Antenne cornet

Une antenne cornet est une antenne composée d'un cornet métallique et d'un guide d'ondes radio fixé au cornet. Les antennes cornet sont utilisées pour le rayonnement directionnel et la réception des ondes radio micro-ondes.

De plus, les antennes à cornet sont utilisées comme antennes indépendantes dans les appareils et instruments de mesure, les satellites de communication, etc. Le diagramme de rayonnement de l'antenne dépend de la répartition du champ dans la plus grande section de la cloche, c'est-à-dire l'ouverture de la corne. L'ouverture est déterminée par la forme et les dimensions géométriques des surfaces des cornes. Il existe des cornes sectorielles, coniques, pyramidales, etc.. De plus, il existe des modifications des antennes cornet, telles que des antennes avec une surface en forme de courbe lisse, avec une surface intérieure lisse, etc. caractéristiques électriques de l'antenne cornet. Ils permettent d'obtenir un diagramme de rayonnement avec des lobes latéraux de faible puissance, avec un axe de symétrie, etc. Pour corriger les propriétés des directions de l'antenne cornet, des lentilles accélératrices ou décélératrices sont placées dans l'ouverture du cornet. Dans des cas particuliers, afin que l'antenne cornet corresponde mieux au guide d'ondes radio, des éléments d'accord et des sections d'adaptation y sont intégrés, tandis que le cornet a une surface génératrice parabolique. Le cornet d'antenne a une section qui augmente d'une extrémité à l'autre de la cloche. En raison de la section transversale, une transition en douceur du guide d'ondes vers l'espace libre de l'impédance d'onde est créée.

Dans une antenne cornet-parabolique, le cornet émet des ondes incidentes sur un segment du paraboloïde. Réfléchies par le segment, les ondes rayonnent à travers l'ouverture de la cloche. Pour obtenir des ondes planes, le foyer du réflecteur doit être décalé du centre de phase du cornet.

L'antenne cornet fonctionne pour la réception, elle tourne autour de son axe, qui est situé perpendiculairement au plan. Dans le plan, la caractéristique de directivité est supprimée. Un détecteur à cristal avec un amplificateur est connecté à la sortie de l'antenne cornet. Avec des signaux faibles, une caractéristique courant-tension quadratique est formée dans le détecteur; par conséquent, le carré de l'intensité du champ correspond aux lectures de l'indicateur. La source des ondes électromagnétiques est une antenne qui fonctionne pour la transmission, elle est fixe et située à une distance décente de l'antenne cornet. Pour mesurer la directivité de l'antenne, on la fait tourner d'un certain angle. Après cela, les lectures sur l'appareil adjacent à l'antenne sont enregistrées. L'antenne tourne d'un angle et ses données sont enregistrées jusqu'à ce que l'antenne cornet tourne à 360°, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'elle effectue une rotation complète autour de son axe.

Antenne cornet

L'extrémité ouverte du guide d'ondes peut être utilisée comme source d'énergie électromagnétique.

Le rayonnement des ondes provenant de l'extrémité ouverte du guide d'ondes s'explique par le fait qu'il existe un champ électromagnétique alternatif dans le trou et que la taille de ce trou est comparable à la longueur d'onde. Par conséquent, le trou du guide d'ondes peut être considéré comme une antenne multivibratrice. La caractéristique de directivité d'un tel radiateur dépend du type d'onde dans le guide d'onde et de la taille du trou.

Si une seule onde simple se propage dans le guide d'onde, par exemple H 1O, alors la caractéristique de directivité a approximativement la même forme que celle illustrée à la Figure 3.56 :

Le guide d'ondes rayonnant est rarement utilisé, car. il a les inconvénients suivants :

Il n'y a pas d'adaptation (c'est-à-dire que les ondes incidentes sont réfléchies par l'extrémité ouverte du guide d'ondes), il existe donc un mode d'onde mixte dans le guide d'ondes, ce qui entraîne des pertes inutiles ;

La caractéristique de directivité s'avère assez large, car. la taille du trou émetteur est petite par rapport à la longueur d'onde.

Pour rétrécir la caractéristique directionnelle, il est nécessaire d'augmenter la taille du trou rayonnant, tout en y maintenant le champ en phase. Cela peut être fait en fixant une antenne cornet à l'extrémité ouverte du guide d'ondes (Fig. 3.57). En pratique, trois types de cornes sont utilisées : sectorielle, pyramidale, conique.

Les deux premières cornes sont excitées par des guides d'ondes rectangulaires, la troisième - par un guide d'ondes rond. Dans ce cas, les principaux types d'ondes sont utilisés dans le guide d'ondes.

Le principe de fonctionnement d'une antenne cornet est le même que celui d'un guide d'onde rayonnant. Un champ sensiblement en phase est créé dans l'ouverture du cornet, et cette ouverture peut être considérée comme une antenne en phase multi-vibrateur. Le klaxon crée une transition en douceur du guide d'ondes à l'espace libre. De ce fait, la réflexion des ondes provenant du trou rayonnant du cornet est éliminée et l'adaptation du guide d'ondes est réalisée.

Directivité l'antenne cornet dépend de ses dimensions : longueur - je, largeur - ré, hauteurs - h, angle d'ouverture.

La figure 3.58 montre un exemple de forme de la directivité sectorielle du cornet. On peut voir sur cette figure que la largeur du lobe principal de la caractéristique sera plus petite dans le plan dans lequel elle est plus grande que la taille de la corne.

Défauts antenne cornet : volumineuse avec une directivité étroite. Cet inconvénient peut être éliminé si, pour obtenir une caractéristique nette, on utilise plusieurs cornes plus courtes, situées à proximité et excitées en phase.

Avantages antenne cornet : simplicité du dispositif, petits lobes latéraux.

Calcul de l'antenne directrice…………………………………………………3

Calcul d'une antenne cornet………………………………………………………10

Calcul d'une antenne parabolique mono-miroir………………………17

Conclusions sur le travail de règlement……………………………………………..24

Liste de la littérature utilisée……………………………………….25

Les antennes vibrantes sont utilisées dans des longueurs d'onde millimétriques, centimétriques, décimétriques, métriques et plus longues et sont des conducteurs droits excités à certains points. Les antennes vibrantes, selon la conception, ont un facteur de directivité de plusieurs unités à des dizaines de milliers et sont utilisées dans les systèmes de radiocommunication, la radionavigation, la télévision, la télémétrie et d'autres domaines de l'ingénierie radio.

Pour augmenter le facteur de directivité, un vibrateur avec un réflecteur et un ou plusieurs directeurs est utilisé. Une telle antenne est appelée antenne directrice et est largement utilisée dans divers domaines de la communication radio dans la bande VHF. Plus il y a de réalisateurs, plus il y a de KND et déjà le lobe principal de DN. Habituellement, le facteur de directivité de l'antenne directrice est égal à 10...30, mais des conceptions d'antenne directrice avec un facteur directeur = 80...100 sont connues.

Dessin 1.1 - Vue générale de l'antenne directrice

La figure montre un vibrateur actif avec une longueur , un réflecteur avec une longueur , un directeur avec une longueur , une flèche, un mât et un boîtier de montage d'antenne, ainsi que les distances du vibreur au réflecteur, du vibreur au directeur, et la longueur de l'antenne elle-même.

Calcul théorique des paramètres d'antenne.

Dans l'antenne directrice, la longueur du vibrateur actif est rendue égale à la longueur de résonance :

Avec une telle longueur, la résistance d'entrée a une partie réactive proche de zéro. La longueur du réflecteur doit être supérieure à celle de la résonance :

La longueur des réalisateurs est rendue moins résonnante :

De plus, la durée des administrateurs diminue du premier au dernier.

Pour un système vibreur-réflecteur, la distance optimale , du point de vue du facteur de directivité maximal, est choisie entre :

Pour le système, le vibreur est le premier directeur :

La distance entre réalisateurs voisins est prise à l'intérieur de :

La longueur d'onde est déterminée à l'aide de la formule :

Où est la vitesse de la lumière, et est la fréquence du canal. Parce que nous avons 5 - 6 chaînes de télévision réglées, puis nous prenons la fréquence moyenne des bandes de fréquences occupées de ces deux chaînes : , alors la longueur d'onde de la formule (1.7) sera égale à :

Nous calculons la longueur des vibrateurs d'antenne et la distance entre eux selon les formules (1.1 - 1.6):

La longueur totale de l'antenne et son image sur la figure 1.2 seront tirées du programme VIBRAT.

Dessin 1.2 - Vue générale de l'antenne directrice calculée

Pour trouver le diagramme d'antenne directionnel dans le plan, nous utilisons la formule (1.8):

Où est le nombre de vibrateurs, k est le nombre d'onde, est la distance moyenne entre les vibrateurs.

En remplaçant (1.9) et (1.10) par (1.8) et des valeurs numériques, nous obtenons une expression pour trouver le RP d'une antenne directrice donnée :

Construisons un diagramme de rayonnement normalisé à l'aide du package Mathcad. Parce que il est symétrique par rapport à zéro, alors on le construit pour :

Dessin 1.3 - DN dans l'avion

A partir du graphique, vous pouvez déterminer la largeur du lobe principal et le niveau maximum des lobes secondaires : .

Le facteur de directivité et la largeur du lobe principal sont déterminés par les formules (1.10-1.11):

Les coefficients et sont déterminés à partir du graphique de la Figure 1.4 :

Dessin 1.4 - Tableau des cotes

Déterminons la longueur d'onde de l'antenne :

Connaissant la longueur d'onde de l'antenne et utilisant la figure 1.4, nous déterminons que . Puis:

Comparons les résultats obtenus du calcul avec les résultats de l'antenne directrice calculée modélisée dans le programme. Les résultats présentent un léger écart dû au fait que les formules utilisées sont approximatives et ne tiennent pas compte d'un certain nombre de facteurs.

Dessin 1.5 - Antenne directoriale calculée en VIBRAT

Conclusion : nous avons calculé le facteur de directivité, RP et les paramètres du RP de l'antenne directrice dans une gamme de fréquence donnée. A l'aide du programme VIBRAT, nous avons modélisé cette antenne et nous nous sommes assurés que les paramètres obtenus étaient corrects.

L'antenne cornet appartient à la classe des antennes dites à ouverture. L'ouverture est la zone d'ouverture effective de l'antenne. De telles antennes, contrairement aux filaires, "attrapent l'onde" directement avec leur ouverture, et l'antenne cornet en est un exemple frappant. C'est comme une baleine bleue attrapant du plancton. Plus il ouvre la bouche (ouverture), plus il y a de plancton ( énergie électromagnétique) attrapera. En d'autres termes, le gain d'une antenne cornet est directement proportionnel à la surface d'ouverture du cornet, et on peut obtenir un gain impressionnant simplement en augmentant sa taille. Les antennes cornet sont largement utilisées dans les communications micro-ondes professionnelles ou comme alimentations paraboliques.

En fabriquant une simple antenne cornet à faire soi-même sans astuces spéciales d'alignement de phase comme un cornet en forme de H, nous pouvons obtenir des gains allant jusqu'à 20-25 dBi. Les avantages d'une antenne cornet incluent le fait qu'elle est assez large bande et, par conséquent, a une bonne répétabilité, a une conception assez simple avec un gain relativement important. Parmi les inconvénients, on peut citer la forte consommation de matière en comparaison, par exemple, avec une antenne patch panneauayant le même gain, ainsi qu'une grande dérive. De nombreuses personnes anonymes sont dissuadées par l'utilisation d'antennes cornet comme étalons de mesure dans la technologie professionnelle. Où en sommes-nous avec nos boîtes de conserve devant eux ! Eh bien, est-il possible d'utiliser une boîte de conserve comme antenne au lieu d'un segment de guide d'ondes rond - comme il faut? Mais elle travaille ! Pour la plupart des personnes anonymes, obtenir de la fibre de verre en aluminium, et plus encore des plaques de cuivre ou quelque chose comme ça, est assez problématique et coûteux. Par conséquent, l'utilisation de la galvanisation pour la fabrication d'une antenne cornet à faire soi-même est non seulement acceptable, mais également économiquement justifiée. De plus, vous pouvez utiliser du contreplaqué ou du carton en combinaison avec une feuille de métal. Vous pouvez voir l'un de ces modèles sur le lien à la fin de l'article.

Les antennes cornet sont divisées en :

• conique
• sectoriel
• pyramidal
• ondulé

Les antennes cornet pyramidales à faire soi-même sont les mieux adaptées au bricolage. Vous pouvez calculer les dimensions structurelles d'une telle antenne à l'aide de notre calculateur en ligne. L'énergie électromagnétique collectée par le cornet pénètre dans un segment d'un guide d'onde rectangulaire. À l'intérieur du guide d'ondes, il y a une transition de guide d'ondes coaxial, approximativement la même que celle d'une antenne en boîte. En changeant la taille et la position de la broche, il est possible d'adapter l'antenne dans une large gamme avec des alimentations de 75 ohms et de 50 ohms.

Attaché à l'extrémité étroite de la corne. Selon la forme du cornet, on distingue les antennes cornet sectorielles E, sectorielles H, pyramidales et coniques.

Propriétés

Les antennes cornet sont très larges et correspondent assez bien à la ligne d'alimentation - en fait, la bande passante de l'antenne est déterminée par les propriétés du guide d'ondes d'excitation. Ces antennes se caractérisent par un faible niveau des lobes arrière du diagramme de rayonnement (jusqu'à -40 dB) dû au fait qu'il y a peu de flux de courants RF vers le côté ombre du cornet. Les antennes à cornet à faible gain sont structurellement simples, mais l'obtention d'un gain élevé (> 25 dB) nécessite l'utilisation de dispositifs d'alignement de phase (lentilles ou miroirs) dans l'ouverture du cornet. Sans de tels dispositifs, l'antenne doit être rendue trop longue.

Application

Les antennes cornet sont utilisées à la fois indépendamment et comme alimentations pour les antennes miroir et autres. Une antenne cornet structurellement combinée à un réflecteur parabolique est souvent appelée antenne cornet-parabolique. En raison de leur bon ensemble de propriétés et de leur bonne répétabilité, les antennes cornet à faible gain sont souvent utilisées comme antennes de mesure.

Caractéristiques et formules

Le gain d'une antenne cornet est déterminé par sa surface d'ouverture et peut être calculé à l'aide de la formule :

$D=4\backslash pi\backslash frac(S)(\backslash lambda^2)\backslash nu$, où $S=L\_EL\_H$- zone d'ouverture du klaxon, $\backslash nu$- KPI (facteur d'utilisation de la surface du cornet) égal à 0,6 pour le cas où la différence de marche entre les faisceaux central et périphérique est inférieure, mais proche de $\backslash pi/2$, et 0,8 lors de l'utilisation d'appareils qui égalisent la phase de l'onde.

La largeur du lobe principal du DND pour un rayonnement nul dans le plan H :

$2\backslash phi\_(0H)=170^\backslash circ\backslash frac(\backslash lambda)(L\_H)$

La largeur du lobe principal du DND pour un rayonnement nul dans le plan E :

$2\backslash phi\_(0E)=115^\backslash circ\backslash frac(\backslash lambda)(L\_E)$

Depuis quand égal $L\_E$ et $L\_H$ Le fond dans le plan H s'avère être 1,5 fois plus large, souvent, pour obtenir la même largeur de pétale dans les deux plans, choisissez

$L\_H=1(,)5L\_E$

Pour maintenir les distorsions de phase dans l'ouverture du pavillon dans des limites acceptables (pas plus de $\backslash pi/2$) il faut que la condition suivante soit satisfaite (pour une corne pyramidale) :

$\backslash frac(\backslash pi)(4\backslash lambda)\backslash left(\backslash frac(L^2\_E)(R\_E)\; +\; \backslash frac(L^2\_H)(R\_H)\; \backslash right)\backslash leqslant\backslash frac(\backslash pi)(2)$, où $RÉ$ et $R\_H$- la hauteur des faces de la pyramide formant l'embouchure.

Types d'antennes cornet

• Corne pyramidale - antennes en forme de pyramide tétraédrique, à section rectangulaire. Il s'agit du type d'antenne cornet le plus utilisé. Émet des ondes polarisées linéairement.
• Corne sectorielle - cornes pyramidales avec expansion dans un seul plan E ou H.
• Corne conique - ouverture en forme de cône à section circulaire. Utilisé avec des guides d'ondes cylindriques pour produire une onde à polarisation circulaire.
• Cornes ondulées - Cornes s'ouvrant avec des fentes ou des rainures parallèles, petites par rapport à la longueur d'onde. Des rainures couvrent la surface interne de la corne, à travers l'axe.

Les cornes ondulées ont une bande passante plus large, des lobes latéraux plus bas et moins de polarisation croisée. Ils sont largement utilisés comme alimentations pour les antennes paraboliques et les radiotélescopes.

Antenne corne-parabolique

Antenne corne-parabolique - un type d'antenne dans laquelle une parabole et un cornet sont structurellement connectés. L'avantage de cette conception par rapport à la conception du cornet est le faible niveau de lobes latéraux et le diagramme de rayonnement étroit. L'inconvénient est plus de poids que dans les antennes paraboliques. Un exemple d'utilisation est l'antenne corne-parabolique de la station spatiale Mir, des antennes pour les stations de relais radio.

Réglage de l'antenne

Le SWR de l'antenne est accordé dans sa partie guide d'ondes ou dans le KVP en choisissant la position et la taille de l'alimentation KVP. L'accord dans la partie guide d'ondes se fait avec des broches ou des diaphragmes.

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Liens

• Propagation des dispositifs d'alimentation d'antenne par ondes radio V. P. Chernyshev, D. I. Sheinman "Communication", 1973.
• Appareils à micro-ondes et antennes. D. I. Voskresensky, V. L. Gostyukhin, V. M. Maksimov, L. I. Ponomarev. Manuel pour les universités

Remarques

Un extrait caractérisant l'antenne cornet