A kürtantenna egy olyan apertúrás antenna, amely egy kiszélesedő hullámvezetőt használ az elektromágneses energia szabad térbe juttatására vagy egy meghatározott irányból érkező energia összegyűjtésére. Egyszerű szerkezete, kiszámítható sugárzási mintázata, viszonylag magas irányítottsága, valamint a hasznos mikrohullámú és milliméteres hullámhosszon való működési képessége miatt gyakori választás antennamérésekhez, radarokhoz, műholdas kommunikációhoz, EMC-teszteléshez, reflektoros betáplálásokhoz és kutatórendszerekhez.
Ez az útmutató ismerteti a kürtantennák működését, a fő kürtantenna-típusokat, a fontos teljesítményparamétereket, azok előnyeit és korlátait, valamint azt, hogyan válasszuk ki a megfelelő kialakítást egy adott rádiófrekvenciás alkalmazáshoz.
Mi az a kürtantenna?
A kürtantennát a hullámvezető végének fokozatos kitágításával hozzák létre. A hullámvezető irányított elektromágneses móduszt hordoz, míg a kiszélesedő rész átmenetet biztosít a kisebb hullámvezető keresztmetszet és a nagyobb sugárzó nyílás között. A nyílásnál az elektromágneses mező a szabad térbe csatlakozik, és irányított nyalábot alkot.
A kitérés lehet téglalap, piramis, kúpos, bordázott, hullámos, vagy lencsével vagy polarizációs hálózattal kombinálva. Minden geometria megváltoztatja az antenna működési sávszélességét, erősítését, nyalábszélességét, polarizációs viselkedését, fáziseloszlását, oldalsó hurok szintjét és mechanikai méretét.
A kürtantenna passzív. Nem állít elő rádiófrekvenciás teljesítményt, és nem erősíti a jelet. Látszólagos nyeresége abból adódik, hogy a kisugárzott energiát egy szűkebb szögtartományba koncentrálja az izotróp sugárzóhoz képest. Ugyanez az irányhatás javítja a vételt a kívánt irányból is.
Hogyan működik egy kürtantenna?
A kürtantenna működése négy szakaszban értelmezhető:
- Az energia a tápcsatornán keresztül jut be.Egy téglalap vagy kör alakú hullámvezető, koaxiális-hullámvezető átmenet vagy más RF interfész gerjeszti a kívánt terjedési módot.
- A hullámvezető fokozatosan tágul.A kiszélesedő szakasz növeli a keresztmetszeti területet és csökkenti a hirtelen átmenetet, amely egy nyitott végű hullámvezetőnél bekövetkezne.
- A mező szétterjed a nyíláson.A kürt geometriája szabályozza az apertúra amplitúdóját és fáziseloszlását. A rekesz mérete és a mező egyenletessége erősen befolyásolja az erősítést, a nyalábszélességet, az oldalnyalábokat és a keresztpolarizációt.
- A nyílás a szabad térbe sugárzik.A rekesznyílásnál lévő mezők együttesen irányított távoli mező mintázatot hoznak létre. A nagyobb elektromos rekesz általában nagyobb irányítottságot és keskenyebb nyalábot eredményez, feltéve, hogy a fázishiba és a veszteségek kontroll alatt maradnak.
A kitágulás nem szünteti meg teljesen a visszaverődést vagy az impedancia-eltérést. Ehelyett egy megfelelően megtervezett kitágulás fokozatosabb átmenetet biztosít, segítve az elfogadható VSWR és sugárzási hatékonyság elérését a kívánt sávban. A végső teljesítmény a betáplálási módtól, a kitágulás szögétől, a kürt hosszától, a nyílás méreteitől, a gyártási pontosságtól, valamint a tervezés során használt bordáktól, hullámosításoktól, lencséktől vagy polarizációs szerkezetektől függ.
Key Horn antenna teljesítményparaméterei
Működési frekvenciatartomány
A használható frekvenciatartománynak kompatibilisnek kell lennie a betáplált hullámvezetővel vagy csatlakozóval és a tölcsér geometriájával. A teljesítményt a teljes kívánt sávban ellenőrizni kell, nem csak a középfrekvencián. Hullámvezetővel táplált tölcsér esetén a kiválasztott hullámvezető sáv és perem különösen fontos.
Nyerősítés és rekesznyílás mérete
Az erősítés leírja, hogy az antenna milyen erősen koncentrálja az energiát egy adott irányba, beleértve az antenna hatékonyságának hatását is. A nagyobb erősítés általában nagyobb elektromos apertúrát igényel. Alacsonyabb frekvenciákon ugyanazon erősítés eléréséhez általában fizikailag nagyobb kürtre van szükség.
Sugárszélesség és sugárzási minta
A félteljesítményű nyalábszélesség a főnyaláb szögszélességét jelzi. Egy nagyobb erősítésű kürt általában keskenyebb nyalábbal rendelkezik. A mérnököknek át kell tekinteniük az oldalsó harangok szintjeit, az elölről hátrafelé irányuló viselkedést, valamint az E-sík és H-sík mintázatait is, mivel két hasonló erősítésű kürt eltérő lefedettséggel és oldalsó harangok jellemzőivel rendelkezhet.
VSWR és visszaverődési veszteség
A VSWR és a visszaverődési veszteség azt jelzi, hogy az antenna bemenete mennyire jól illeszkedik az RF rendszerhez. A rossz illesztés növeli a visszavert teljesítményt, és csökkentheti az antennához juttatott teljesítményt. Az elfogadható határérték az adótól, a vevőtől, a kábelveszteségtől, a kalibrációs követelményektől és a rendszerhatártól függ.
Polarizáció és keresztpolarizáció
A kürtantennák lineáris, kettős lineáris, körkörös vagy kettős körkörös polarizációt támogathatnak, ha megfelelő betáplálási és polarizációs struktúrával vannak tervezve. A szükséges polarizációnak meg kell egyeznie a rendszerrel. A keresztpolarizációt, a körkörös polarizáció tengelyarányát és a kettős polarizációjú kialakítások portszigetelését akkor kell értékelni, ha a polarizáció tisztasága fontos.
Teljesítménykezelés és RF interfész
A hullámvezetővel táplált kürtöket gyakran választják nagy teljesítményű mikrohullámú rendszerekhez, de a tényleges teljesítményképesség a teljes összeszereléstől függ, beleértve a hullámvezetőt, az átmeneteket, a csatlakozókat, a nyomást, az anyagot és az üzemi környezetet. A peremes vagy koaxiális csatlakozónak mechanikusan és elektromosan illeszkednie kell az RF lánc többi részéhez.
A kürtantennák gyakori típusai
Piramis alakú kürtantenna
Egy piramis alakú kürt egy téglalap alakú hullámvezető E- és H-síkjában is kiszélesedik. Ez az egyik legszélesebb körben használt kürtgeometria, és gyakori az antennamérésben, a standard erősítésű referenciaalkalmazásokban, a radarrendszerekben és a reflektor betáplálásokban.
Szektorális kürtantenna
Egy szektorális kürt csak egy síkban tágul. Egy E-síkú szektorális kürt az E-síkban, míg egy H-síkú szektorális kürt a H-síkban tágul ki. Ezek a kialakítások akkor hasznosak, ha eltérő nyalábszélességre van szükség a két fősíkban, vagy ha a mechanikai korlátok az egysíkú tágulást részesítik előnyben.
Kúpos kürtantenna
A kúpos kürtöt jellemzően kör alakú hullámvezető táplálja, és kör alakú nyílással rendelkezik. Támogatja a forgásszimmetrikus nyalábkövetelményeket, és lineáris vagy kör alakú polarizációra konfigurálható, a betáplálástól és a gerjesztett módtól függően.
Hullámkarton kürtantenna
A bordázott felületeket a felszíni áramok és az apertúramezők szabályozására használják. Egy jól megtervezett bordázott tölcsér szimmetrikus nyalábot, alacsony oldalsó lebenyeket és alacsony keresztpolarizációt biztosíthat, így vonzóvá teszi precíziós betáplálásokhoz, műholdas kommunikációs rendszerekhez, rádiócsillagászathoz és mérési alkalmazásokhoz.
Dupla bordázatú és szélessávú kürtantenna
A bordák módosítják a hullámvezető téreloszlását és csökkentik a tényleges határfrekvenciát, lehetővé téve a szélesebb működési sávszélességet, mint sok hagyományos egymódusú kürt. A dupla bordázatú szélessávú kürtöket széles körben használják EMC-tesztelésben, megfigyelésben, szélessávú mérésben és laboratóriumi rendszerekben. Erősítésüket, karakterisztikájukat és VSWR-jüket továbbra is felül kell vizsgálni a teljes sávban, mivel a szélessávú teljesítmény alapértelmezés szerint nem egyenletes.
Kettős polarizációjú és körkörös polarizációjú kürtantenna
A duálisan polarizált kürtök különálló portokat vagy ortomódusú struktúrát használnak két ortogonális polarizáció támogatására. A cirkulárisan polarizált kürtök polarizátort vagy megfelelő modális struktúrát tartalmaznak a jobb vagy bal oldali cirkuláris polarizáció létrehozásához. A főbb specifikációk közé tartozik a portok izolálása, a keresztpolarizáció és az axiális arány.
Lencse kürtantenna
A lencse kürtje egy elektromágneses lencsét helyez a kürt nyílása elé, hogy formálja a fázisfrontot. A kialakítástól függően a lencse növelheti az irányítottságot, csökkentheti a célnyíláshoz szükséges fizikai hosszt, vagy fókuszált mezőt hozhat létre anyagméréshez és közeli mező alkalmazásokhoz.
A kürtantennák előnyei és korlátai
Előnyök
- Irányított sugárzás kiszámítható E-sík és H-sík mintázatokkal
- Hasznos erősítés mikrohullámú és milliméteres hullámú frekvenciatartományokban
- Jó sugárzási hatásfok, ha a vezető és az átmeneti veszteségek szabályozottak
- Közepes vagy széles működési sávszélesség, a kürt és a betáplálás kialakításától függően
- Nagy teljesítményképesség megfelelő hullámvezetős táplálású konfigurációkban
- Mechanikai egyszerűség és megismételhető teljesítmény
- Elérhetőség lineáris, duálisan polarizált és cirkulárisan polarizált konfigurációkban
Korlátozások
- A fizikai méret a frekvencia csökkenésével vagy a szükséges erősítés növekedésével növekszik
- A nagyon nagy erősítés nagy rekesznyílást, vagy további lencsét, illetve reflektort igényelhet
- A rekesznyílás fázishibája korlátozhatja az erősítést és befolyásolhatja az oldalsó lebenyek teljesítményét
- A szélessávú modellek jelentős változásokat mutathatnak az erősítésben és a nyalábszélességben a teljes sávban
- A precíziós polarizáció és az alacsony oldalsó lebenyekre vonatkozó követelmények növelhetik a tervezés és a gyártás összetettségét
Kürtantenna alkalmazások
Antenna mérése és kalibrálása
A karakterizált, standard erősítésű antennákat gyakran használják referenciaantennaként erősítés-, sugárzási minta-, polarizáció- és antenna-távolságmérésekben. Stabil geometriájuk és jól ismert viselkedésük hasznos az ismételhető laboratóriumi és méréstechnikai munkákhoz.
EMC és EMI tesztelés
A szélessávú kürtöket mikrohullámú frekvenciatartományokban kisugárzott emisszió mérésére és sugárzástűrés tesztelésére használják. A tesztmérnökök a kívánt sáv, térerősség, teljesítményszint, erősítésváltozás és kalibrációs adatok alapján választják ki az antennát.
Radar és távérzékelés
A kürtantennák önálló irányított antennaként vagy radar-, képalkotó-, távérzékelési és anyagjellemző rendszerek reflektorainak táplálására szolgálhatnak. A nyaláb alakja, a polarizáció tisztasága és az oldalsó sugarú antennák szabályozása kritikus fontosságú lehet ezekben az alkalmazásokban.
Műholdas és pont-pont kommunikáció
A kürtantennákat mikrohullámú és milliméteres hullámú összeköttetésekben tápláló és irányító antennaként használják. A rendszertől függően a mérnökök prioritást élvezhetnek az erősítés, a nyalábszimmetria, a körkörös polarizáció, az alacsony keresztpolarizáció vagy a környezetvédelem szempontjából.
Reflektor és lencsetáplálások
Egy kürt képes megvilágítani egy parabolareflektort vagy dielektromos lencsét. A betáplálási minta kiválasztása befolyásolja a rekesz megvilágítását, a túlsugárzást, a hatásfokot, az oldalsó nyalábokat és a kombinált antennarendszer teljes sugárzási mintázatát.
Hogyan válasszunk kürtantennát?
Kezdje a teljes rendszerkövetelménnyel, ne csak az erősítés alapján válasszon:
- Határozza meg a működési sávot.Erősítse meg a minimális és maximális frekvenciákat, valamint azt, hogy folyamatos vagy pontfrekvenciás működésre van-e szükség.
- Állítsa be a nyereség és a lefedettségi célt.Hasonlítsa össze az erősítést az E-sík és a H-sík nyalábszélességével a teljes sávszélességben.
- Válassza ki a polarizációt.Válasszon lineáris, kettős-lineáris, jobbra forgó kör alakú, balra forgó vagy kettős kör alakú polarizációt igény szerint.
- Ellenőrizze a minta minőségét.Tekintse át az oldalsó lebenyeket, a keresztpolarizációt, az axiális arányt, az elülső-hátsó teljesítményt és a portok izolációját, ahol alkalmazható.
- Ellenőrizze az illeszkedést és az interfészt.Ellenőrizze a VSWR-t vagy visszaverődési veszteséget, a hullámvezető méretét, a perem szabványát, a csatlakozó típusát és a mechanikai rögzítést.
- Gondolj az erőre és a környezetre.Vegye figyelembe az adó teljesítményét, a kitöltési tényezőt, a hőmérsékletet, az időjárás elleni védelmet, a radommal kapcsolatos igényeket és a telepítési feltételeket.
- Szükség esetén mért adatokat használjon.Kalibrálás, megfelelőségi tesztelés és precíziós rendszerek esetén a névleges családleírás helyett a modellspecifikus adatlapot és a mért kalibrációs adatokat használja.
A kiválasztási tényezők gyakorlati összehasonlításához ld.RF MISO kürtantenna kiválasztási útmutatóA teljes tartalmat is böngészheted.RF MISO kürtantenna hatótávolság.
Gyakran Ismételt Kérdések
Erősíti-e a kürtantenna a jelet?
Nem. A kürtantenna passzív eszköz. Az erősítése az átvitt vagy vett energia irányításából adódik, nem pedig az elektronikus erősítésből.
Minden kürtantenna szélessávú?
Nem. Sok kürtantenna kínál hasznos sávszélességet, de a tényleges hatótávolság a betáplálástól, a hullámvezető módoktól, a flaneling geometriájától, az illesztési struktúrától és a polarizációs hálózattól függ. A dupla bordájú kürtantennákat kifejezetten szélesebb sávszélességekhez tervezték.
Mi határozza meg a kürtantenna nyereségét?
Az erősítést befolyásolja az elektromos apertúra mérete, az apertúra hatásfoka, a fázis- és amplitúdóeloszlás, a vezetőveszteség és a frekvencia. A nagyobb elektromos apertúra általában nagyobb irányítottságot tesz lehetővé, de jó térvezérlésre van szükség az apertúra méretének hasznos erősítéssé alakításához.
Mi a különbség a standard erősítésű és a szélessávú kürt között?
A standard erősítésű kürtöt úgy tervezték, hogy kiszámítható, jól jellemzett erősítést biztosítson a megadott sávban, és gyakran mérési referenciaként használják. A szélessávú kürt szélesebb frekvenciatartományban történő működést részesít előnyben, ahol az erősítés és a nyalábszélesség jelentősebben változhat ezen a tartományon belül.
Dolgozzon az RF MISO-val
Az RF MISO szabványos és egyedi kürtantennákat kínál mikrohullámú és milliméteres hullámú alkalmazásokhoz, beleértve a piramis, kúpos, szélessávú, hullámos, kettős polarizációjú, cirkuláris polarizációjú és lencsés kürtantennákat. A kiválasztásnak mindig a modellspecifikus frekvenciatartományon, erősítésen, mintázaton, polarizáción, VSWR-en, interfészen és környezeti követelményeken kell alapulnia.
Fedezze fel a mikürtantenna termékek or vegye fel a kapcsolatot az RF MISO-valhogy megbeszéljük az alkalmazását és a technikai követelményeket.
Hivatkozások és további olvasmányok
Közzététel ideje: 2024. márc. 28.
