Trúbková anténa je apertúrna anténa, ktorá využíva rozšírený vlnovod na vyžarovanie elektromagnetickej energie do voľného priestoru alebo na zhromažďovanie prichádzajúcej energie z definovaného smeru. Jej jednoduchá štruktúra, predvídateľný vyžarovací diagram, relatívne vysoká smerovosť a schopnosť pracovať v užitočnom mikrovlnnom a milimetrovom vlnovom pásme z nej robia bežnú voľbu pre meranie antén, radar, satelitnú komunikáciu, testovanie EMC, napájanie reflektorov a výskumné systémy.
Táto príručka vysvetľuje, ako fungujú trychtýrové antény, hlavné typy trychtýrových antén, dôležité výkonnostné parametre, ich výhody a obmedzenia a ako vybrať vhodný dizajn pre konkrétnu RF aplikáciu.
Čo je to trúbková anténa?
Trychtýřová anténa sa vytvára postupným rozširovaním konca vlnovodu. Vlnovod prenáša vedený elektromagnetický mód, zatiaľ čo rozšírená časť poskytuje prechod z menšieho prierezu vlnovodu do väčšej vyžarovacej apertúry. V apertúre sa elektromagnetické pole prepojí s voľným priestorom a vytvorí smerový lúč.
Vzplanutie môže byť obdĺžnikové, pyramídové, kužeľovité, ryhované, zvlnené alebo kombinované s šošovkou alebo polarizačnou sieťou. Každá geometria mení prevádzkovú šírku pásma antény, zisk, šírku lúča, polarizačné správanie, fázové rozloženie, úroveň bočných lalokov a mechanickú veľkosť.
Trychtýřová anténa je pasívna. Nevytvára vysokofrekvenčný výkon ani nezosilňuje signál. Jej zdanlivý zisk pochádza zo sústredenia vyžarovanej energie do užšej uhlovej oblasti v porovnaní s izotropným žiaričom. Rovnaké smerové správanie tiež zlepšuje príjem zo zamýšľaného smeru.
Ako funguje trúbková anténa?
Činnosť trychtýrovej antény možno rozdeliť do štyroch fáz:
- Energia vstupuje cez krmivo.Obdĺžnikový alebo kruhový vlnovod, prechod z koaxiálneho vodiča do vlnovodu alebo iné RF rozhranie budí požadovaný mód šírenia.
- Vlnovod sa postupne rozširuje.Rozšírená časť zväčšuje plochu prierezu a znižuje prudký prechod, ku ktorému by došlo na vlnovode s otvoreným koncom.
- Pole sa rozprestiera cez otvor.Geometria trúby riadi rozloženie amplitúdy a fázy v apertúre. Veľkosť apertúry a rovnomernosť poľa silne ovplyvňujú zisk, šírku lúča, bočné laloky a krížovú polarizáciu.
- Clona vyžaruje do voľného priestoru.Polia na apertúre sa spájajú a vytvárajú smerový vzor vzdialeného poľa. Väčšia elektrická apertúra vo všeobecnosti vytvára vyššiu smerovosť a užší lúč, za predpokladu, že fázová chyba a straty zostanú kontrolované.
Rozšírenie úplne neodstraňuje odraz alebo nesúlad impedancie. Namiesto toho správne navrhnuté rozšírenie poskytuje postupnejší prechod, čo pomáha dosiahnuť prijateľnú PSV a vyžarovaciu účinnosť v celom zamýšľanom pásme. Konečný výkon závisí od režimu napájania, uhla rozšírenia, dĺžky trúby, rozmerov clony, presnosti výroby a akýchkoľvek hrebeňov, zvlnení, šošoviek alebo polarizačných štruktúr použitých v návrhu.
Výkonnostné parametre antény Key Horn
Prevádzkový frekvenčný rozsah
Použiteľný frekvenčný rozsah musí byť kompatibilný s napájacím vlnovodom alebo konektorom a s geometriou trúby. Výkon by sa mal skontrolovať v celom požadovanom pásme, nielen na strednej frekvencii. Pre trúbu napájanú vlnovodom je obzvlášť dôležité zvolené pásmo vlnovodu a príruba.
Zisk a veľkosť clony
Zisk opisuje, ako silno anténa koncentruje energiu v určitom smere, vrátane vplyvu účinnosti antény. Vyšší zisk zvyčajne vyžaduje väčšiu elektrickú apertúru. Pri nižších frekvenciách si dosiahnutie rovnakého zisku zvyčajne vyžaduje fyzicky väčšiu trychtýřovú anténu.
Šírka lúča a vyžarovací diagram
Šírka lúča s polovičným výkonom udáva uhlovú šírku hlavného lúča. Trúbka s vyšším ziskom má vo všeobecnosti užší lúč. Inžinieri by mali tiež skontrolovať úrovne bočných lalokov, správanie spredu dozadu a diagramy v rovine E a rovine H, pretože dve trúby s podobným ziskom môžu mať rôzne pokrytie a charakteristiky bočných lalokov.
VSWR a strata odrazu
PSV a strata odrazu ukazujú, ako dobre je vstup antény prispôsobený rádiofrekvenčnému systému. Nedostatočné prispôsobenie zvyšuje odrazený výkon a môže znížiť výkon dodávaný do antény. Prijateľný limit závisí od vysielača, prijímača, straty v kábli, požiadaviek na kalibráciu a systémovej rezervy.
Polarizácia a krížová polarizácia
Trychtýrkové antény môžu podporovať lineárnu, duálne lineárnu, kruhovú alebo duálne kruhovú polarizáciu, ak sú navrhnuté s vhodnou štruktúrou napájania a polarizácie. Požadovaná polarizácia musí zodpovedať systému. Ak je dôležitá čistota polarizácie, mala by sa vyhodnotiť krížová polarizácia, axiálny pomer pre kruhovú polarizáciu a izolácia portov pre duálne polarizované konštrukcie.
Manipulácia s výkonom a RF rozhranie
Pre vysokovýkonné mikrovlnné systémy sa často vyberajú trychtýre napájané vlnovodom, ale skutočný výkon závisí od kompletnej zostavy vrátane vlnovodu, prechodov, konektorov, tlaku, materiálu a prevádzkového prostredia. Príruba alebo koaxiálny konektor musia mechanicky a elektricky zodpovedať zvyšku RF reťazca.
Bežné typy trychtýrových antén
Pyramídová rohová anténa
Pyramídový trychtýr sa rozširuje v rovine E aj v rovine H obdĺžnikového vlnovodu. Je to jedna z najpoužívanejších geometrií trychtýrov a je bežná pri meraní antén, aplikáciách so štandardným ziskom, radarových systémoch a reflektorových napájačoch.
Sektorová trúbková anténa
Sektorová trúba sa rozširuje iba v jednej rovine. Sektorová trúba v rovine E sa rozširuje v rovine E, zatiaľ čo sektorová trúba v rovine H sa rozširuje v rovine H. Tieto konštrukcie sú užitočné, keď sú v dvoch hlavných rovinách potrebné rôzne šírky lúča alebo keď mechanické obmedzenia uprednostňujú rozšírenie v jednej rovine.
Kužeľová trúbková anténa
Kužeľový trúbkový reproduktor je typicky napájaný kruhovým vlnovodom a má kruhový otvor. Môže podporovať požiadavky na rotačne symetrický lúč a môže byť konfigurovaný pre lineárnu alebo kruhovú polarizáciu v závislosti od napájania a excitovaného módu.
Vlnitá rohová anténa
Vlnité profily sa používajú na riadenie povrchových prúdov a apertúrnych polí. Dobre navrhnutý vlnitý trychtýr dokáže poskytnúť symetrický lúč, nízke bočné laloky a nízku krížovú polarizáciu, vďaka čomu je atraktívny pre presné napájanie, satelitné komunikačné systémy, rádioastronómiu a meracie aplikácie.
Dvojrebrovaná a širokopásmová trychtýrová anténa
Hrebene modifikujú rozloženie poľa vlnovodu a znižujú efektívnu medznú frekvenciu, čo umožňuje širšiu prevádzkovú šírku pásma ako mnohé konvenčné jednomódové trysky. Dvojité hrebene širokopásmové trysky sa široko používajú v testovaní EMC, monitorovaní, širokopásmovom meraní a laboratórnych systémoch. Ich zisk, vzor a PSV by sa mali stále kontrolovať v celom pásme, pretože výkon širokopásmového pásma nie je štandardne jednotný.
Duálne polarizovaná a kruhovo polarizovaná trychtýrová anténa
Duálne polarizované trysky používajú samostatné porty alebo ortomódovú štruktúru na podporu dvoch ortogonálnych polarizácií. Kruhovo polarizované trysky obsahujú polarizátor alebo vhodnú modálnu štruktúru na generovanie pravostrannej alebo ľavostrannej kruhovej polarizácie. Kľúčové špecifikácie zahŕňajú izoláciu portov, krížovú polarizáciu a axiálny pomer.
Anténa s šošovkovým trúbkovým mechanizmom
Šošovkový trychtýr umiestňuje elektromagnetickú šošovku pred otvor trychtýra, aby tvaroval fázový čelo. V závislosti od konštrukcie môže šošovka zvýšiť smerovosť, znížiť fyzickú dĺžku potrebnú pre cieľový otvor alebo vytvoriť zaostrené pole na meranie materiálu a aplikácie blízkeho poľa.
Výhody a obmedzenia trychtýřových antén
Výhody
- Smerové žiarenie s predvídateľnými diagramami v rovine E a H
- Užitočný zisk v mikrovlnnom a milimetrovom frekvenčnom rozsahu
- Dobrá účinnosť žiarenia pri kontrole strát vo vodičoch a prechodoch
- Stredná až široká prevádzková šírka pásma v závislosti od konštrukcie trúby a napájacieho zdroja
- Vysoký výkon vo vhodných konfiguráciách s napájaním vlnovodom
- Mechanická jednoduchosť a opakovateľný výkon
- Dostupnosť v lineárnych, duálne polarizovaných a kruhovo polarizovaných konfiguráciách
Obmedzenia
- Fyzická veľkosť sa zväčšuje so znižujúcou sa frekvenciou alebo zvyšujúcim sa požadovaným zosilnením
- Veľmi vysoký zisk môže vyžadovať veľkú clonu alebo pridanú šošovku či reflektor.
- Fázová chyba clony môže obmedziť zisk a ovplyvniť výkon bočných lalokov
- Širokopásmové modely môžu vykazovať významné zmeny v zisku a šírke lúča v celom pásme
- Požiadavky na presnú polarizáciu a nízky počet bočných lalokov môžu zvýšiť zložitosť návrhu a výroby.
Aplikácie trúbkovej antény
Meranie a kalibrácia antény
Charakterizované trychtýre so štandardným ziskom sa často používajú ako referenčné antény pri meraniach zisku, vyžarovacieho diagramu, polarizácie a dosahu antény. Ich stabilná geometria a dobre pochopené správanie sú užitočné pre opakovateľné laboratórne a metrologické práce.
Testovanie EMC a EMI
Širokopásmové trychtýre sa používajú na meranie vyžarovaného poľa a testovanie odolnosti voči žiareniu v mikrovlnných frekvenčných rozsahoch. Testovací inžinieri vyberajú anténu podľa požadovaného pásma, intenzity poľa, úrovne výkonu, zmeny zisku a kalibračných údajov.
Radar a diaľkový prieskum Zeme
Trychtýrkové antény môžu slúžiť ako samostatné smerové antény alebo ako napájače pre reflektory v radarových, zobrazovacích, diaľkovo snímaných a systémoch charakterizácie materiálov. Tvar lúča, čistota polarizácie a riadenie bočných lalokov môžu byť v týchto aplikáciách kritické.
Satelitná a bodová komunikácia
Trychtýrkové antény sa používajú ako napájacie a smerové antény v mikrovlnných a milimetrových vlnových spojoch. V závislosti od systému môžu inžinieri uprednostniť zisk, symetriu lúča, kruhovú polarizáciu, nízku krížovú polarizáciu alebo ochranu životného prostredia.
Napájanie reflektora a šošovky
Trúbka môže osvetľovať parabolický reflektor alebo dielektrickú šošovku. Výber vyžarovacieho diagramu ovplyvňuje osvetlenie clony, prelievanie, účinnosť, bočné laloky a celkový vyžarovací diagram kombinovaného anténneho systému.
Ako vybrať trúbkovú anténu
Začnite s kompletnými systémovými požiadavkami, namiesto výberu len podľa zisku:
- Definujte prevádzkové pásmo.Potvrďte minimálnu a maximálnu frekvenciu a či je potrebná nepretržitá alebo bodová prevádzka.
- Nastavte zisk a cieľ pokrytia.Porovnajte zisk spolu so šírkou lúča v rovine E a rovine H v celom pásme.
- Vyberte polarizáciu.Podľa potreby si vyberte lineárnu, duálne lineárnu, pravotočivú kruhovú, ľavotočivú kruhovú alebo duálne kruhovú polarizáciu.
- Skontrolujte kvalitu vzoru.Skontrolujte bočné laloky, krížovú polarizáciu, axiálny pomer, výkon spredu dozadu a izoláciu portov, ak je to relevantné.
- Overte zhodu a rozhranie.Potvrďte VSWR alebo stratu odrazu, veľkosť vlnovodu, štandard príruby, typ konektora a mechanickú montáž.
- Zvážte energiu a prostredie.Zohľadnite výkon vysielača, pracovný cyklus, teplotu, ochranu pred poveternostnými vplyvmi, potreby radomu a podmienky inštalácie.
- V prípade potreby použite namerané údaje.Pre kalibráciu, testovanie zhody a presné systémy použite dátový list špecifický pre daný model a namerané kalibračné údaje, a nie sa spoliehajte na nominálny popis radu.
Praktické porovnanie výberových faktorov nájdete vSprievodca výberom RF MISO trychtýřovej antényMôžete si tiež prezrieť kompletnýDosah trychtýrovej antény RF MISO.
Často kladené otázky
Zosilňuje trychtýřová anténa signál?
Nie. Trychtýřová anténa je pasívne zariadenie. Jej zisk je výsledkom smerovania vysielanej alebo prijímanej energie, nie elektronického zosilnenia.
Sú všetky trychtýrové antény širokopásmové?
Nie. Mnohé trychtýrové antény ponúkajú užitočnú šírku pásma, ale skutočný dosah závisí od napájania, módov vlnovodu, geometrie rozšírenia, štruktúry prispôsobenia a polarizačnej siete. Dvojrebrované trychtýre sú špeciálne navrhnuté pre širšie šírky pásma.
Čo určuje zisk trychtýřovej antény?
Zisk je ovplyvnený veľkosťou elektrickej apertúry, účinnosťou apertúry, fázovým a amplitúdovým rozložením, stratou vo vodiči a frekvenciou. Väčšia elektrická apertúra vo všeobecnosti podporuje vyššiu smerovosť, ale na premenu veľkosti apertúry na užitočný zisk je potrebná dobrá regulácia poľa.
Aký je rozdiel medzi zvukovodom so štandardným ziskom a širokopásmovým zvukovodom?
Zosilňovač so štandardným ziskom je navrhnutý tak, aby poskytoval predvídateľné, dobre charakterizované zosilnenie v rámci špecifikovaného pásma a často sa používa ako referenčný zdroj merania. Širokopásmový zosilňovač uprednostňuje prevádzku v širšom frekvenčnom rozsahu, pričom zisk a šírka lúča sa v tomto rozsahu môžu výraznejšie líšiť.
Práca s RF MISO
Spoločnosť RF MISO dodáva štandardné a prispôsobené trychtýrové antény pre mikrovlnné a milimetrové vlnové aplikácie, vrátane pyramídových, kužeľových, širokopásmových, vlnitých, duálne polarizovaných, kruhovo polarizovaných a šošovkových trychtýrových antén. Výber by mal byť vždy založený na frekvenčnom rozsahu, zisku, diagrame, polarizácii, PSV, rozhraní a požiadavkách prostredia špecifických pre daný model.
Preskúmajte našeprodukty s trychtýřovou anténou or kontaktujte RF MISOprediskutovať vašu aplikáciu a technické požiadavky.
Referencie a ďalšie čítanie
Čas uverejnenia: 28. marca 2024
