δεν απαιτείται
|
Τύπος τροφοδοσίας
| Μη ισορροπημένη τροφοδοσία (κοινό ομοαξονικό καλώδιο)
| Ισορροπημένη τροφοδοσία
|
Μοτίβο ακτινοβολίας
| Πανκατευθυντικό σε οριζόντιο επίπεδο
| Πανκατευθυντικό σε οριζόντιο επίπεδο
|
Πόλωση
| Συνήθως κάθετη
| Κάθετη ή οριζόντια
|
Εγκατάσταση
| Συμπαγές και απλό
| Ελαφρώς μεγαλύτερο
|
Αποτελεσματικότητα
| Εξαρτάται από το έδαφος ποιότητα
| Γενικά σταθερό και ισορροπημένη
|
Τυπικές Εφαρμογές
| Ραδιόφωνα αυτοκινήτου, φορητά ραδιόφωνα, συσκευές IoT
| Ραδιόφωνο FM, τηλεόραση κεραίες, σταθμοί βάσης
|
Πολυπλοκότητα σχεδιασμού
| Απλός σχεδιασμός
| Απλό αλλά μεγαλύτερο δομή
|
Η κύρια διαφορά μεταξύ α μονόπολο και διπολική κεραία είναι πώς χρησιμοποιούν το α επίγειο επίπεδο.Μια μονοπολική κεραία χρειάζεται ένα επίπεδο γείωσης για να λειτουργήσει σωστά.Το επίπεδο γείωσης λειτουργεί σαν καθρέφτης και σχηματίζει το μισό που λείπει από την κεραία.Μπορεί να είναι α μεταλλική επιφάνεια, α αμάξωμα αυτοκινήτου, α Επίγειο στρώμα PCB, ή ακτινικά σύρματα τοποθετείται στη βάση.Χωρίς ένα καλό επίπεδο γείωσης, το μονόπολο μπορεί να μην λειτουργεί αποτελεσματικά.
Μια διπολική κεραία, από την άλλη, δεν χρειάζεται επίπεδο γείωσης.Οι διπολικές κεραίες έχουν ήδη δύο ίσους μεταλλικούς βραχίονες που ολοκληρώνουν τη δομή της κεραίας.Ως αποτέλεσμα, ένα δίπολο θεωρείται ισορροπημένο και μπορεί να λειτουργήσει χωρίς να βασίζεται σε μεταλλική επιφάνεια κάτω από αυτό.
Εικόνα 5. Μοτίβο ακτινοβολίας διπολικής κεραίας
Το συμπεριφορά ακτινοβολίας του μονόπολο και διπολικές κεραίες περιγράφει πώς διαδίδουν ραδιοφωνικά σήματα στο διάστημα.Και οι δύο κεραίες μπορούν να παράγουν ένα πανκατευθυντικό μοτίβο όταν τοποθετούνται κάθετα, πράγμα που σημαίνει ότι το σήμα εξαπλώνεται ομοιόμορφα σε όλες τις οριζόντιες κατευθύνσεις γύρω από την κεραία.
Η μονοπολική κεραία δημιουργεί συνήθως ένα μοτίβο ακτινοβολίας σε σχήμα μισού ντόνατ, καθώς το επίπεδο γείωσης αντανακλά το σήμα προς τα πάνω.Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας αποστέλλεται προς τα έξω οριζόντια, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για επικοινωνία σε επίπεδο εδάφους, όπως κινητά ραδιόφωνα και συσκευές WiFi.
Η διπολική κεραία παράγει ένα πλήρες μοτίβο ακτινοβολίας σε σχήμα ντόνατ γύρω από την κεραία.Το ισχυρότερο σήμα ακτινοβολείται προς τα έξω από τις πλευρές της κεραίας, ενώ πολύ λίγο σήμα αποστέλλεται απευθείας από τα άκρα.Καθώς ένα δίπολο δεν εξαρτάται από ένα επίπεδο γείωσης, το μοτίβο ακτινοβολίας του είναι συνήθως πιο ισορροπημένο και σταθερό.
Τύποι μονόπολων κεραιών:
Μονόπολος τετάρτου κύματος - Μια ευθεία μεταλλική ράβδος περίπου το ένα τέταρτο του μήκους κύματος του σήματος.Δημοφιλές στα ραδιόφωνα.
Whip Antenna - Μια μακριά, λεπτή μεταλλική ράβδος, που χρησιμοποιείται σε αυτοκίνητα και σταθμούς βάσης.
Rubber Duck Antenna - Μια κοντή, ευέλικτη κεραία που χρησιμοποιείται σε συσκευές ραδιοτηλεόρασης και WiFi.
PCB Monopole Antenna - Μια μικρή κεραία που εκτυπώνεται απευθείας σε μια πλακέτα κυκλώματος μέσα σε ηλεκτρονικές συσκευές.
Ground Radial Monopole - Μια κατακόρυφη ράβδος με μεταλλικά σύρματα (ακτίνια) στη βάση για να λειτουργεί ως γείωση.
Τύποι κεραιών δίπολων:
Δίπολο μισού κύματος - Το πιο απλό δίπολο, κατασκευασμένο από δύο ίσα καλώδια συνδεδεμένα στο κέντρο.
Διπλωμένο δίπολο - Δύο καλώδια τοποθετημένα κοντά μεταξύ τους, που βρίσκονται σε κεραίες τηλεόρασης.
Σύντομο δίπολο – Το Short Dipole είναι μια μικρότερη εκδοχή ενός διπόλου, αλλά λιγότερο ισχυρή.
Inverted-V Dipole - Ένα δίπολο με τους δύο βραχίονες λοξά προς τα κάτω, που εφαρμόζεται στο ραδιόφωνο του ερασιτέχνη.
Sleeve Dipole - Ένας τύπος που έχει σωλήνα ή χιτώνιο για να βοηθήσει στην εξισορρόπηση του σήματος.
Η θέση και η κατεύθυνση του στοιχείου ακτινοβολίας μιας κεραίας επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο στέλνει και λαμβάνει σήματα.Αυτό ονομάζεται προσανατολισμός κεραίας.
Κάθετη Θέση - Όταν η κεραία στέκεται όρθια, παράγει κάθετη πόλωση.Αυτό είναι ιδανικό για μονόπολες κεραίες που βρίσκονται σε κινητά ραδιόφωνα και συσκευές WiFi.
Οριζόντια Θέση - Όταν η κεραία τοποθετείται επίπεδη ή πλάγια, παράγει οριζόντια πόλωση.Οι διπολικές κεραίες τοποθετούνται με αυτόν τον τρόπο για χρήση τηλεόρασης και εκπομπής.
Κεκλιμένη ή γωνιακή θέση - Ορισμένες διπολικές κεραίες τοποθετούνται υπό γωνία, όπως ο τύπος ανεστραμμένου V, για εξοικονόμηση χώρου ή αλλαγή κάλυψης σήματος.
Για καλή επικοινωνία, τόσο η κεραία εκπομπής όσο και η κεραία λήψης θα πρέπει να έχουν τον ίδιο προσανατολισμό.Εάν η μία κεραία είναι κάθετη και η άλλη οριζόντια, το σήμα μπορεί να εξασθενήσει.
Α balun είναι α μικρή συσκευή χρησιμοποιείται στο σημείο όπου το καλώδιο συνδέεται με την κεραία.Η λέξη balun σημαίνει ισορροπημένος έως μη ισορροπημένος.Βοηθά στη σύνδεση μιας ισορροπημένης κεραίας, όπως α δίπολο, σε ένα μη ισορροπημένο καλώδιο, όπως α ομοαξονικό καλώδιο.
Διπολική κεραία είναι ισορροπημένο αφού έχει δύο ίσους μεταλλικούς βραχίονες.Ωστόσο, τα περισσότερα καλώδια που χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία κεραιών δεν είναι ισορροπημένα.Χωρίς balun, ανεπιθύμητο ρεύμα μπορεί να ρέει στο εξωτερικό του καλωδίου.Αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στο σήμα, να μειώσει την απόδοση και να δημιουργήσει παρεμβολές.
Μονόπολη κεραία συνήθως δεν χρειάζεται balun καθώς είναι ήδη μη ισορροπημένο και λειτουργεί φυσικά με ομοαξονικά καλώδια.
Η προσομοίωση κεραίας σάς βοηθά να δοκιμάσετε και να βελτιώσετε τα σχέδια κεραιών πριν τα κατασκευάσετε.Εργαλεία από Συστήματα Σχεδιασμού Cadence , όπως το λογισμικό AWR, σας επιτρέπουν να μοντελοποιήσετε μονόπολες και δίπολες κεραίες σε έναν υπολογιστή και να μελετήσετε την απόδοσή τους.
Με αυτά τα εργαλεία, μπορείτε να ελέγξετε σημαντικά αποτελέσματα όπως μοτίβο ακτινοβολίας, κέρδος, αντίσταση, και απώλεια επιστροφής (S11).Αυτό σας βοηθά να δείτε εάν η κεραία είναι σωστά συντονισμένη στην επιθυμητή συχνότητα.Εάν η απόδοση δεν είναι καλή, μπορείτε να προσαρμόσετε το μήκος, το σχήμα ή το σημείο τροφοδοσίας της κεραίας στο λογισμικό αντί να το ξαναφτιάχνετε πολλές φορές.
Η προσομοίωση εξοικονομεί χρόνο και κόστος αφού μπορείτε να δοκιμάσετε γρήγορα διαφορετικά σχέδια.Βοηθά επίσης στη μείωση των σφαλμάτων σχεδιασμού πριν από την κατασκευή της πραγματικής κεραίας.
Η επιλογή μεταξύ μιας μονόπολης και μιας διπολικής κεραίας εξαρτάται από τον χώρο, τη ρύθμιση εγκατάστασης και τις ανάγκες απόδοσης.
Μονόπολη κεραία είναι μια καλή επιλογή εάν χρειάζεστε ένα μικρό και απλό σχέδιο.Το μονόπολο λειτουργεί καλά όταν υπάρχει διαθέσιμη μεταλλική επιφάνεια ή επίπεδο γείωσης, όπως αμάξωμα αυτοκινήτου, μεταλλική οροφή ή στρώμα γείωσης PCB.Τα μονόπολα βρίσκονται σε φορητές συσκευές, φορητά ραδιόφωνα και συμπαγή ασύρματα συστήματα.
Διπολική κεραία είναι καλύτερο όταν δεν έχετε καλό έδαφος.Δεδομένου ότι έχει δύο ίσους βραχίονες, είναι ήδη πλήρης και δεν εξαρτάται από τη γείωση.Τα δίπολα χρησιμοποιούνται σε οικιακές κεραίες, σταθμούς βάσης και συστήματα εκπομπής για τη σταθερή και ισορροπημένη απόδοσή τους
Οι μονοπολικές και δίπολες κεραίες είναι απλές και χρήσιμες για πολλές συσκευές.Ένα μονόπολο χρειάζεται επιφάνεια εδάφους, ενώ ένα δίπολο όχι.Και τα δύο μπορούν να στείλουν καλά σήματα εάν εγκατασταθούν σωστά.Η καλύτερη επιλογή εξαρτάται από τον χώρο και τη διαμόρφωσή σας.https://www.ariat-tech.gr/blog/Monopole-vs-Dipole-Antennas-What-s-the-Difference.
