Co je rohová anténa: 9 důležitých konceptů

Uznání: Schwarzbeck Mess-Elektronik, Schwarzbeck BBHA 9120 D, CC BY-SA 3.0

Body pro diskusi: Horn Anténa

• Úvod
• Použití klaksonu
• Prvky klaksonové antény a typy klaksonové antény
• Horn design antény
• Směrovost klaksonové antény
• Hornový vyzařovací diagram antény
• Zisk antény houkačky
• Šířka paprsku antény houkačky
• Několik matematických problémů souvisejících s Horn Antenna

Úvod

Abychom definovali anténu klaksonu, měli bychom znát správnou definici antény. Podle standardních definic antén IEEE,

"Anténa je prostředek pro vyzařování nebo příjem rádiových vln."

Hornová anténa je nejpopulárnějším typem clonové antény. Clonové antény jsou speciálně navrženy pro mikrovlnné frekvence. Tyto typy clonových antén jsou široce používány a jsou většinou bez ozdob.

Ačkoli použití rohové antény bylo zahájeno již v roce 1800, rychlá aplikace byla vytvořena ve třicátých letech 1930. století. Tyto antény také prošly během této doby drastickými úpravami. Byly provedeny četné práce a výzkumy s cílem popsat design antény s horn-anténou, zjistit vyzařovací diagram horn-antény a aplikace v různých sektorech. The aplikace v mikrovlnné troubě a doména přenosu vlnovodu proslavila anténu rohů. Proto jsou horn-antény často interpretovány jako mikrovlnné horn-antény.

Co je přenosová linka? Jak to souvisí s anténou? Vědět tady!

Použití klaksonu

Hornové antény našly působivé aplikace jako napájecí prvky pro statnou radioastronomii, satelitní sledování, komunikační antény a mnoho dalších míst. Používá se jako krmivo pro reflektor a čočky a také se používá ve fázovaných polích. Tyto antény jsou upřednostňovány před různými typy clonových antén kvůli jejich spravedlivému a přímému designu, lepšímu zisku, univerzálnosti a celkovému výkonu.

Prvky klaksonové antény

Hornová anténa je rezonanční trubka různých konstrukcí, kterou lze tvarovat tak, aby se vytvořil větší otvor. Celkový výkon antény je ovlivněn směrem, velikostí kužele a směrovostí.

Druhy klaksonové antény

Hornové antény mají různé formy provozu. Oni jsou -

· Sektorová anténa

• E-letadlo
• H-letadlo

· Anténa s pyramidovým rohem

· Kónická anténa

· Anténa z vlnitého rohu

· Diagonální klaksonová anténa

· Anténní houkačka

· Kónická klaksonová anténa se dvěma režimy

· Anténa klaksonu

· Anténa klaksonu s omezenou clonou

Konstrukce antény klaksonu (pyramidová anténa klaksonu)

Pyramidová klaksonová anténa je nejpoužívanější a nejoblíbenější typ klaksonové antény. Je známý jako standardní zesilovací roh (proto pro popis volíme pyramidový roh). Vyzařovací diagram pyramidového klaksonu je kombinací E- a H- sektorových klaksonových antén. Pojďme diskutovat o konstrukci pyramidové rohové antény.

Postup návrhu

• Návrhář / inženýr by měl znát zisk (G₀). Také měření 'a', 'b' čtyřúhelníku vlnovod (používá se jako krmivo) by měl být znám.  
• Cílem návrhu je odvodit dimenze jako - a₁, b₁, ρ_e, ρ_h, P_e, P_h. Výpočet by měl vést projektanta k optimálnímu zisku antény klaksonu.
• Výběr a1 a b1 by měl být také veden tak, aby pomohly najít optimální zisk, a můžeme odvodit návrhové rovnice.
• Účinnost klaksonu včetně otvorů je asi 50%. Nyní víme, že -

a₁ ≈ √ (3λρ₂)

b₁ ≈ √ (2λρ₁)

Směrovost je uvedena jako - D₀

D₀ = A_em [4π / λ²]

A_em je maximální účinná oblast a má vztah k fyzické oblasti (zkráceně A_p).

A_em = ε_ap A_p

ε_ap je účinnost clony, 0 ≤ ε_ap ≤ 1

Zisk = G₀

G₀ = (1/2) * (4π / λ²) * (a₁ b₁)

Nebo G₀ = (2π / λ²) * √ (3λρ₂) * √ (2λρ₁)

Nebo G₀ ≈ (2π /λ²) * √ (3λρ_h * 2λρ_e) - (1)

Jak předpokládáme ρ₂ ≈ ρ_h a ρ₁ ≈ ρ_e pro dlouhé rohové antény.

Nyní, abychom si uvědomili fyzickou anténu, P_e a P_h musí být stejné.

Víme, že,

P_e = (nar₁ - b) [(ρ_e /b₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / na₁)² - ¼]^1/2

Nyní můžeme přepsat rovnici (1), jak je uvedeno níže.

[√ (2χ) - b / λ]² (2χ-1) = [{(G₀ / 2π√χ) * √ (3 / 2π)} - (a / λ)]² * [(G.₀² / 6π³χ) - 1] - (2)

Kde,

ρ_e / λ = χ a,

ρ_h / λ = G₀² / 8π³χ

Rovnice (2) je známá jako rovnice návrhu klaksonu.

Směrovost antény Horn

Než se pustíme do zjišťování směrovosti klaksonu, dejte nám vědět směrovost antény? Směrovost antény je definována jako poměr intenzity záření antény v určitém směru k průměrné intenzitě záření ve všech směrech. Směrovost je považována za parametr pro výpočet hodnoty zásluhy antény.

Následující matematický výraz popisuje směrovost.

D = U/U₀ = 4πU / P_řadu

Pokud není uveden směr, je výchozím směrem směr maximální intenzity záření.

D_max = D₀ =U_max /U₀ = 4πU_max / P_řadu

Zde je „D“ směrovost a nemá žádný směr, protože jde o poměr. U je intenzita záření. U_max je maximální intenzita záření. U₀ je intenzita záření izotropního zdroje. P_řadu je celkový vyzářený výkon. Jeho jednotka je Watt (W).

Jak již bylo řečeno, klaksonová anténa je tří typů. Všechny třídy mají odlišnou směrovost. Pojďme si o nich promluvit.

Sektorový roh E-Plane

Následující výraz udává směrovost antény klaksonu E-Plane.

D_E = 4πU_max /P_řadu = (64aρ₁ * | F (t) | ²) / πλ b₁

Kde, | F (t) | = [C.²b₁ / √ (2λρ₁) + S.²b₁ / √ (2λρ₁)]

Sektorový roh H-Plane

Následující výraz udává směrovost sektorové klaksonové antény v rovině H.

D_H = 4πU_max /P_řadu = [4πbρ₂ /a₁ λ] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²}

Kde,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/A₁ + a₁/ √ (λρ₂)}]]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/A₁ - a₁/ √ (λρ₂)}]]

Pyramidová rohová anténa

Směrovost pyramidového klaksonu - antény závisí jak na směrovosti sektorového klaksonu E & H roviny. Rovnice je uvedena níže.

D_P = 4πU_max /P_řadu = [8πρ₁ρ₂ /a₁b₁] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²} * {[C²b₁ / √ (2λρ₁) + S.²b₁ / √ (2λρ₁)]}}

Může být napsán jako -

D_P = [π λ² / 32ab] * D_ED_H

Rohový anténní radiační vzor

Radiační vzor je úhlová závislost síly rádiových vln z jakéhokoli elektromagnetického zdroje. Níže uvedený obrázek ukazuje vyzařovací diagram pyramidové klaksonové antény.

Obrázek zobrazující vyzařovací diagram antény Horn

Zisk antény klaksonu

Zisk antény by se označoval jako poměr intenzity v určitém směru k intenzitě záření, pokud by byla anténa vyzařována izotopově. Jedná se o základní parametr pro měření výkonu antény a má úzký vztah k směrovosti antény. Zisk klaksonu se pohybuje kolem 25 dBi a rozsah je obvykle 10 - 20 dBi.

Šířka paprsku antény houkačky

Šířka pásma antény je úhlová vzdálenost mezi dvěma shodnými body na zadní straně obrysu. Šířka paprsku antény se zmenší, pokud se zvýší frekvence procesu.

Šířka pásma praktické klaksonové antény zůstává v rozsahu 10: 1 až 20: 1.

Několik matematických problémů souvisejících s Horn Antenna

1. Najděte směrovost sektorové klaksonové antény v rovině E. Podrobnosti o anténě jsou uvedeny níže. a = 0.5λ, b = 0.25λ, b₁ = 6λ, ρ₁ = 6 λ

Řešení:

b₁ / √ (2λρ₁) = 6λ / √ (2λ * 6λ) = 6 / √12 = 1.73

Část Fresnelova integrálního grafu; Image Credit - A. VAN WIJNGAARDEN a WL SCHEEN

Nyní [C (1.73)]² = (0.32)² = 0.1024 [z grafu Fresnelových integrálů]

A, [S (1.73)]² = (0.54)² = 0.2916 [z grafu Fresnelových integrálů]

Víme to, D_E = 4πU_max /P_řadu = (64aρ₁ * | F (t) | ²) / πλb₁

Kde, | F (t) | = [C.²b₁ / √ (2λρ₁) + S.²b₁ / √ (2λρ₁)]

D_E = [{64 (0.5) * 6 * (0.1024 + 0.2916)} / 6π]

Nebo D_E = 4.01 dB.

Směrovost dané sektorové klaksonové antény E-Plane je tedy 4.01 dB.

2. Najděte směrovost sektorové klaksonové antény v rovině H. Podrobnosti o anténě jsou uvedeny níže. a = 0.5λ, b = 0.25λ, a₁ = 6λ, ρ₂ = 6 λ

Řešení:

Víme, že,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/A₁ + a₁/ √ (λρ₂)}]]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/A₁ - a₁/ √ (λρ₂)}]]

Nyní u = (1 / √2) * [{√ (6) / 6 + 6 / √ (6)}) = 2.02

A v = (1 / √2) * [{√ (6) / 6 - 6 / √ (6)}) = - 1.44

Pomocí Fresnelových integrálů

C (u) = C (2.02) = 0.48825

C (v) = C (-1.44) = -C (1.44) = - 0.54310

S (u) = S (2.02) = 0.3434

S (v) = S (-1.44) = -S (1.44) = - 0.71353

Víme, že směrovost sektorové lesní antény v rovině H je 

D_H = 4πU_max /P_řadu = [4πbρ₂ /a₁ λ] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²}

Nebo D_H = [4π (0.25) 6/6] * [(0.488 + 0.543)² + (0.343 + 0.713)²]

Nebo D_H = (3.141) * (1.0629 + 1.1151)

Nebo D_H = 6.84 dB

Směrovost dané sektorové klaksonové antény v rovině H je tedy 6.84 dB.

3. Podrobnosti o konstrukci pyramidové klaksonové antény jsou uvedeny níže. ρ₂ = 6λ = ρ₁ = 6λ; a = 0.5λ, b = 0.25λ; A₁ = 6λ = b₁ = 6A; Zkontrolujte, zda lze s těmito detaily navrhnout praktickou klaksonovou anténu. Zjistěte také směrovost pyramidové klaksonové antény.

Řešení:

            Nyní, ρ_e = λ √ ([6²+ (6/2)²] = 6.708λ

            A ρ_h = λ √ ([6²+ (6/2)²] = 6.708λ

Víme, že,

P_e = (nar₁ - b) [(ρ_e /b₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / na₁)² - ¼]^1/2

Nyní, P_e = (6λ– 0.25λ) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.74 λ

A, P_h = (6λ– 0.5λ) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.12 λ

Jak vidíme, P_e se nerovná P_h, takže návrh není možné realizovat.

            Víme, že směrovost pyramidové klaksonové antény je 

D_P = [π λ² / 32ab] * D_ED_H

            Nyní, D_P = [π / 32 * (0.5) * (0.25)] * 6.84 * 4.01]

            [Hodnota D_ED_{H je} byl vypočítán dříve]

            Nebo D_P = 21.54

            Převedením na hodnotu dB, D_P = 10log21.54 = 13.33 dB

Směrovost dané pyramidové Horn antény je tedy 13.33 dB.

Sudipta Royová

Ahoj, jsem Sudipta Roy. Udělal jsem B. Tech v elektronice. Jsem nadšenec do elektroniky a v současnosti se věnuji oboru Elektronika a komunikace. Mám velký zájem o objevování moderních technologií, jako je AI a strojové učení. Moje práce se věnují poskytování přesných a aktualizovaných údajů všem studentům. Pomáhat někomu při získávání znalostí mi přináší nesmírnou radost.
Spojme se přes LinkedIn –