Horn antena je aperturna antena koja koristi prošireni valovod za lansiranje elektromagnetske energije u slobodni prostor ili prikupljanje dolazne energije iz definiranog smjera. Njena jednostavna struktura, predvidljiv dijagram zračenja, relativno visoka usmjerenost i sposobnost rada preko korisnih mikrovalnih i milimetarskih valnih širina čine je uobičajenim izborom za mjerenje antena, radar, satelitske komunikacije, EMC testiranje, reflektorske napone i istraživačke sustave.
Ovaj vodič objašnjava kako rade rog antene, glavne vrste rog antena, važne parametre performansi, njihove prednosti i ograničenja te kako odabrati prikladan dizajn za određenu RF primjenu.
Što je rog antena?
Horn antena se formira postupnim širenjem kraja valovoda. Valovod nosi vođeni elektromagnetski mod, dok prošireni dio omogućuje prijelaz iz manjeg presjeka valovoda u veći zračeći otvor. Na otvoru se elektromagnetsko polje spaja u slobodni prostor i formira usmjereni snop.
Bljesak može biti pravokutan, piramidalni, konusni, rebrasti, valoviti ili kombiniran s lećom ili polarizacijskom mrežom. Svaka geometrija mijenja radnu propusnost antene, pojačanje, širinu snopa, ponašanje polarizacije, faznu raspodjelu, razinu bočnih latica i mehaničku veličinu.
Horn antena je pasivna. Ne stvara RF snagu niti pojačava signal. Njeno prividno pojačanje dolazi od koncentriranja zračene energije u uže kutno područje u usporedbi s izotropnim radijatorom. Isto usmjereno ponašanje također poboljšava prijem iz željenog smjera.
Kako radi rog antena?
Rad rog antene može se shvatiti u četiri faze:
- Energija ulazi kroz hranu.Pravokutni ili kružni valovod, koaksijalni prijelaz na valovod ili neko drugo RF sučelje pobuđuje potreban način širenja.
- Valovod se postupno širi.Prošireni dio povećava površinu poprečnog presjeka i smanjuje nagli prijelaz koji bi se dogodio na valovodu s otvorenim krajem.
- Polje se širi preko otvora blende.Geometrija horne kontrolira raspodjelu amplitude i faze preko otvora blende. Veličina otvora blende i ujednačenost polja snažno utječu na pojačanje, širinu snopa, bočne reževe i unakrsnu polarizaciju.
- Otvor blende zrači u slobodni prostor.Polja na otvoru blende kombiniraju se kako bi se stvorio usmjereni uzorak dalekog polja. Veći električni otvor blende općenito proizvodi veću usmjerenost i uži snop, pod uvjetom da fazna pogreška i gubici ostanu kontrolirani.
Bljesak ne eliminira u potpunosti refleksiju ili neusklađenost impedancije. Umjesto toga, pravilno dizajniran bljesak omogućuje postupniji prijelaz, pomažući u postizanju prihvatljivog VSWR-a i učinkovitosti zračenja u cijelom predviđenom pojasu. Konačne performanse ovise o načinu napajanja, kutu bljeska, duljini roga, dimenzijama otvora, točnosti proizvodnje i svim grebenima, valovitostima, lećama ili polarizacijskim strukturama korištenim u dizajnu.
Parametri performansi antene s ključnim rogom
Radni frekvencijski raspon
Korisni frekvencijski raspon mora biti kompatibilan s valovodom ili konektorom za napajanje i s geometrijom horne. Performanse treba provjeriti u cijelom potrebnom pojasu, ne samo na središnjoj frekvenciji. Za hornu s valovodnim napajanjem, odabrani pojas valovoda i prirubnica su posebno važni.
Pojačanje i veličina otvora blende
Pojačanje opisuje koliko snažno antena koncentrira energiju u određenom smjeru, uključujući učinak učinkovitosti antene. Veće pojačanje obično zahtijeva veći električni otvor. Na nižim frekvencijama, postizanje istog pojačanja obično zahtijeva fizički veći rog.
Širina snopa i dijagram zračenja
Širina snopa s pola snage označava kutnu širinu glavnog snopa. Horna s većim pojačanjem općenito ima uži snop. Inženjeri bi također trebali pregledati razine bočnih režnja, ponašanje od naprijed do natrag te uzorke E-ravnine i H-ravnine jer dvije horne sa sličnim pojačanjem mogu imati različitu pokrivenost i karakteristike bočnih režnja.
VSWR i gubitak povratnog signala
VSWR i gubitak povratnog signala pokazuju koliko je dobro ulaz antene usklađen s RF sustavom. Loše usklađivanje povećava reflektiranu snagu i može smanjiti snagu isporučenu anteni. Prihvatljiva granica ovisi o odašiljaču, prijemniku, gubitku kabela, zahtjevima za kalibraciju i margini sustava.
Polarizacija i unakrsna polarizacija
Horn antene mogu podržavati linearnu, dvostruko-linearnu, kružnu ili dvostruko-kružnu polarizaciju kada su dizajnirane s odgovarajućom strukturom napajanja i polarizacije. Potrebna polarizacija mora odgovarati sustavu. Unakrsna polarizacija, aksijalni omjer za kružnu polarizaciju i izolacija portova za dvostruko polarizirane dizajne trebaju se procijeniti kada je čistoća polarizacije važna.
Rukovanje snagom i RF sučelje
Zvučnici napajani valovodima često se odabiru za mikrovalne sustave velike snage, ali stvarna snaga ovisi o kompletnom sklopu, uključujući valovod, prijelaze, konektore, tlak, materijal i radno okruženje. Prirubnica ili koaksijalni konektor moraju mehanički i električno odgovarati ostatku RF lanca.
Uobičajene vrste rog antena
Piramidalna rogasta antena
Piramidalni rog se širi i u E-ravnini i u H-ravnini pravokutnog valovoda. To je jedna od najčešće korištenih geometrija roga i uobičajena je u mjerenjima antena, primjenama referentnog pojačanja sa standardom, radarskim sustavima i reflektorskim napajanjima.
Sektorska rog antena
Sektorska horna se širi samo u jednoj ravnini. Sektorska horna u E-ravnini širi se u E-ravnini, dok se sektorska horna u H-ravnini širi u H-ravnini. Ovi su dizajni korisni kada su potrebne različite širine snopa u dvije glavne ravnine ili kada mehanička ograničenja pogoduju širenju u jednoj ravnini.
Konusna rog antena
Konusni rog se obično napaja kružnim valovodom i ima kružni otvor. Može podržati zahtjeve rotacijsko simetričnog snopa i može se konfigurirati za linearnu ili kružnu polarizaciju, ovisno o napajanju i pobuđenom načinu rada.
Valovita rog antena
Valovi se koriste za kontrolu površinskih struja i polja otvora blende. Dobro dizajnirana valovita rog može osigurati simetričan snop, niske bočne lamele i nisku unakrsnu polarizaciju, što je čini atraktivnom za precizne dovode, satelitske komunikacijske sustave, radioastronomiju i mjerne primjene.
Dvostruko rebrasta i širokopojasna rog antena
Grebeni modificiraju raspodjelu polja valovoda i snižavaju efektivnu graničnu frekvenciju, omogućujući širi radni pojas od mnogih konvencionalnih jednomodnih horni. Dvostruko rebrasti širokopojasni horni se široko koriste u EMC ispitivanju, nadzoru, širokopojasnom mjerenju i laboratorijskim sustavima. Njihovo pojačanje, uzorak i VSWR i dalje bi trebali biti pregledani u cijelom pojasu jer širokopojasne performanse nisu ujednačene prema zadanim postavkama.
Dvopolarizirana i cirkularno polarizirana rog antena
Dvostruko polarizirani rogovi koriste odvojene portove ili ortomodnu strukturu za podršku dvjema ortogonalnim polarizacijama. Kružno polarizirani rogovi uključuju polarizator ili prikladnu modalnu strukturu za generiranje desne ili lijeve kružne polarizacije. Ključne specifikacije uključuju izolaciju portova, unakrsnu polarizaciju i aksijalni omjer.
Antena s lećom i rogom
Leća postavlja elektromagnetsku leću ispred otvora roga kako bi oblikovala fazni front. Ovisno o dizajnu, leća može povećati usmjerenost, smanjiti fizičku duljinu potrebnu za ciljni otvor ili stvoriti fokusirano polje za mjerenje materijala i primjene bliskog polja.
Prednosti i ograničenja rog antena
Prednosti
- Usmjereno zračenje s predvidljivim uzorcima E-ravnine i H-ravnine
- Korisno pojačanje u rasponu mikrovalnih i milimetarskih frekvencija
- Dobra učinkovitost zračenja kada su kontrolirani gubici u vodičima i prijelazima
- Umjerena do široka radna širina, ovisno o dizajnu horne i dovoda
- Visoka snaga u prikladnim konfiguracijama s valovodnim napajanjem
- Mehanička jednostavnost i ponovljive performanse
- Dostupnost u linearnim, dvostruko polariziranim i cirkularno polariziranim konfiguracijama
Ograničenja
- Fizička veličina se povećava kako se frekvencija smanjuje ili potrebno pojačanje povećava
- Vrlo veliko pojačanje može zahtijevati veliki otvor blende ili dodatnu leću ili reflektor.
- Fazna pogreška otvora blende može ograničiti pojačanje i utjecati na performanse bočnih režnjeva
- Širokopojasni modeli mogu pokazati značajne promjene u pojačanju i širini snopa u cijelom pojasu
- Zahtjevi za preciznu polarizaciju i niske bočne režnjeve mogu povećati složenost dizajna i proizvodnje
Primjene rog antene
Mjerenje i kalibracija antene
Karakterizirane antenske rogove sa standardnim pojačanjem često se koriste kao referentne antene u mjerenjima pojačanja, dijagrama zračenja, polarizacije i dometa antene. Njihova stabilna geometrija i dobro razumljivo ponašanje korisni su za ponovljivi laboratorijski i metrološki rad.
Ispitivanje EMC-a i EMI-a
Širokopojasne antene koriste se za mjerenja zračenog zračenja i ispitivanje imunosti na zračenje u mikrovalnim frekvencijskim rasponima. Ispitivači odabiru antenu prema potrebnom pojasu, jačini polja, razini snage, varijaciji pojačanja i podacima o kalibraciji.
Radar i daljinsko istraživanje
Horn antene mogu služiti kao samostalne usmjerene antene ili kao napojne točke za reflektore u radarskim, slikovnim, daljinskim istraživanjima i sustavima za karakterizaciju materijala. Oblik snopa, čistoća polarizacije i kontrola bočnih latica mogu biti ključni u tim primjenama.
Satelitska i komunikacija od točke do točke
Horn antene se koriste kao dovodne i usmjerene antene u mikrovalnim i milimetarskim valnim vezama. Ovisno o sustavu, inženjeri mogu dati prioritet pojačanju, simetriji snopa, kružnoj polarizaciji, niskoj unakrsnoj polarizaciji ili zaštiti okoliša.
Dovod reflektora i leća
Rožna antena može osvijetliti parabolični reflektor ili dielektričnu leću. Odabir dijagrama zračenja utječe na osvjetljenje otvora blende, prelijevanje, učinkovitost, bočne reževe i ukupni dijagram zračenja kombiniranog antenskog sustava.
Kako odabrati rog antenu
Započnite s kompletnim zahtjevima sustava umjesto da birate samo prema pojačanju:
- Definirajte radni opseg.Potvrdite minimalnu i maksimalnu frekvenciju te je li potreban kontinuirani ili rad s točno određenom frekvencijom.
- Postavite cilj pojačanja i pokrivenosti.Usporedite pojačanje zajedno sa širinom snopa u E-ravnini i H-ravnini preko cijelog pojasa.
- Odaberite polarizaciju.Odaberite linearnu, dvostruko-linearnu, desno-kružnu, lijevo-kružnu ili dvostruko-kružnu polarizaciju prema potrebi.
- Provjerite kvalitetu uzorka.Pregledajte bočne režnjeve, unakrsnu polarizaciju, aksijalni omjer, performanse od prednjeg do stražnjeg dijela i izolaciju portova gdje je to primjenjivo.
- Provjerite podudaranje i sučelje.Potvrdite VSWR ili gubitak povratnog signala, veličinu valovoda, standard prirubnice, vrstu konektora i mehaničku montažu.
- Razmotrite moć i okolinu.Uzmite u obzir snagu odašiljača, radni ciklus, temperaturu, zaštitu od vremenskih uvjeta, potrebe za radomom i uvjete instalacije.
- Koristite izmjerene podatke gdje je potrebno.Za kalibraciju, ispitivanje sukladnosti i precizne sustave koristite podatkovni list specifičan za model i izmjerene podatke kalibracije umjesto da se oslanjate na nominalni opis porodice.
Za praktičnu usporedbu faktora odabira, pogledajteVodič za odabir RF MISO rog anteneTakođer možete pregledati cijeliDomet RF MISO rog antene.
Često postavljana pitanja
Pojačava li rog antena signal?
Ne. Horn antena je pasivni uređaj. Njeno pojačanje proizlazi iz usmjeravanja odašiljane ili primljene energije, a ne iz elektroničkog pojačanja.
Jesu li sve rog antene širokopojasne?
Ne. Mnoge rog antene nude korisnu propusnost, ali stvarni domet ovisi o napajanju, načinima rada valovoda, geometriji bljeska, strukturi usklađivanja i mreži polarizacije. Dvostruko rebraste rog antene posebno su dizajnirane za šire propusnosti.
Što određuje pojačanje rog antene?
Na pojačanje utječu veličina električnog otvora, učinkovitost otvora, raspodjela faze i amplitude, gubici u vodiču i frekvencija. Veći električni otvor općenito podržava veću usmjerenost, ali je potrebna dobra kontrola polja za pretvaranje veličine otvora u korisno pojačanje.
Koja je razlika između horne sa standardnim pojačanjem i širokopojasne horne?
Horna sa standardnim pojačanjem dizajnirana je za pružanje predvidljivog, dobro karakteriziranog pojačanja u svom određenom pojasu i često se koristi kao referenca mjerenja. Širokopojasna horna daje prioritet radu u širem frekvencijskom rasponu, s pojačanjem i širinom snopa koji se mogu značajnije razlikovati unutar tog raspona.
Suradnja s RF MISO-om
RF MISO isporučuje standardne i prilagođene rog antene za mikrovalne i milimetarske valne primjene, uključujući piramidalne, konusne, širokopojasne, valovite, dvostruko polarizirane, kružno polarizirane i lećaste rog antene. Odabir bi uvijek trebao biti temeljen na specifičnom frekvencijskom rasponu modela, pojačanju, uzorku, polarizaciji, VSWR-u, sučelju i zahtjevima okoline.
Istražite našeproizvodi od rogastih antena or kontaktirajte RF MISOkako bismo razgovarali o vašoj prijavi i tehničkim zahtjevima.
Literatura i daljnje čitanje
Vrijeme objave: 28. ožujka 2024.
