A kürtantennák a mikrohullámú és milliméteres hullámú technikában a legszélesebb körben használt irányított antennák közé tartoznak. Egyszerű mechanikai felépítésük, kiszámítható sugárzási jellemzőik, viszonylag alacsony visszaverődésük és a közepes vagy nagy nyereség elérésének képessége értékessé teszi őket az antennamérésben, az EMC-tesztelésben, a radarokban, a kommunikációs rendszerekben, a táprendszerekben és az RF laboratóriumokban.
A kürtantenna lényegében egyhullámvezető fokozatosan bővülő nyílássalAhelyett, hogy az elektromágneses hullámok hirtelen átmenetet tapasztalnának a hullámvezetőből a szabad térbe, a kiszélesedő szakasz fokozatosabb átalakulást biztosít. Ez segít javítani az impedanciaillesztést, és az elektromágneses energia nagyobb részét irányítja egy szabályozott sugárnyalábba.
A hullámvezető geometriájától és a nyílás tágításának irányától függően a kürtantennák többféle formában is kialakíthatók, beleértveszektorális szarvak, piramis alakú szarvak és kúpos szarvakAz eredeti referenciacikk ezt a három konfigurációt használja a kürtantenna-szerkezetek fő bevezetőjeként.
1. Hogyan működik egy kürtantenna?
A hullámvezető az elektromágneses energiát egy vezető struktúrán belül tartja. Amikor a vezetett hullám eléri a nyitott véget, az energia egy része kisugárzik a szabad térbe, míg egy része visszaverődhet a hullámvezető és a szabad tér impedanciái közötti átmenet miatt.
A kürtantenna csökkenti az átmenet hirtelenségét azáltal, hogy fokozatosan növeli a hullámvezető keresztmetszetét a nyílás felé.
Ahogy az elektromágneses hullám a kiszélesedő szakaszon keresztül terjed, a mező egy nagyobb nyílást áthatol. A nyílás ezután a szabad térbe sugárzik, és irányított nyalábot hoz létre.
A jelzőfény tehát két fontos célt szolgál:
- Ez simább átmenetet biztosít a hullámvezető és a szabad tér között.
- Megnöveli a hatékony sugárzó apertúrát, ami nagyobb irányíthatóságot és erősítést tesz lehetővé.
Fontos megjegyezni, hogy egy kürt igennem szünteti meg teljesen a visszaverődéseket vagy az állóhullámokatEhelyett egy megfelelően tervezett kürt csökkentheti a visszaverődést és jó impedanciaillesztést biztosíthat, ami általában viszonylag alacsony VSWR-ben tükröződik.
1. ábra. Tipikus kürtantenna fokozatosan kiszélesedő hullámvezető nyílással.
2. A kürtantennák működési frekvenciája
A kürtantennáknak nincs egyetlen univerzális frekvenciatartományuk.
Működési gyakoriságukat nagymértékben meghatározza ahullámvezető méretei, hullámvezető módusa, apertúra geometriája, betáplálási szerkezet és tervezett sávszélesség.
A hagyományos kürtantennák különösen elterjedtek mikrohullámú és milliméteres hullámú frekvenciákon, mivel a hullámvezető méretei a hullámhossz csökkenésével praktikussá válnak. A speciálisan tervezett szélessávú kürtantennák azonban alacsonyabb frekvenciákon is működhetnek, míg a precíziós hullámvezető kürtantennák a milliméteres hullámú és a szubTHz-es sávokig is kiterjedhetnek.
Például a kürtantennák kialakítása a több száz megahertzes tartománytól egészen a 100 GHz feletti tartományig terjed. Az RF MISO jelenleg szélessávú kürtkonfigurációkat kínál, amelyek a következő tartományokban működnek:300–750 MHz, valamint kúpos kürtantennák, amelyek lefedik220–325 GHz, amely szemlélteti, hogy milyen széles lehet ennek az antennacsaládnak a gyakorlati frekvenciatartománya.
3. A kürtantennák fő típusai
3.1 Szektorális kürtantenna
Szektorális kürt akkor keletkezik, amikor egy téglalap alakú hullámvezetőt csak egy síkban kitágítanak.
Ha a hullámvezetőt kitágítják aE-repülőgép, a szerkezetet egynek nevezikE-repülőgép szektorális kürtjeHa a tágulás a következő helyen történik:H-sík, ezt egyH-síkú szektorális kürt.
Mivel a nyílás mérete csak egy síkban növekszik, a nyaláb formálása ebben a megfelelő síkban hangsúlyosabb.
3.2 Piramis alakú kürtantenna
Piramis alakú kürt akkor alakul ki, amikor egy téglalap alakú hullámvezetőt mind az E-sík, mind a H-sík irányában kitágítanak.
A kapott szerkezet egy csonka gúlára hasonlít, és mindkét dimenzióban nyílástágulást biztosít.
A piramis alakú szarvakat széles körben használjákstandard erősítésű kürtök és referenciaantennákmivel az erősítésük és a sugárzási mintázatuk pontosan jellemezhető.
Az RF MISO például számos mikrohullámú és milliméteres hullámsávban kínál standard erősítésű kürtantennákat. A WR10 standard erősítésű kürtcsaládjuk olyan modelleket tartalmaz, amelyek a következő frekvenciatartományban működnek:75–110 GHz, meghatározott erősítéssel, VSWR-rel, polarizációval és nyalábszélesség-karakterisztikákkal.
3.3 Kúpos kürtantenna
A kúpos kürtöt általában úgy alakítják ki, hogy egy kör alakú hullámvezetőt fokozatosan kiterjesztenek egy kör alakú nyílás felé.
Egy téglalap alakú hullámvezetőből származó piramis alakú kürttel ellentétben a kúpos kürt forgásszimmetrikus geometriával rendelkezik.
A kúpos kürtantennákat általában mikrohullámú, milliméteres hullámú, betáplálási és mérési alkalmazásokban használják. A betáplálási szerkezettől és a polarizációs hálózattól függően speciálisabb polarizációs konfigurációkat is támogathatnak.
2. ábra. Tipikus kürtantenna-konfigurációk: E-sík szektorális, H-sík szektorális, piramis alakú és kúpos kürtantenna-konfigurációk.
4. Fényszög, nyílásméret és kürthossz
A kürt geometriája közvetlen hatással van elektromágneses teljesítményére.
Három fontos tervezési paraméter a következő:
tágulási szög, nyílásméret és kürthossz.
A nagyobb rekesznyílás általában nagyobb irányítottságot és keskenyebb nyalábot biztosít, de a becsillanás szögének növelése nem eredményez automatikusan jobb teljesítményt.
Ha a kürt túl rövid egy adott apertúra-mérethez, túlzott fázisváltozás jelentkezhet a apertúrán keresztül. Ez csökkenti a apertúra hatásfokát és ronthatja a sugárzási mintázatot.
Ezzel szemben a kürt túlzottan hosszúra húzása növeli a mechanikai méretet és súlyt anélkül, hogy feltétlenül arányosan javítaná a teljesítményt.
A kürtök kialakítása ezért kiegyensúlyozást igényel:
- Rekesznyílás mérete
- Kiemelkedési szög
- Hossz
- Fázishiba
- Nyereség
- Sugárszélesség
- Mechanikai méretek
5. Sugárzási minta és nyalábjellemzők
A kürtantennák általában irányított sugárzók.
Az elektromágneses energia elsősorban az előre irányuló nyíláson keresztül koncentrálódik, így egy jól definiált főnyalábot és oldalnyalábokat hoz létre.
Két sugárzási minta vágása különösen fontos:
- E-sík sugárzási mintázata
- H-sík sugárzási mintázat
A3 dB-es nyalábszélességáltalában a fősugár szögszélességének leírására használják két pont között, ahol a kisugárzott teljesítmény 3 dB-lel a maximális érték alá esik.
Általánosságban elmondható, hogy a tényleges rekeszérték hullámhosszhoz viszonyított növelése növeli az irányítottságot és általában szűkíti a nyalábot.
Ez az összefüggés a gyakorlatban használt milliméteres hullámú kürtantennákban is megfigyelhető. Például az RF MISO 75–110 GHz-es szabványos erősítésű kürtjei meghatározzák az E-sík és a H-sík nyalábszélesség-karakterisztikáit az erősítési és VSWR-adatokkal együtt.
3. ábra. Az elektromágneses hullám kiterjedésének és sugárzásának illusztrációja egy kürtnyíláson keresztül.
6. A kürtantennák előnyei
A kürtantennák számos előnnyel járnak az RF és mikrohullámú rendszerekhez:
Jó irányíthatóság
A megnövelt nyílás a sugárzást előre koncentrálja.
Előre látható sugárzási jellemzők
A jól megtervezett kürtantennák stabil és jól definiált E-sík és H-sík mintázatokat tudnak biztosítani.
Jó impedancia illesztés
A hullámvezetőről a szabad térre való fokozatos átmenet csökkentheti a visszaverődést és alacsony VSWR-t támogathat.
Közepes vagy magas nyereség
Különböző rekesznyílás-méretek és kürthosszak tervezhetők a különböző erősítési szintek biztosításához.
Viszonylag egyszerű szerkezet
Sok összetett, nagy nyereségű antennaarchitektúrához képest a hagyományos kürtök mechanikailag egyszerűek és robusztusak.
Nagyfrekvenciás mérésre alkalmas
Hullámvezető alapú architektúrájuk különösen értékessé teszi a kürtantennákat a mikrohullámú és milliméteres hullámú mérőrendszerekben.
7. Tervezési szempontok és korlátok
A kürtantennák esetében számos mérnöki kompromisszumot is kell figyelembe venni.
A nagyobb nyereség általában nagyobb elektromos apertúrát igényel, ami növelheti az antenna fizikai méreteit.
A rekesznyílás mérete, a kürt hossza és a flaneling szöge közötti kapcsolatot szintén gondosan ellenőrizni kell, hogy a rekesznyíláson belül elfogadható fáziseloszlást lehessen fenntartani.
Nagyon magas frekvenciákon a megmunkálási pontosság, a felületi minőség, a hullámvezető méretei és a perem beállítása egyre fontosabbá válik, mivel még a viszonylag kis mechanikai hibák is a hullámhossz jelentős részét tehetik ki.
A mérnököknek ezért nemcsak az erősítést és a frekvenciatartományt kell értékelniük, hanem a következőket is:
VSWR, polarizáció, keresztpolarizációs teljesítmény, nyalábszélesség, oldalsó sugarú kör szintje, RF interfész, teljesítménykezelés és mechanikai tűrés.
8. A kürtantennák alkalmazásai
Irányított sugárzásuk, stabil tulajdonságaik és a hullámvezető rendszerekkel való kompatibilitásuk miatt a kürtantennákat széles körben használják:
- Antennaerősítés mérése
- Sugárzási minta mérése
- EMC és EMI tesztelés
- Radarrendszerek
- Mikrohullámú és milliméteres hullámú kommunikáció
- Műholdas antenna tesztelése
- Iránymérés és megfigyelés
- Anechoic kamra mérés
- Reflektor antenna táplálja
- RF kutatási és laboratóriumi rendszerek
- Kalibrációs és referenciaantenna-alkalmazások
A szélessávú kürtantennák széles üzemi sávszélességet biztosíthatnak a mérési és felügyeleti rendszerekhez. Például az RF MISO 18–40 GHz-es szélessávú kürtantennáit mikrohullámú teszteléshez, antennaméréshez, műholdantenna-teszteléshez, irányméréshez, megfigyeléshez és EMC-vel kapcsolatos mérésekhez tervezték.
Következtetés
Egy kürtantenna egy vezetett elektromágneses hullámot irányított szabadtér-sugárzássá alakít át egy fokozatosan táguló hullámvezető nyíláson keresztül.
A kombinációjajó impedanciaillesztés, irányított sugárzás, kiszámítható nyalábkarakterisztikák, hasznos erősítés és viszonylag egyszerű felépítésa kürtöt a mikrohullámú és milliméteres hullámú mérnöki tudományok egyik legfontosabb antennaszerkezetévé tette.
A szektorális és piramis alakú kürtöktől a kúpos és szélessávú kialakításokig különböző struktúrák optimalizálhatók adott frekvenciatartományokhoz, polarizációs követelményekhez, erősítési szintekhez és mérési környezetekhez.
A kürtantenna kiválasztásakor a frekvenciatartomány csak a kiindulópont. Az erősítést, a VSWR-t, a nyalábszélességet, a polarizációt, a hullámvezető vagy koaxiális interfészt, a teljesítménykezelést és a mechanikai méreteket mind a teljes RF rendszer követelményeinek megfelelően kell értékelni.
Közzététel ideje: 2026. augusztus 21.
