O antenă cu corn este o antenă cu apertură care utilizează un ghid de undă evazat pentru a lansa energie electromagnetică în spațiul liber sau pentru a colecta energia primită dintr-o direcție definită. Structura sa simplă, diagramele de radiație previzibile, directivitatea relativ ridicată și capacitatea de a funcționa pe lățimi de bandă utile de microunde și unde milimetrice o fac o alegere comună pentru măsurarea antenelor, radar, comunicații prin satelit, testarea EMC, alimentarea reflectoarelor și sistemele de cercetare.
Acest ghid explică modul de funcționare a antenelor cu horn, principalele tipuri de antene cu horn, parametrii de performanță importanți, avantajele și limitele acestora și cum să selectați un design potrivit pentru o anumită aplicație RF.
Ce este o antenă cu corn?
O antenă corn se formează prin extinderea treptată a capătului unui ghid de undă. Ghidul de undă transportă un mod electromagnetic ghidat, în timp ce secțiunea evazată oferă o tranziție de la secțiunea transversală mai mică a ghidului de undă la o deschidere de radiație mai mare. La deschidere, câmpul electromagnetic este cuplat în spațiul liber și formează un fascicul direcțional.
Evidențierea poate fi dreptunghiulară, piramidală, conică, striată, ondulată sau combinată cu o lentilă sau o rețea de polarizare. Fiecare geometrie modifică lățimea de bandă de funcționare a antenei, câștigul, lățimea fasciculului, comportamentul de polarizare, distribuția fazei, nivelul lobilor laterali și dimensiunea mecanică.
O antenă cu corn este pasivă. Nu creează putere RF și nu amplifică un semnal. Câștigul său aparent provine din concentrarea energiei radiate într-o regiune unghiulară mai îngustă în comparație cu un radiator izotrop. Același comportament direcțional îmbunătățește și recepția din direcția dorită.
Cum funcționează o antenă cu corn?
Funcționarea unei antene cu corn poate fi înțeleasă în patru etape:
- Energia intră prin alimentare.Un ghid de undă dreptunghiular sau circular, o tranziție coaxial-ghid de undă sau o altă interfață RF excită modul de propagare necesar.
- Ghidul de undă se extinde treptat.Secțiunea evazată mărește aria secțiunii transversale și reduce tranziția bruscă care ar apărea la un ghid de undă cu capăt deschis.
- Câmpul se răspândește pe toată deschiderea.Geometria cornului controlează amplitudinea și distribuția fazei pe diafragmă. Dimensiunea diafragmei și uniformitatea câmpului influențează puternic amplificarea, lățimea fasciculului, lobii laterali și polarizarea încrucișată.
- Deschiderea radiază în spațiul liber.Câmpurile de la deschidere se combină pentru a produce un model direcțional de câmp îndepărtat. O deschidere electrică mai mare produce, în general, o directivitate mai mare și un fascicul mai îngust, cu condiția ca eroarea de fază și pierderile să rămână controlate.
Evidențierea nu elimină complet reflexia sau nepotrivirea impedanței. În schimb, o evidențiere proiectată corespunzător oferă o tranziție mai graduală, ajutând la obținerea unui VSWR și a unei eficiențe a radiației acceptabile pe banda dorită. Performanța finală depinde de modul de alimentare, unghiul evidențierii, lungimea cornetei, dimensiunile aperturii, precizia de fabricație și orice creste, ondulații, lentile sau structuri polarizante utilizate în proiectare.
Parametri cheie de performanță a antenei cu corn
Interval de frecvență de funcționare
Intervalul de frecvență utilizabil trebuie să fie compatibil cu ghidul de undă sau conectorul de alimentare și cu geometria cornetei. Performanța trebuie verificată pe întreaga bandă necesară, nu doar la frecvența centrală. Pentru o cornetă alimentată prin ghid de undă, banda și flanșa ghidului de undă selectate sunt deosebit de importante.
Câștig și dimensiunea diafragmei
Câștigul descrie cât de puternic concentrează antena energia într-o anumită direcție, inclusiv efectul eficienței antenei. Un câștig mai mare necesită de obicei o deschidere electrică mai mare. La frecvențe mai joase, obținerea aceluiași câștig necesită în mod normal un corn fizic mai mare.
Lățimea fasciculului și modelul de radiație
Lățimea fasciculului la jumătate din putere indică lățimea unghiulară a fasciculului principal. Un corn cu câștig mai mare are, în general, un fascicul mai îngust. Inginerii ar trebui, de asemenea, să examineze nivelurile lobilor laterali, comportamentul față-spate și modelele planului E și planului H, deoarece două corne cu câștig similar pot avea o acoperire și caracteristici diferite ale lobilor laterali.
VSWR și pierdere de retur
VSWR-ul și pierderea de retur indică cât de bine este adaptată intrarea antenei la sistemul RF. O adaptare slabă crește puterea reflectată și poate reduce puterea furnizată antenei. Limita acceptabilă depinde de emițător, receptor, pierderea prin cablu, cerințele de calibrare și marja sistemului.
Polarizare și polarizare încrucișată
Antenele corn pot suporta polarizare liniară, dual-liniară, circulară sau dual-circulară atunci când sunt proiectate cu structura de alimentare și polarizare corespunzătoare. Polarizarea necesară trebuie să corespundă sistemului. Polarizarea încrucișată, raportul axial pentru polarizarea circulară și izolarea portului pentru modelele cu polarizare duală ar trebui evaluate atunci când puritatea polarizării este importantă.
Gestionarea puterii și interfața RF
Coardele alimentate cu ghid de undă sunt adesea selectate pentru sistemele de microunde de mare putere, dar capacitatea reală de putere depinde de ansamblul complet, inclusiv ghidul de undă, tranzițiile, conectorii, presurizarea, materialul și mediul de operare. Flanșa sau conectorul coaxial trebuie să se potrivească mecanic și electric cu restul lanțului RF.
Tipuri comune de antene cu corn
Antenă piramidală cu corn
Un corn piramidal se extinde atât în planul E, cât și în planul H al unui ghid de undă dreptunghiular. Este una dintre cele mai utilizate geometrii de corn și este comună în măsurarea antenelor, aplicații de referință cu câștig standard, sisteme radar și alimentări cu reflectoare.
Antenă sectorială cu corn
O cornă sectorială se extinde într-un singur plan. O cornă sectorială în planul E se extinde în planul E, în timp ce o cornă sectorială în planul H se extinde în planul H. Aceste modele sunt utile atunci când sunt necesare diferite lățimi ale fasciculului în cele două plane principale sau când constrângerile mecanice favorizează o extindere într-un singur plan.
Antenă conică cu corn
Un corn conic este de obicei alimentat de un ghid de undă circular și are o apertură circulară. Poate suporta cerințe de fascicul simetric rotațional și poate fi configurat pentru polarizare liniară sau circulară, în funcție de alimentare și de modul excitat.
Antenă cu corn ondulat
Ondulațiile sunt utilizate pentru a controla curenții de suprafață și câmpurile de apertură. Un corn ondulat bine proiectat poate oferi un fascicul simetric, lobi laterali reduși și polarizare încrucișată scăzută, ceea ce îl face atractiv pentru alimentări de precizie, sisteme de comunicații prin satelit, radioastronomie și aplicații de măsurare.
Antenă cu corn cu bandă largă și cu două creste
Crestele modifică distribuția câmpului ghidului de undă și reduc frecvența efectivă de tăiere, permițând o lățime de bandă operațională mai mare decât multe coarne monomodale convenționale. Coarnele de bandă largă cu dublă crestă sunt utilizate pe scară largă în testarea EMC, supraveghere, măsurarea în bandă largă și sistemele de laborator. Câștigul, modelul și VSWR-ul lor ar trebui totuși revizuite pe întreaga bandă, deoarece performanța în bandă largă nu este uniformă în mod implicit.
Antenă corn cu polarizare duală și polarizare circulară
Coarnele cu polarizare duală utilizează porturi separate sau o structură ortomodală pentru a susține două polarizări ortogonale. Coarnele cu polarizare circulară încorporează un polarizator sau o structură modală adecvată pentru a genera polarizare circulară dreaptă sau stângă. Specificațiile cheie includ izolarea portului, polarizarea încrucișată și raportul axial.
Antenă cu corn de lentilă
O corn-lentilă plasează o lentilă electromagnetică în fața aperturii corn-ului pentru a modela frontul de fază. În funcție de design, lentila poate crește directivitatea, reduce lungimea fizică necesară pentru o apertură țintă sau poate crea un câmp focalizat pentru măsurarea materialelor și aplicații în câmp apropiat.
Avantajele și limitările antenelor cu corn
Avantaje
- Radiație direcțională cu modele previzibile în planul E și planul H
- Câștig util în intervalele de frecvență ale microundelor și undelor milimetrice
- Eficiență bună a radiației atunci când pierderile în conductori și tranziții sunt controlate
- Lățime de bandă de funcționare moderată spre largă, în funcție de designul claxonului și al alimentării
- Capacitate mare de putere în configurații adecvate alimentate cu ghid de undă
- Simplitate mecanică și performanță repetabilă
- Disponibilitate în configurații liniare, dual-polarizate și circular-polarizate
Limitări
- Dimensiunea fizică crește pe măsură ce frecvența scade sau câștigul necesar crește
- Un câștig foarte mare poate necesita o diafragmă mare sau o lentilă sau un reflector adăugat
- Eroarea de fază a aperturii poate limita amplificarea și poate afecta performanța lobilor laterali
- Modelele de bandă largă pot prezenta modificări semnificative ale câștigului și lățimii fasciculului pe bandă
- Polarizarea de precizie și cerințele privind lobii laterali reduși pot crește complexitatea proiectării și fabricației
Aplicații ale antenei cu corn
Măsurarea și calibrarea antenei
Antenele cu amplificare standard caracterizate sunt adesea utilizate ca antene de referință în măsurători de amplificare, diagramă de radiație, polarizare și distanță de antenă. Geometria lor stabilă și comportamentul bine înțeles sunt utile pentru lucrări de laborator și metrologie repetabile.
Testarea EMC și EMI
Antenele cu bandă largă sunt utilizate pentru măsurători ale emisiilor radiate și testarea imunității radiate pe intervale de frecvență pentru microunde. Inginerii de testare selectează antena în funcție de banda necesară, intensitatea câmpului, nivelul de putere, variația câștigului și datele de calibrare.
Radar și teledetecție
Antenele cu corn pot servi ca antene direcționale independente sau ca surse de alimentare pentru reflectoare în sistemele radar, de imagistică, de teledetecție și de caracterizare a materialelor. Forma fasciculului, puritatea polarizării și controlul lobilor laterali pot fi critice în aceste aplicații.
Comunicații prin satelit și punct-la-punct
Antenele cu corn sunt utilizate ca antene de alimentare și direcționale în legături cu microunde și unde milimetrice. În funcție de sistem, inginerii pot prioritiza amplificarea, simetria fasciculului, polarizarea circulară, polarizarea încrucișată scăzută sau protecția mediului.
Alimentare pentru reflectoare și lentile
Un corn poate ilumina un reflector parabolic sau o lentilă dielectrică. Selectarea modelului de alimentare afectează iluminarea aperturii, difuziunea, eficiența, lobii laterali și modelul general de radiație al sistemului de antene combinate.
Cum să alegi o antenă cu corn
Începeți cu cerințele complete ale sistemului, în loc să selectați doar după amplificare:
- Definiți banda de operare.Confirmați frecvențele minime și maxime și dacă este necesară funcționarea continuă sau la frecvență punctuală.
- Setați ținta de câștig și acoperire.Comparați amplificarea împreună cu lățimea fasciculului în planul E și în planul H pe întreaga bandă.
- Selectați polarizarea.Alegeți polarizarea liniară, dual-liniară, circulară dreaptă, circulară stângă sau dual-circulară, după cum este necesar.
- Verificați calitatea modelului.Verificați lobii laterali, polarizarea încrucișată, raportul axial, performanța față-spate și izolarea porturilor, acolo unde este cazul.
- Verificați potrivirea și interfața.Confirmați SWR-ul sau pierderea de retur, dimensiunea ghidului de undă, standardul flanșei, tipul conectorului și montarea mecanică.
- Luați în considerare puterea și mediul înconjurător.Luați în considerare puterea emițătorului, ciclul de funcționare, temperatura, protecția împotriva intemperiilor, nevoile radomului și condițiile de instalare.
- Folosiți date măsurate acolo unde este necesar.Pentru calibrare, testarea conformității și sistemele de precizie, utilizați fișa tehnică specifică modelului și datele de calibrare măsurate, în loc să vă bazați pe o descriere nominală a familiei.
Pentru o comparație practică a factorilor de selecție, consultațiGhid de selecție a antenei RF MISO cu cornDe asemenea, puteți răsfoi întregulGama de antene RF MISO cu corn.
Întrebări frecvente
O antenă cu corn amplifică un semnal?
Nu. O antenă cu corn este un dispozitiv pasiv. Câștigul său rezultă din direcționarea energiei transmise sau recepționate, nu din amplificarea electronică.
Toate antenele cu horn sunt de bandă largă?
Nu. Multe antene cu corn oferă o lățime de bandă utilă, dar raza de acțiune reală depinde de alimentare, modurile ghidului de undă, geometria evazației, structura de adaptare și rețeaua de polarizare. Antenele cu corn dublu sunt special concepute pentru lățimi de bandă mai mari.
Ce determină amplificarea antenei cu corn?
Câștigul este influențat de dimensiunea aperturii electrice, eficiența aperturii, distribuția fazei și amplitudinii, pierderea conductorului și frecvență. O apertură electrică mai mare susține, în general, o directivitate mai mare, dar este necesar un control bun al câmpului pentru a converti dimensiunea aperturii într-un câștig util.
Care este diferența dintre un claxon cu câștig standard și un claxon de bandă largă?
Un corn cu câștig standard este conceput pentru a oferi un câștig previzibil și bine caracterizat pe banda specificată și este adesea folosit ca referință de măsurare. Un corn de bandă largă prioritizează funcționarea pe o gamă de frecvențe mai largă, cu un câștig și o lățime a fasciculului care pot varia mai semnificativ în acel interval.
Lucrați cu RF MISO
RF MISO furnizează antene standard și personalizate cu corn pentru aplicații cu microunde și unde milimetrice, inclusiv antene piramidale, conice, de bandă largă, ondulate, cu polarizare duală, cu polarizare circulară și cu corn lentilă. Selecția trebuie să se bazeze întotdeauna pe intervalul de frecvență specific modelului, câștig, model, polarizare, VSWR, interfață și cerințe de mediu.
Explorează-neproduse de antenă cu corn or contactați RF MISOpentru a discuta aplicația și cerințele tehnice ale dumneavoastră.
Referințe și lecturi suplimentare
Data publicării: 28 martie 2024
