Antena corn

O antenă cu corn este o antenă care constă dintr-un corn metalic și un ghid de undă radio atașat de claxon. Antenele corn sunt utilizate pentru radiația direcțională și recepția undelor radio cu microunde.

În plus, antenele cu corn sunt folosite ca antene independente în dispozitive și instrumente de măsură, sateliți de comunicații etc. Diagrama de radiație al antenei depinde de distribuția câmpului în cea mai mare secțiune a clopotului, adică deschiderea claxonului. Deschiderea este determinată de forma și dimensiunile geometrice ale suprafețelor cornului. Există forme de corn sectorial, conic, piramidal etc.. În plus, există modificări ale antenelor de corn, cum ar fi antene cu o suprafață sub formă de curbă netedă, cu o suprafață interioară netedă etc. Astfel de modificări îmbunătățesc caracteristicile electrice ale antenei corn. Acestea sunt folosite pentru a obține un model de radiație cu lobi laterali de putere redusă, cu o axă simetrică etc. Pentru a corecta proprietățile direcțiilor antenei cornului, în deschiderea cornului sunt plasate lentile de accelerare sau decelerare. În cazuri particulare, pentru ca antena cornului să se potrivească mai bine cu ghidul de undă radio, elementele de reglare și secțiunile de potrivire sunt încorporate în ele, în timp ce claxonul are o suprafață generatrix parabolic. Claxonul antenei are o secțiune transversală care crește de la un capăt la celălalt al clopotului. Datorită secțiunii transversale, se creează o tranziție lină de la ghidul de undă la spațiul liber al impedanței undei.

Într-o antenă corn-parabolică, cornul radiază unde incidente pe un segment al paraboloidului. Reflectate din segment, undele sunt radiate prin deschiderea clopotului. Pentru a obține unde plane, focalizarea reflectorului trebuie să fie decalată față de centrul de fază al claxonului.

Antena corn funcționează pentru recepție, se rotește în jurul axei sale, care este situată perpendicular pe plan. În plan, caracteristica de directivitate este eliminată. Un detector de cristal cu un amplificator este conectat la ieșirea antenei cu corn. Cu semnale slabe, în detector se formează o caracteristică pătratică curent-tensiune; prin urmare, pătratul intensității câmpului corespunde citirilor indicatorului. Sursa undelor electromagnetice este o antenă care funcționează pentru transmisie, este staționară și se află la o distanță decentă de antena cornului. Pentru a măsura directivitatea antenei, aceasta este rotită printr-un anumit unghi. După aceea, citirile de pe dispozitivul adiacent antenei sunt înregistrate. Antena se rotește printr-un unghi și datele sale sunt înregistrate până când antena cornului se rotește la 360°, adică până când încheie o rotație completă în jurul axei sale.

Antena corn

Capătul deschis al ghidului de undă poate fi folosit ca sursă de energie electromagnetică.

Radiația undelor de la capătul deschis al ghidului de undă se explică prin faptul că există un câmp electromagnetic alternativ în gaură și dimensiunile acestei găuri sunt comparabile cu lungimea de undă. Prin urmare, orificiul ghidului de undă poate fi considerat ca o antenă multivibratoare. Caracteristica directivității unui astfel de radiator depinde de tipul de undă din ghidul de undă și de dimensiunea găurii.

Dacă o singură undă simplă se propagă în ghidul de undă, de exemplu H 1O, atunci caracteristica de directivitate are aproximativ aceeași formă ca cea prezentată în Figura 3.56:

Ghidul de undă radiant este rar folosit, deoarece. are urmatoarele dezavantaje:

Nu există potrivire (adică undele incidente sunt reflectate de la capătul deschis al ghidului de undă), deci există un mod de undă mixt în ghidul de undă, ceea ce duce la pierderi inutile;

Caracteristica de directivitate se dovedește a fi destul de largă, deoarece. dimensiunea găurii emițătoare este mică în comparație cu lungimea de undă.

Pentru a restrânge caracteristica direcțională, este necesar să creșteți dimensiunea găurii de radiație, menținând în același timp câmpul în fază în acesta. Acest lucru se poate face prin atașarea unei antene corn la capătul deschis al ghidului de undă (Fig. 3.57). În practică, se folosesc trei tipuri de corn: sectorial, piramidal, conic.

Primele două coarne sunt excitate de ghiduri de undă dreptunghiulare, al treilea - de un ghid de undă rotund. În acest caz, în ghidul de undă sunt utilizate principalele tipuri de unde.

Principiul de funcționare al unei antene corn este același cu cel al unui ghid de undă radiant. Un câmp aproximativ în fază este creat în deschiderea claxonului, iar această deschidere poate fi considerată ca o antenă multivibratoare în fază. Claxonul creează o tranziție lină de la ghidul de undă la spațiul liber. Datorită acestui fapt, reflectarea undelor din orificiul radiant al cornului este eliminată și se realizează potrivirea ghidului de undă.

Directivitate antena corn depinde de dimensiunile sale: lungime - l, latime - d, înălțimi - h, unghi de deschidere.

Figura 3.58 prezintă un exemplu de formă a directivității cornului sectorial. Din această figură se poate observa că lățimea lobului principal al caracteristicii va fi mai mică în planul în care este mai mare decât dimensiunea cornului.

Defecte antenă corn: voluminoasă cu o directivitate îngustă. Acest dezavantaj poate fi eliminat dacă, pentru a obține o caracteristică ascuțită, se folosesc mai multe coarne mai scurte, situate în apropiere și excitate în fază.

Avantaje antenă corn: simplitatea dispozitivului, lobi laterali mici.

Calculul antenei director……………………………………………………………3

Calculul unei antene corn……………………………………………………10

Calculul unei antene parabolice cu o singură oglindă……………………17

Concluzii asupra lucrărilor de decontare……………………………………………………..24

Lista literaturii utilizate……………………………………….25

Antenele vibratoare sunt folosite în milimetri, centimetri, decimetru, metru și lungimi de undă mai mari și sunt conductori drepti excitați în anumite puncte. Antenele vibratoare, în funcție de proiectare, au un factor de directivitate de la câteva unități la zeci de mii și sunt utilizate în sistemele de comunicații radio, radionavigație, televiziune, telemetrie și alte domenii ale ingineriei radio.

Pentru a crește factorul de directivitate, se folosește un vibrator cu reflector și unul sau mai mulți directori. O astfel de antenă se numește antenă director și este utilizată pe scară largă în diverse domenii ale comunicațiilor radio în banda VHF. Cu cât mai mulți directori, cu atât mai mulți KND și deja lobul principal al DN. De obicei, factorul de directivitate al antenei director este egal cu 10...30, dar se cunosc modele de antenă director cu factor directiv=80...100.

Desen 1.1 - Vedere generală a antenei director

Figura prezintă un vibrator activ cu o lungime , un reflector cu o lungime , un director cu o lungime , o săgeată, un catarg și o cutie de montare a antenei, precum și distanțele de la vibrator la reflector, de la vibrator la director și lungimea antenei în sine.

Calculul teoretic al parametrilor antenei.

În antena director, lungimea vibratorului activ este egală cu lungimea rezonanței:

Cu o astfel de lungime, rezistența de intrare are o parte reactivă aproape de zero. Lungimea reflectorului trebuie să fie mai mare decât cea rezonantă:

Lungimea regizorilor este făcută mai puțin rezonantă:

Mai mult, lungimea directorilor scade de la primul la ultimul.

Pentru un sistem vibrator-reflector, distanța optimă , din punct de vedere al factorului de directivitate maximă, este selectată în:

Pentru sistem, vibratorul este primul director:

Distanța dintre directorii vecini se ia în:

Lungimea de undă se determină folosind formula:

Unde este viteza luminii și frecvența canalului. pentru că avem setate 5 - 6 canale de televiziune, apoi luăm frecvența medie a benzilor de frecvență ocupate ale acestor două canale: , atunci lungimea de undă din formula (1.7) va fi egală cu:

Calculăm lungimea vibratoarelor antenei și distanța dintre ele conform formulelor (1.1 - 1.6):

Lungimea totală a antenei și imaginea acesteia din Figura 1.2 vor fi preluate din programul VIBRAT.

Desen 1.2 - Vedere generală a antenei director calculate

Pentru a găsi modelul de antenă direcțională în plan, folosim formula (1.8):

Unde este numărul de vibratoare, k este numărul de undă, este distanța medie dintre vibratoare.

Înlocuind (1.9) și (1.10) în (1.8) și valori numerice, obținem o expresie pentru găsirea RP a unei antene director date:

Să construim un model de radiație normalizat folosind pachetul Mathcad. pentru că este simetric față de zero, apoi îl construim pentru:

Desen 1.3 - DN în avion

Din grafic, puteți determina lățimea lobului principal și nivelul maxim al lobilor laterali: .

Factorul de directivitate și lățimea lobului principal sunt determinate de formulele (1.10-1.11):

Coeficienții și sunt determinați din graficul din Figura 1.4:

Desen 1.4 - Diagrama de cote

Să determinăm lungimea de undă a antenei:

Cunoscând lungimea de undă a antenei și folosind Figura 1.4, determinăm că . Atunci:

Să comparăm rezultatele obținute ale calculului cu rezultatele antenei director calculate modelate în program. Rezultatele au o ușoară discrepanță datorită faptului că formulele folosite sunt aproximative și nu țin cont de o serie de factori.

Desen 1.5 - Antena directoriala calculata in VIBRAT

Concluzie: am calculat factorul de directivitate, RP și parametrii RP ai antenei director într-un interval de frecvență dat. Folosind programul VIBRAT, am modelat această antenă și ne-am asigurat că parametrii obținuți sunt corecti.

Antena corn aparține clasei așa-numitelor antene cu deschidere. Diafragma este zona de deschidere efectivă a antenei. Astfel de antene, spre deosebire de cele cu fir, „prind valul” direct cu deschiderea lor, iar antena cu corn este un exemplu viu în acest sens. Este ca o balenă albastră care prinde plancton. Cu cât deschide mai mult gura (apertura), cu atât mai mult plancton ( energie electromagnetică) va prinde. Cu alte cuvinte, câștigul unei antene cu corn este direct proporțional cu aria de deschidere a cornului și putem obține un câștig impresionant pur și simplu prin creșterea dimensiunii acesteia. Antenele cu claxon sunt utilizate pe scară largă în comunicațiile profesionale cu microunde sau ca alimentare pentru antenă.

Făcând o antenă de claxon simplă, fără trucuri speciale de aliniere a fazei, cum ar fi un corn în formă de H, putem obține câștiguri de până la 20-25 dBi. Avantajele unei antene cu corn includ faptul că este destul de largă și, prin urmare, are repetabilitate bună, are un design destul de simplu cu un câștig relativ mare. Dintre minusuri, putem aminti consumul mare de material în comparație, de exemplu, cu o antenă cu patch-uri de panou având același câștig, precum și un windage mare. Mulți anonimi sunt descurajați de utilizarea antenelor cu corn ca standarde de măsurare în tehnologia profesională. Unde suntem cu conservele noastre înaintea lor! Ei bine, este posibil să folosiți o cutie de conserve ca antenă în loc de segmentul unui ghid de undă rotund - comme il faut? Dar ea lucrează! Pentru majoritatea anonimilor, obținerea foliei din fibră de sticlă și, cu atât mai mult, a plăcilor de cupru sau ceva de genul acesta, este destul de problematică și costisitoare. Prin urmare, utilizarea galvanizării pentru fabricarea unei antene cu corn bricolaj este nu numai acceptabilă, ci și justificată din punct de vedere economic. Mai mult, puteți folosi placaj sau carton în combinație cu folie metalică. Puteți vedea unul dintre aceste modele la linkul de la sfârșitul articolului.

Antenele cu corn sunt împărțite în:

• conic
• sectoriale
• piramidal
• ondulat

Antenele de tip corn piramidal sunt cele mai potrivite pentru bricolaj. Puteți calcula dimensiunile structurale ale unei astfel de antene folosind calculatorul nostru online. Energia electromagnetică colectată de corn intră într-un segment al unui ghid de undă dreptunghiular. În interiorul ghidului de undă există o tranziție coaxială-ghid de undă, aproximativ aceeași cu cea a unei antene cu can. Schimbând dimensiunea și poziția pinului, este posibil să se potrivească antena într-o gamă largă atât cu alimentatoare de 75 ohmi, cât și 50 de ohmi.

Atașat la capătul îngust al cornului. După forma cornului, se disting antene E-sectoriale, H-sectoriale, piramidale și conice.

Proprietăți

Antenele corn sunt de bandă foarte largă și se potrivesc destul de bine cu linia de alimentare - de fapt, lățimea de bandă a antenei este determinată de proprietățile ghidului de undă de excitație. Aceste antene se caracterizează printr-un nivel scăzut al lobilor posteriori ai modelului de radiație (până la -40 dB) datorită faptului că există un flux mic de curenți RF către partea umbră a cornului. Antenele cu claxon cu amplificare redusă sunt simple din punct de vedere structural, dar obținerea unui câștig mare (>25 dB) necesită utilizarea unor dispozitive de aliniere a fazei (lentile sau oglinzi) în deschiderea claxonului. Fără astfel de dispozitive, antena trebuie să fie nepractic lungă.

Aplicație

Antenele corn sunt utilizate atât independent, cât și ca alimentare pentru oglindă și alte antene. O antenă corn combinată structural cu un reflector parabolic este adesea numită antenă corn-parabolică. Datorită setului lor bun de proprietăți și repetabilității bune, antenele corn cu câștig scăzut sunt adesea folosite ca antene de măsurare.

Caracteristici și formule

Câștigul unei antene corn este determinat de aria sa de deschidere și poate fi calculat folosind formula:

$D=4\backslash pi\backslash frac(S)(\backslash lambda^2)\backslash nu$, Unde $S=L\_EL\_H$- zona de deschidere a claxonului, $\backslash nu$- KPI (factor de utilizare a suprafeței cornului) egal cu 0,6 pentru cazul în care diferența de cale dintre fasciculul central și cel periferic este mai mică, dar apropiată de $\backslash pi/2$, și 0,8 când se utilizează dispozitive care egalizează faza undei.

Lățimea lobului principal al DND pentru radiație zero în planul H:

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

Lățimea lobului principal al DND pentru radiație zero în planul E:

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

De când egal $L\_E$și $L\_H$ Partea inferioară în planul H se dovedește a fi de 1,5 ori mai lată, adesea, pentru a obține aceeași lățime a petalei în ambele planuri, alegeți

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

Pentru a menține distorsiunile de fază în deschiderea claxonului în limite acceptabile (nu mai mult de $\backslash pi/2$) este necesar ca următoarea condiție să fie îndeplinită (pentru un corn piramidal):

$\backslash frac(\backslash pi)(4\backslash lambda)\backslash left(\backslash frac(L^2\_E)(R\_E)\; +\; \backslash frac(L^2\_H)(R\_H)\; \backslash right)\backslash leqslant\backslash frac(\backslash pi)(2)$, Unde $RE$și $R\_H$- inaltimea fetelor piramidei care formeaza piesa bucala.

Tipuri de antene corn

• Corn piramidal - antene sub forma unei piramide tetraedrice, cu sectiune dreptunghiulara. Sunt cel mai utilizat tip de antenă corn. Emite unde polarizate liniar.
• Corn sectorial - coarne piramidale cu expansiune într-un singur plan E sau H.
• Corn conic - deschidere sub formă de con cu secțiune transversală circulară. Folosit cu ghiduri de undă cilindrice pentru a produce o undă cu polarizare circulară.
• Coarne ondulate - Coarne cu deschidere cu fante sau caneluri paralele, mici in comparatie cu lungimea de unda. Caneluri acoperă suprafața interioară a cornului, de-a lungul axei.

Coarnele ondulate au o lățime de bandă mai mare, lobi laterali mai mici și o polarizare încrucișată mai mică. Ele sunt utilizate pe scară largă ca fluxuri pentru antene parabolice și radiotelescoape.

Antena corn-parabolica

Antenă corn-parabolică - un tip de antenă în care o parabolă și un corn sunt conectate structural. Avantajul acestui design în comparație cu designul cornului este nivelul scăzut al lobilor laterali și modelul îngust de radiație. Dezavantajul este greutatea mai mare decât la antenele parabolice. Un exemplu de utilizare este antena corn-parabolica din statia spatiala Mir, antene pentru statiile radioreleu.

Reglarea antenei

SWR-ul antenei este reglat în partea sa de ghid de undă sau în KVP, alegând poziția și dimensiunea fluxului KVP. Reglajul în partea ghidului de undă se face cu știfturi sau diafragme.

Scrieți o recenzie la articolul „Antenă corn”

Legături

• Propagarea dispozitivelor de alimentare cu antenă unde radio V. P. Chernyshev, D. I. Sheinman „Communication”, 1973.
• Dispozitive cu microunde și antene. D. I. Voskresensky, V. L. Gostyukhin, V. M. Maksimov, L. I. Ponomarev. Manual pentru universități

Note

Un fragment care caracterizează antena corn