Перейти к содержанию

Четвертьволновая антенна — монополь λ/4

Кусок провода длиной 17 см на модуле 433 МГц — самая простая антенна, которую можно сделать самому. Работает она только вместе с землёй платы: монополь — это половина диполя, а вторую половину заменяет полигон земли. Отсюда и главная ошибка — антенна без земли.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Четвертьволновая антенна (монополь λ/4, quarter-wave monopole) — проводник длиной около четверти длины волны, установленный над проводящей землёй, которая работает его второй половиной. TI описывает её так: один элемент имеет длину λ/4, а полигон земли служит второй четвертью волны, вместе получается эффективная антенна λ/2; поэтому характеристики монополя зависят от размера земли (AN058, разд. 3.2).

Длина

Длину волны считают как λ = c/f (AN058, уравнение 1), четвертьволновый монополь — четверть от неё. Таблица TI (AN058, табл. 1):

Частотаλ/4λ
169 МГц44,3 см177,4 см
433 МГц17,3 см69,2 см
868 МГц8,6 см34,5 см
915 МГц8,2 см32,8 см
2,4 ГГц3,1 см12,5 см

Это длины в свободном пространстве. Свою частоту можно пересчитать в калькуляторе частоты и длины волны; про укорочение в кабеле — в термине «Длина волны». В готовом изделии длину подстраивают: TI рекомендует настраивать антенну длиной и согласующими элементами в конечном окружении (AN058, разд. 6.2.5).

Земля — часть антенны

  • Размер. Чем меньше земляной полигон, тем хуже работает антенна. Ниже 433 МГц нужна большая земля или большая антенна (DN031, разд. 3). При одинаковой площади платы и антенны TI получила КПД 91 % на 868 МГц и 7 % на 169 МГц (AN058, разд. 5.3).
  • Ориентация. Штырь ставят перпендикулярно земле (AN058, разд. 4.3). Как и диполь, монополь излучает в основном перпендикулярно своей оси.
  • Провод вместо штыря. Для 315 и 433 МГц TI предлагает проволочную антенну, уложенную по корпусу: дёшево и с хорошими характеристиками, но положение провода в серийных изделиях нужно контролировать (разд. 4.4).

Где встречается

Покупной штырь с разъёмом — самый эффективный вариант в измерениях TI на платформе EM + SmartRF04EB, но это готовые антенны, а не проволочные λ/4: у штыревого диполя Nearson КПД 89,09 % на 915 МГц и 70,49 % на 868 МГц, у штыря из набора 2,4 ГГц — 91,32 % на 2440 МГц (DN031, разд. 4.8.3 и 4.11.3). КПД зависит от частоты даже у одной антенны. Печатные антенны — например, инвертированная F-антенна — тоже производные монополя, свёрнутые ради размера; TI называет все малые антенны производными диполя с одной половиной, свёрнутой в землю (AN058, разд. 3.2). Сравнение типов антенн — в статье «Антенны для радиомодулей».

Частые вопросы

Какой длины делать монополь на 433 МГц?

Четверть длины волны в свободном пространстве — 17,3 см по таблице TI (AN058, табл. 1). На практике длину подстраивают в готовом изделии: на резонанс влияют земля платы, изоляция провода, корпус и соседние детали, поэтому TI рекомендует настраивать антенну длиной и согласующими элементами на месте (AN058, разд. 6.2.5).

Зачем монополю земля?

Потому что он — половина диполя. Полигон земли работает второй четвертью волны, и характеристики антенны зависят от его размера (AN058, разд. 3.2). Маленькая плата с маленькой землёй снижает КПД: при одинаковой площади TI получила 91 % на 868 МГц и только 7 % на 169 МГц (разд. 5.3).

Как ориентировать штыревую антенну?

Перпендикулярно плоскости земли (AN058, разд. 4.3). Диполь и монополь сильнее всего излучают перпендикулярно своей оси, поэтому вертикальная антенна излучает в стороны, а вверх и вниз почти ничего (разд. 3.1).

Источники

  1. Texas Instruments. AN058 Antenna Selection Guide, SWRA161B (2010) — разд. 3.1: диполь λ/2, наибольшее излучение перпендикулярно антенне, ставить вертикально; разд. 3.2: монополь λ/4 — элементы общей длиной около четверти волны, полигон земли работает второй четвертью волны, характеристики зависят от размера земли; все малые антенны — производные диполя; разд. 3.3, уравнение 1: λ = 2,99792458·10⁸ / f; табл. 1: λ/4 — 2,4 ГГц 3,1 см, 955 МГц 7,8 см, 915 МГц 8,2 см, 868 МГц 8,6 см, 433 МГц 17,3 см, 169 МГц 44,3 см; разд. 4.3: штырь ставят перпендикулярно земле; разд. 4.4: для 315 и 433 МГц удобна проволочная антенна, положение провода влияет на характеристики; разд. 5.3: при одинаковой площади платы 868 МГц — КПД 91 %, 169 МГц — 7 %
  2. Texas Instruments. DN031 CC-Antenna-DK and Antenna Measurements Summary, SWRA328 (2010) — разд. 3: ниже 433 МГц нужна большая земля или большая антенна; разд. 4.8.3, 4.9, 4.11.3, 4.12 — покупные штыревые антенны на платформе EM + SmartRF04EB (это не проволочные λ/4): штыревой диполь Nearson — 89,09 % (−0,50 дБ) на 915 МГц и 70,49 % (−1,52 дБ) на 868 МГц; штырь из набора 2,4 ГГц — 86,56 % на 2400 МГц, 91,32 % на 2440 МГц и 76,23 % на 2480 МГц

Нашли ошибку?

Смотрите также