मोनोपोल एंटीना

मोनोपोल एंटीना

मोनोपोल ऐन्टेना रेडियो एंटेना का एक वर्ग है जिसमें सीधे रॉड के आकार का सुचालक होता है, जिसे प्रायः किसी प्रकार की प्रवाहकीय सतह पर लंबवत रखा जाता है, जिसे ग्राउंड प्लेन कहा जाता है। ट्रांसमीटर से परिचालक संकेत लगाया जाता है, या एंटेना प्राप्त करने के लिए ग्राही को आउटपुट संकेत मोनोपोल के निचले सिरे और ग्राउंड प्लेन के बीच लिया जाता है। एंटीना फीडलाइन का एक पक्ष मोनोपोल के निचले सिरे से जुड़ा होता है, और दूसरा पक्ष ग्राउंड प्लेन से जुड़ा होता है, जो प्रायः पृथ्वी होती है। यह एक द्विध्रुवीय एंटीना के साथ विरोधाभासी है जिसमें दो समान रॉड सुचालक होते हैं जो एंटीना के दो हिस्सों के बीच लगाए गए ट्रांसमीटर से संकेत के साथ होते हैं।

मोनोपोल को प्रायः अनुनादी एंटीना के रूप में प्रयोग किया जाता है। रॉड रेडियो तरंगों के लिए एक खुले अनुनादी यंत्र के रूप में कार्य करता है जो इसकी लंबाई, वोल्टेज और धारा की स्थायी तरंगों के साथ दोलन करता है। इसलिए ऐन्टेना की लंबाई उस रेडियो तरंगों की तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित की जाती है जिसके साथ इसका उपयोग किया जाता है। सबसे साधारण रूप क्वार्टर-वेव मोनोपोल है, जिसमें एंटीना रेडियो तरंगों की तरंग दैर्ध्य का लगभग एक चौथाई होता है। हालांकि मोनोपोल एंटेना के प्रसारण में 5/8 लंबी तरंग दैर्ध्य भी लोकप्रिय हैं, क्योंकि इस लंबाई पर एक मोनोपोल क्षैतिज दिशाओं में अपनी अधिकतम शक्ति का विकिरण करता है। मोनोपोल एंटेना का आविष्कार 1895 में रेडियो अग्रणी गुग्लील्मो मार्कोनी द्वारा किया गया था। इस कारण से इसे कभी-कभी मार्कोनी एंटेना भी कहा जाता है।

क्वार्टर-वेव मोनोपोल का भार अवरोध द्विध्रुवीय एंटीना या 37.5 ओम की तुलना में आधा है।

मोनोपोल एंटेना के सामान्य प्रकार हैं- व्हिप, रबर डकी, पेचदार, यादृच्छिक तार, अम्ब्रेला, उलटा-एल (इनवर्टेड-एल) और टी-एंटीना, मुड़ा हुआ एकध्रुव और उल्टा-एफ (इनवर्टेड-एफ), मास्ट रेडिएटर और ग्राउंड प्लेन एंटेना।

इतिहास

मार्कोनी के 1896 पेटेंट[7] से आरेखण, जिसमें उनका पहला मोनोपोल एंटेना दिखाया गया है, जिसमें ट्रांसमीटर (बाएं) और रिसीवर (दाएं) से जुड़ी निलंबित धातु प्लेट (यू, डब्ल्यू) शामिल हैं, दूसरी तरफ ग्राउंडेड (ई) है। बाद में उन्होंने पाया कि प्लेटें अनावश्यक थीं और एक निलंबित तार पर्याप्त था।

मार्कोनी का पहला मोनोपोल ट्रांसमीटर

मार्कोनी के पोल्धु, कॉर्नवाल ट्रांसमिटिंग स्टेशन, 1900 में उनके शुरुआती मोनोपोल एंटेना में से एक, जिसमें एक लकड़ी के हाथ से निलंबित एक छोटी धातु की प्लेट होती है, जिसमें एक लंबा तार इमारत में ट्रांसमीटर तक चलता है।

मोनोपोल एंटेना का आविष्कार 1895 में किया गया था और 1896 में पेटेंट कराया गया था। रेडियो अग्रणी गुग्लिल्मो मार्कोनी ने रेडियो संचार में अपने पहले ऐतिहासिक प्रयोगों के दौरान इसका पेटेंट कराया था। उन्होंने हेनरिक हर्ट्ज द्वारा आविष्कार किए गए द्विध्रुवीय एंटेना का उपयोग करके प्रयोग प्रारम्भ किया, जिसमें धातु की प्लेटों में समाप्त होने वाले दो समान क्षैतिज तार सम्मिलित थे। उन्होंने प्रयोग द्वारा पाया कि यदि द्विध्रुवीय के स्थान पर, ट्रांसमीटर और ग्राही का एक पक्ष ऊपर की ओर लटके तार से जुड़ा होता है, और दूसरा पक्ष पृथ्वी से जुड़ा होता है, तो वह लंबी दूरी तक संचार कर सकता है। इस कारण मोनोपोल को मार्कोनी एंटेना भी कहा जाता है, हालांकि अलेक्जेंडर पोपोव ने लगभग उसी समय स्वतंत्र रूप से इसका आविष्कार किया था।

विकिरण स्वरुप

मोनोपोल एंटेना दिखा रहा है कि दोगुने वोल्टेज के साथ मुक्त स्थान में द्विध्रुवीय के रूप में सही जमीन पर एक ही विकिरण पैटर्न है

एक आदर्श अनंत जमीन पर आदर्श मोनोपोल एंटेना के लंबवत विकिरण पैटर्न । किसी दिए गए उन्नयन कोण पर मूल बिंदु से रेखा की दूरी उस कोण पर विकिरित शक्ति घनत्व के समानुपाती होती है।

एक लंबवत निलंबित द्विध्रुवीय एंटीना की तरह, एक मोनोपोल में एक सर्वदिशात्मक विकिरण स्वरुप होता है। यह ऐन्टेना के लंबवत सभी दिगंशीय दिशाओं में समान शक्ति के साथ विकिरण करता है। विकिरण की शक्ति ऊंचाई कोण के साथ बदलती है, साथ ही एंटीना अक्ष पर और चरम पर विकिरण शून्य से गिर जाता है। यह लंबवत रूप से ध्रुवीकृत रेडियो तरंगों को विकीर्ण करता है। चूंकि ऊर्ध्वाधर अर्ध-तरंग द्विध्रुवों का केंद्र जमीन से कम से कम एक चौथाई लहर ऊपर होना चाहिए, जबकि मोनोपोल को सीधे जमीन पर रखा जाना चाहिए, मोनोपोल के विकिरण पैटर्न पृथ्वी में प्रतिरोध से अधिक प्रभावित होते हैं, और विकिरण स्वरुप स्वाभाविक रूप से ऊंचाई के साथ भिन्न होता है।

एक मोनोपोल की कल्पना (दाएं) की जा सकती है, जो एक ऊर्ध्वाधर द्विध्रुवीय एंटीना (सी) के निचले आधे हिस्से को एक संवाहक विमान (ग्राउंड प्लेन) के साथ समकोण पर शेष आधे हिस्से में बदलकर बनाया जा सकता है। यदि ग्राउंड प्लेन काफी बड़ा है, तो द्विध्रुव के शेष ऊपरी आधे हिस्से से रेडियो तरंगें (ए) ग्राउंड प्लेन से परावर्तित होती हैं, एक इमेज एंटेना (बी) से आती हुई प्रतीत होती हैं, जो द्विध्रुव के अनुपस्थित आधे हिस्से को बनाती हैं, जो एक द्विध्रुव विकिरण स्वरुप बनाने के लिए प्रत्यक्ष विकिरण को जोड़ता है। तो एक मोनोपोल का पैटर्न पूरी तरह से संचालन, अनंत ग्राउंड प्लेन के साथ एक द्विध्रुवीय स्वरुप के शीर्ष आधे के समान होता है।

अर्ध-तरंग दैर्ध्य की लंबाई तक ( ${\tfrac {1}{2}}\lambda$ ) एंटीना में क्षैतिज दिशाओं में अधिकतम लाभ के साथ एक एकल भाग होता है, जो एंटीना अक्ष के लंबवत होता है। क्वार्टर तरंग दैर्ध्य के नीचे ( ${\tfrac {1}{4}}\lambda$ ) अनुनाद विकिरणस्वरुप लंबाई के साथ लगभग स्थिर होता है। ऊपरी ( ${\tfrac {1}{2}}\lambda$ ) भाग समतल हो जाता है, और क्षैतिज दिशाओं में अधिक शक्ति विकीर्ण करता है।

आधे-तरंग दैर्ध्य के ऊपर स्वरुप एक क्षैतिज मुख्य भाग में और एक छोटे से दूसरे शंक्वाकार भाग में 60 ° ऊंचाई के कोण पर आकाश में विभाजित हो जाता है। हालांकि, क्षैतिज लाभ बढ़ता रहता है और पांच-आठवें तरंगदैर्घ्य की अधिकतम लंबाई तक पहुंचता है ${\tfrac {5}{8}}\lambda =0.625\lambda$ (यह एक विशिष्ट मोटाई वाले एंटीना के लिए मान्य एक अनुमान है, असीम रूप से पतले मोनोपोल के लिए अधिकतम होता है ${\tfrac {2}{\,\pi \,}}\lambda =0.637\lambda$ ) इस लंबाई पर अधिकतम होता है क्योंकि दो पालियों से विपरीत चरण विकिरण विनाशकारी रूप से हस्तक्षेप करता है और उच्च कोणों पर समाप्त करता है, और क्षैतिज भाग में अधिक शक्ति को "संपीड़ित" करता है।

थोड़ा ऊपर ${\tfrac {5}{8}}\lambda$ क्षैतिज भाग तेजी से छोटा हो जाता है और उच्च कोण भाग बड़ा हो जाता है, जिससे शक्ति कम हो जाती है। क्षैतिज दिशाओं में विकिरणित होता है, और इसलिए लाभ कम करता है। इस वजह से, बहुत से एंटेना ${\tfrac {5}{8}}\lambda$ या 0.625 तरंग से ऊपर की लंबाई का उपयोग नहीं करते हैं। जैसे-जैसे ऐन्टेना लंबे समय तक बना रहता है, स्वरुप अधिक भागों में विभाजित हो जाता है, उनके बीच नगण्य (शून्य विकिरण शक्ति की दिशाएं) होते हैं।

विद्युतीय रूप से छोटे ग्राउंड प्लेन का सामान्य प्रभाव, साथ ही साथ पृथ्वी के समतल को अपूर्ण रूप से संचालित करना, अधिकतम विकिरण की दिशा को उच्च ऊंचाई वाले कोणों तक झुकाना और लाभ को कम करना है। प्रारुपी ग्राउंड प्रणाली वाले वास्तविक क्वार्टर तरंग एंटेना का लाभ लगभग 2-3 डीबीआई है।

लाभ और इनपुट अवरोध

DB

क्योंकि यह केवल ग्राउंड प्लेन के ऊपर के स्थान में, या द्विध्रुवीय एंटीना के आधे स्थान में विकिरण करता है, एक पूरी तरह से संचालित अनंत ग्राउंड प्लेन पर एक मोनोपोल एंटीना को समान द्विध्रुवीय एंटीना के लाभ से दोगुना (3 डीबी अधिक) का लाभ होगा और एक विकिरण प्रतिरोध द्विध्रुव का आधा होता है। चूँकि अर्ध-तरंग द्विध्रुव में 2.19 डीबीआई (dBi) का लाभ होता है और 73 ओम का विकिरण प्रतिरोध होता है, एक चौथाई-तरंग ( ${\tfrac {1}{4}}\lambda$ )मोनोपोल में 2.19 + 3.0 = 5.2 डीबीआई का लाभ और लगभग 36.5 ओम का विकिरण प्रतिरोध होगा। एंटीना इस लंबाई में अनुनादी है, इसलिए इसका इनपुट अवरोध विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक है। इनपुट अवरोध में धारिता अभिक्रिया नीचे है ${\tfrac {1}{4}}\lambda$ और प्रेरक अभिक्रिया ${\tfrac {1}{4}}\lambda$ से ${\tfrac {1}{2}}\lambda$।

इस खंड में दिए गए लाभ केवल तभी प्राप्त होते हैं जब एंटीना को पूरी तरह से संचालित करने वाले अनंत ग्राउंड प्लेन पर लगाया जाता है। कई तरंग दैर्ध्य से छोटे विशिष्ट कृत्रिम ग्राउंड प्लेन के साथ, लाभ 1 से 3 डीबीआई (dBi) कम होगा, क्योंकि कुछ क्षैतिज विकिरण शक्ति समतल किनारे के आसपास निचले आधे स्थान में विवर्तित हो जाएगी, जहां यह मिट्टी में फैल जाती है। इसी तरह एक प्रतिरोधक पृथ्वी के मैदान पर, पृथ्वी में अवशोषित शक्ति के कारण लाभ कम होगा।

जैसे-जैसे लंबाई को आधे-तरंग दैर्ध्य ( ${\tfrac {1}{2}}\lambda$ ) तक पहुंचने के लिए बढ़ाया जाता है। अगली अनुनादी लंबाई - लाभ कुछ बढ़ कर 6.0 डीबीआई (dBi) हो जाता है। चूंकि इस लंबाई पर एंटीना के फीडपॉइंट पर एक विद्युत नोड होता है, इसलिए इनपुट अवरोध बहुत अधिक होता है। एक काल्पनिक रूप से पतले एंटीना में अनंत अवरोध होगा, लेकिन विशिष्ट मोनोपोल की सीमित मोटाई के लिए यह लगभग 800-2,000 ओम है उच्च, लेकिन एक पर्याप्त वर्धक ट्रांसफार्मर के माध्यम से निवेशन प्रबंधनीय है।

क्षैतिज लाभ पांच-आठवें तरंग दैर्ध्य ${\tfrac {5}{8}}\lambda$ की लंबाई पर अधिकतम 6.6 डीबीआई (dBi) तक बढ़ता रहता है इसलिए यह ग्राउंड तरंग एंटेना और स्थलीय संचार एंटेना के लिए एक लोकप्रिय लंबाई है, उन आवृत्तियों के लिए जहां एक बड़ा एंटीना आकार संभव है। उस लंबाई पर इनपुट अवरोध लगभग 40 ओम तक गिर जाता है। एंटीना की प्रतिक्रिया ${\tfrac {1}{2}}\lambda$ से ${\tfrac {3}{4}}\lambda$ तक धारितीय है। हालांकि, ${\tfrac {5}{8}}\lambda$ से ऊपर क्षैतिज लाभ तेजी से गिरता है क्योंकि दूसरे भाग में उच्च ऊंचाई वाले कोणों पर उत्तरोत्तर अधिक शक्ति विकीर्ण होती है।

प्रकार

वीएचएफ ग्राउंड प्लेन एंटीना, एक प्रकार का मोनोपोल एंटीना जो उच्च आवृत्तियों पर उपयोग किया जाता है। नीचे की ओर प्रक्षेपित तीन कंडक्टर ग्राउंड प्लेन हैं

कम आवृत्तियों पर काम करने वाले मोनोपोल एंटेना के लिए, 20 मेगाहर्ट्ज से नीचे, ग्राउंड प्लेन आमतौर पर पृथ्वी होता है। इस मामले में एंटीना जमीन से विद्युत रूप से अलग करने के लिए एक इन्सुलेटर पर जमीन पर लगाया गया एक लंबवत खम्भा है। फीडलाइन का एक किनारा खम्भे से जुड़ा है और दूसरा एंटीना के आधार पर पृथ्वी की जमीन से जुड़ा है। जमीनी प्रतिरोध को कम करने के लिए एंटेना को प्रसारित करने में यह अक्सर एंटेना के आधार के पास एक टर्मिनल से बाहर की ओर दबे हुए तारों का एक रेडियल नेटवर्क होता है। इस डिज़ाइन का उपयोग एमएफ और एलएफ बैंड में रेडियो प्रसारण के लिए नियोजित दंड विकिरक प्रेषी एंटेना के लिए किया जाता है। कम आवृत्तियों पर एंटीना दंड विद्युत रूप से छोटा होता है जिससे यह बहुत छोटा विकिरण प्रतिरोध देता है ताकि दक्षता बढ़ाने और विकिरणित शक्ति के लिए धारितीय टॉपलोडेड मोनोपोल जैसे टी-एंटीना और छाता एंटीना का उपयोग किया जा सके।

वीएचएफ और यूएचएफ आवृत्तियों पर आवश्यक ग्राउंड प्लेन का आकार छोटा होता है, इसलिए जमीन के ऊपर एंटीना लगाने के लिए कृत्रिम ग्राउंड प्लेन का उपयोग किया जाता है। दंड या संरचनाओं पर माउंटिंग के लिए इन आवृत्तियों पर सामान्य प्रकार के मोनोपोल एंटीना में एक क्वार्टर-वेव व्हिप एंटीना होता है जिसमें ग्राउंड प्लेन होता है जिसमें 3 या 4 तार या छड़ होते हैं या एक लंबी क्वार्टर-वेव होती है जो इसके आधार से क्षैतिज या तिरछा विकिरण करती है इसे ग्राउंड-प्लेन एंटीना कहा जाता है। गीगाहर्ट्ज़ आवृत्तियों पर कार की छत या हवाई जहाज की बॉडी की धातु की सतह एक अच्छा ग्राउंड प्लेन बनाती है, इसलिए कार सेल फोन एंटेना में छत पर लगे छोटे व्हिप होते हैं, और विमान संचार एंटेना में प्रायः वायुयान के ढांचे से प्रक्षेपित वायुगतिकीय फेयरिंग में एक छोटा सुचालक होता है इसे ब्लेड एंटेना कहा जाता है।

वॉकी-टॉकी और पोर्टेबल एफएम रेडियो जैसे हैंडहेल्ड रेडियो के साथ उपयोग किए जाने वाले क्वार्टर-वेव व्हिप और रबर डकी एंटेना भी मोनोपोल एंटेना हैं। इन पोर्टेबल उपकरणों में एंटेना के पास एक प्रभावी ग्राउंड प्लेन नहीं होता है, ट्रांसमीटर का जमीनी हिस्सा इसके सर्किट बोर्ड पर जमीनी संपर्क से जुड़ा होता है। चूंकि सर्किट बोर्ड ग्राउंड प्रायः ऐन्टेना से छोटा होता है, ऐन्टेना और ग्राउंड संयोजन एक मोनोपोल की तुलना में एक विषम द्विध्रुवीय एंटीना के रूप में अधिक कार्य कर सकते हैं। उन्हें धारण करने वाले व्यक्ति का हाथ और शरीर अल्पविकसित भूमि तल के रूप में कार्य कर सकता है।

वायरलेस डिवाइस और सेल फोन एक मोनोपोल संस्करण का उपयोग करते हैं जिसे इनवर्टेड-एफ एंटेना कहा जाता है। मोनोपोल तत्व सर्किट बोर्ड पर जमीनी क्षेत्र के समानांतर मुड़ा हुआ है, इसलिए इसे उपकरण के मामले में संलग्न किया जा सकता है आमतौर पर एंटीना मुद्रित सर्किट बोर्ड पर ही तांबे की पन्नी से बना होता है। यदि यह आधार पर संचालित होता है तो यह ज्यामिति एंटीना को बहुत कम अवरोध प्रदान करता है। फीड सर्किट (आमतौर पर 50 ओम अवरोध) के साथ अवरोध मिलान को बेहतर बनाने के लिए एंटीना को पार्श्वपथ सिंचित किया जाता है, इसके बावजूद फीडलाइन को तत्व के साथ एक मध्यवर्ती बिंदु से जोड़ा जाता है, और तत्व का अंत भूसंपर्कित होता है।

यह सभी देखें

• ऐन्टेना के प्रकार।
• कोशिकीय पुनरावर्तक।
• दोहरे बैंड ब्लेड एंटीना।
• विद्युत लम्बाई।
• मुड़ा हुआ एकध्रुवीय एंटीना।
• सिग्नल क्षमता।

External links

• "Radiation of a quarter wavelength monopole".

]