Antenele cu corn sunt printre cele mai utilizate antene direcționale în ingineria microundelor și a undelor milimetrice. Structura lor mecanică simplă, caracteristicile de radiație previzibile, reflexia relativ scăzută și capacitatea de a obține un câștig moderat spre mare le fac valoroase în măsurarea antenelor, testarea EMC, radar, sisteme de comunicații, sisteme de alimentare și laboratoare RF.
O antenă cu corn poate fi considerată, în esență, ca oghid de undă cu o apertură evazată treptatÎn loc să permită undelor electromagnetice să treacă brusc de la ghidul de undă la spațiul liber, secțiunea evazată oferă o transformare mai graduală. Acest lucru ajută la îmbunătățirea adaptării impedanței și direcționează o mai mare parte a energiei electromagnetice într-un fascicul de radiații controlat.
În funcție de geometria ghidului de undă și de direcția în care se extinde diafragma, antenele cu corn pot fi proiectate în mai multe forme, inclusivcoarne sectoriale, coarne piramidale și coarne coniceArticolul de referință original folosește aceste trei configurații ca introducere principală în structurile antenelor cu corn.
1. Cum funcționează o antenă cu corn?
Un ghid de undă conține energia electromagnetică într-o structură conductoare. Când unda ghidată ajunge la un capăt deschis, o parte din energie radiază în spațiul liber, în timp ce o parte poate fi reflectată din cauza tranziției dintre impedanțele ghidului de undă și cele din spațiul liber.
O antenă cu corn reduce abruptețea acestei tranziții prin creșterea treptată a secțiunii transversale a ghidului de undă către apertură.
Pe măsură ce unda electromagnetică se propagă prin secțiunea evazată, câmpul se extinde pe o deschidere mai mare. Apertura radiază apoi în spațiul liber și produce un fascicul direcțional.
Prin urmare, flacăra servește la două scopuri importante:
- Oferă o tranziție mai lină între ghidul de undă și spațiul liber.
- Mărește apertura efectivă de radiație, permițând o directivitate și un câștig mai mari.
Este important de reținut că un cornnu elimină complet reflexiile sau undele staționareÎn schimb, un corn proiectat corespunzător poate reduce reflexia și poate oferi o bună adaptare a impedanței, care este de obicei reflectată într-un VSWR relativ scăzut.
Figura 1. Antenă tipică cu corn, cu o deschidere a ghidului de undă evazată treptat.
2. Frecvența de funcționare a antenelor cu corn
Antenele cu corn nu au o gamă de frecvență universală.
Frecvența lor de funcționare este determinată în mare măsură dedimensiunile ghidului de undă, modul ghidului de undă, geometria aperturii, structura alimentării și lățimea de bandă dorită.
Antenele tradiționale cu corn sunt deosebit de comune la frecvențele microundelor și ale undelor milimetrice, deoarece dimensiunile ghidului de undă devin practice pe măsură ce lungimea de undă scade. Cu toate acestea, structurile cu corn de bandă largă special concepute pot funcționa și la frecvențe mai joase, în timp ce antenele cu ghid de undă de precizie se pot extinde bine în benzile de unde milimetrice și sub-THz.
De exemplu, antenele cu corn pot fi găsite în gama de frecvențe de la sute de megaherți până la peste 100 GHz. RF MISO oferă în prezent configurații cu corn în bandă largă care funcționează de la300–750 MHz, precum și antene conice cu corn care acoperă220–325 GHz, ilustrând cât de largă poate fi gama de frecvențe practică a acestei familii de antene.
3. Principalele tipuri de antene cu corn
3.1 Antenă sectorială cu corn
Un corn sectorial se produce atunci când un ghid de undă dreptunghiular este evazat într-un singur plan.
Dacă ghidul de undă este extins înPlanul E, structura se numeșteCorn sectorial în planul EDacă expansiunea are loc înPlanul H, se numește unCorn sectorial în planul H.
Deoarece dimensiunea aperturii crește doar într-un singur plan, formarea fasciculului este mai pronunțată în planul corespunzător.
3.2 Antenă piramidală cu corn
Un corn piramidal se formează atunci când un ghid de undă dreptunghiular este evazat atât în direcția planului E, cât și în direcția planului H.
Structura rezultată seamănă cu o piramidă trunchiată și oferă expansiunea aperturii în ambele dimensiuni.
Coarnele piramidale sunt utilizate pe scară largă caantene cu câștig standard și antene de referințădeoarece amplificarea și diagramele lor de radiație pot fi caracterizate cu precizie.
RF MISO, de exemplu, oferă antene cu corn cu câștig standard pe numeroase benzi de microunde și unde milimetrice. Familia sa de antene cu corn cu câștig standard WR10 include modele care funcționează de la75 până la 110 GHz, cu caracteristici specificate de câștig, VSWR, polarizare și lățime a fasciculului.
3.3 Antenă conică cu corn
Un corn conic se formează în general prin extinderea treptată a unui ghid de undă circular către o deschidere circulară.
Spre deosebire de un corn piramidal, care provine dintr-un ghid de undă dreptunghiular, un corn conic are o geometrie simetrică rotațională.
Antenele conice cu corn sunt utilizate în mod obișnuit în aplicații de microunde, unde milimetrice, alimentare și măsurare. În funcție de structura alimentării și rețeaua de polarizare, acestea pot suporta și configurații de polarizare mai specializate.
Figura 2. Configurații tipice de antene cu corn: antene sectoriale în planul E, antene sectoriale în planul H, antene piramidale și antene conice.
4. Unghiul de evazare, dimensiunea aperturii și lungimea cornului
Geometria unui claxon are o influență directă asupra performanței sale electromagnetice.
Trei parametri de proiectare importanți sunt:
unghiul de evazare, dimensiunea diafragmei și lungimea claxonului.
O diafragmă mai mare poate oferi, în general, o directivitate mai mare și un fascicul mai îngust, dar simpla creștere a unghiului de evazare nu produce automat o performanță mai bună.
Dacă diafragma este prea scurtă pentru o anumită dimensiune a aperturii, poate apărea o variație excesivă de fază de-a lungul aperturii. Acest lucru reduce eficiența aperturii și poate degrada diagrama de radiație.
În schimb, lungimea excesivă a claxonului crește dimensiunea și greutatea mecanică fără a oferi neapărat o îmbunătățire proporțională a performanței.
Prin urmare, proiectarea claxonului implică echilibrarea:
- Dimensiunea diafragmei
- Unghiul de evazare
- Lungime
- Eroare de fază
- Câştig
- Lățime fascicul
- Dimensiuni mecanice
5. Diagrama de radiație și caracteristicile fasciculului
Antenele cu corn sunt în general radiatoare direcționale.
Energia electromagnetică este concentrată în principal în direcția înainte prin deschidere, producând un fascicul principal clar definit împreună cu lobi laterali.
Două reduceri ale diagramelor de radiație sunt deosebit de importante:
- Diagrama de radiație a planului E
- Diagrama de radiație a planului H
Cel/Cea/Cei/CeleLățime fascicul de 3 dBeste utilizat în mod obișnuit pentru a descrie lățimea unghiulară a fasciculului principal între cele două puncte în care puterea radiată scade cu 3 dB sub valoarea sa maximă.
În general, creșterea aperturii efective în raport cu lungimea de undă crește directivitatea și tinde să îngusteze fasciculul.
Această relație poate fi observată și în cazul antenelor practice cu corn cu undă milimetrică. De exemplu, antenele cu corn standard cu câștig de 75–110 GHz ale RF MISO specifică caracteristicile lățimii fasciculului în planul E și în planul H, împreună cu datele de câștig și VSWR.
Figura 3. Ilustrarea expansiunii și radiației undelor electromagnetice printr-o deschidere a cornului.
6. Avantajele antenelor cu corn
Antenele cu corn oferă mai multe avantaje pentru sistemele RF și microunde:
Directivitate bună
Deschiderea mărită concentrează radiația spre direcția înainte.
Caracteristici previzibile ale radiațiilor
Antenele cu corn bine proiectate pot oferi diagrame de frecvență stabile și bine definite în planul E și în planul H.
Bună adaptare a impedanței
Tranziția treptată de la ghidul de undă la spațiul liber poate reduce reflexia și poate susține un VSWR scăzut.
Câștig moderat spre mare
Diferite dimensiuni ale aperturii și lungimi ale claxonului pot fi proiectate pentru a oferi niveluri diferite de câștig.
Structură relativ simplă
Comparativ cu multe arhitecturi complexe de antene cu câștig ridicat, antenele convenționale sunt simple din punct de vedere mecanic și robuste.
Potrivit pentru măsurători de înaltă frecvență
Arhitectura lor bazată pe ghiduri de undă face ca antenele cu corn să fie deosebit de valoroase în sistemele de măsurare cu microunde și unde milimetrice.
7. Considerații și limitări de proiectare
Antenele cu corn implică, de asemenea, mai multe compromisuri inginerești.
Un câștig mai mare necesită, în general, o deschidere electrică mai mare, ceea ce poate crește dimensiunile fizice ale antenei.
Relația dintre dimensiunea aperturii, lungimea cornului și unghiul de evazare trebuie, de asemenea, controlată cu atenție pentru a menține o distribuție acceptabilă a fazei pe diafragmă.
La frecvențe foarte înalte, precizia de prelucrare, calitatea suprafeței, dimensiunile ghidului de undă și alinierea flanșelor devin din ce în ce mai importante, deoarece chiar și erorile mecanice relativ mici pot reprezenta o fracțiune semnificativă a lungimii de undă.
Prin urmare, inginerii trebuie să evalueze nu doar amplificarea și gama de frecvențe, ci și:
SWR, polarizare, performanță de polarizare încrucișată, lățime fascicul, nivel lobi laterali, interfață RF, gestionarea puterii și toleranță mecanică.
8. Aplicații ale antenelor cu corn
Datorită radiației lor direcționale, caracteristicilor stabile și compatibilității cu sistemele cu ghid de undă, antenele cu corn sunt utilizate pe scară largă în:
- Măsurarea câștigului antenei
- Măsurarea diagramei de radiație
- Testarea EMC și EMI
- Sisteme radar
- Comunicare prin microunde și unde milimetrice
- Testarea antenei satelitare
- Găsirea direcției și supravegherea
- Măsurarea camerei anecoice
- Antena reflectorizantului alimentează
- Sisteme de cercetare și laborator RF
- Aplicații de calibrare și antenă de referință
Modelele de antene cu corn în bandă largă pot oferi, de asemenea, o lățime de bandă operațională largă pentru sistemele de măsurare și monitorizare. De exemplu, antenele cu corn în bandă largă RF MISO de 18–40 GHz sunt specificate pentru aplicații care includ testarea microundelor, măsurarea antenelor, testarea antenelor satelitare, gognonizarea, supravegherea și măsurători legate de compatibilitatea electromagnetică.
Concluzie
O antenă cu corn transformă o undă electromagnetică ghidată în radiație direcțională în spațiu liber printr-o deschidere a ghidului de undă care se extinde treptat.
Combinația sa depotrivire bună a impedanței, radiație direcțională, caracteristici previzibile ale fasciculului, câștig util și construcție relativ simplăa făcut din cornu una dintre cele mai importante structuri de antenă în ingineria microundelor și a undelor milimetrice.
De la coarne sectoriale și piramidale la modele conice și în bandă largă, diferite structuri pot fi optimizate pentru intervale de frecvență specifice, cerințe de polarizare, niveluri de amplificare și medii de măsurare.
Pentru inginerii care aleg o antenă cu corn, gama de frecvențe este doar punctul de plecare. Câștigul, VSWR-ul, lățimea fasciculului, polarizarea, interfața ghidului de undă sau coaxială, puterea gestionată și dimensiunile mecanice ar trebui evaluate în funcție de cerințele sistemului RF complet.
Data publicării: 21 august 2026
