Wat is hoornantenne: 9 belangrijke concepten

Beeldcredits: Schwarzbeck Mess-Elektronik, Schwarzbeck BBHA 9120 D, CC BY-SA 3.0

Punten voor discussie: hoornantenne

• Introductie
• Gebruik van hoornantenne
• Elementen van een hoornantenne en soorten hoornantenne
• Ontwerp hoornantenne
• Directiviteit van hoornantenne
• Stralingspatroon hoornantenne
• Versterking hoornantenne
• Straalbreedte hoornantenne
• Er zijn maar weinig wiskundige problemen met betrekking tot hoornantenne

Introductie

Om een ​​hoornantenne te definiëren, moeten we de juiste definitie van de antenne kennen. Volgens IEEE-standaarddefinities van antennes,

"Een antenne is een middel om radiogolven uit te zenden of te ontvangen".

Hoornantenne is het meest populaire type Aperture-antenne. Aperture-antennes zijn speciaal ontworpen voor microgolffrequenties. Dit soort diafragma-antennes wordt veel gebruikt en is het meest onversierd, behalve alle soorten.

Hoewel het gebruik van hoornantennes al in de jaren 1800 begon, werd de snelle toepassing in de jaren dertig gecreëerd. Deze antennes hadden in die tijd ook drastische wijzigingen ondergaan. Er zijn talloze proefschriften en onderzoeken gedaan om het ontwerp van de hoornantenne te beschrijven, het stralingspatroon van de hoornantenne te achterhalen en toepassingen in verschillende sectoren. De toepassingen in magnetron en golfgeleider transmissiedomein maakte hoornantenne beroemd. Daarom worden hoornantennes vaak geïnterpreteerd als een microgolfhoornantenne.

Wat is transmissielijn? Hoe is het gerelateerd aan antenne? Weet hier!

Gebruik van hoornantenne

Hoornantennes hebben invloedrijke toepassingen gevonden als voedingselementen voor forse radioastronomie, satellietvolgsystemen, communicatieschotels en vele andere plaatsen. Het wordt gebruikt als voeding voor reflector en lenzen en wordt ook gebruikt in gefaseerde arrays. Deze antennes hebben de voorkeur boven verschillende soorten diafragmaantennes, vanwege het eerlijke en ongecompliceerde ontwerp, betere versterking, veelzijdigheid en algehele prestaties.

Elementen van een hoornantenne

Hoornantenne is een resonerende buis van verschillende ontwerpen die kan worden gevormd om een ​​grotere opening te maken. De algehele prestaties van de antenne worden beïnvloed door de richting, de hoeveelheid tapsheid, de richtingsgevoeligheid.

Soorten hoornantenne

Hoornantennes hebben verschillende vormen voor operaties. Zij zijn -

· Sectorale hoornantenne

• E-vliegtuig
• H-vliegtuig

· Piramidale hoornantenne

· Conische hoornantenne

· Gegolfde hoornantenne

· Diagonale hoornantenne

· Geribbelde hoornantenne

· Dual-mode conische hoornantenne

· Septum hoornantenne

· Hoornantenne met beperkte opening

Ontwerp van hoornantenne (piramidale hoornantenne)

Piramidale hoornantenne is het meest gebruikte en populaire type hoornantenne. Het staat bekend als een standaard versterkingshoorn (daarom kiezen we piramidale hoorn om te beschrijven). Het stralingspatroon van de piramidale hoorn is de combinatie van E- en H-sectorale hoornantennes. Laten we het ontwerp van een piramidale hoornantenne bespreken.

ontwerp Procedure

• De ontwerper / ingenieur moet de winst kennen (G.₀). Ook de afmetingen van 'a', 'b', van de vierhoek golfgeleider (gebruikt als voer) bekend moet zijn.  
• Het ontwerpen heeft tot doel dimensies af te leiden zoals - a₁, b₁,_e,_h, P_e, P_h. De berekening moet de ontwerper naar de optimale versterking van de hoornantenne leiden.
• De selectie van a1 en b1 moet ook op een geleide manier gebeuren, zodat ze helpen om de optimale versterking te vinden en we de ontwerpvergelijkingen kunnen afleiden.
• De efficiëntie van een hoornantenne inclusief de openingen is ongeveer 50%. Nu weten we dat -

a₁ √ (3λρ₂)

b₁ √ (2λρ₁)

De directiviteit wordt gegeven als - D₀

D₀ = A_em [4π / λ²]

A_em is de maximale effectieve oppervlakte en heeft een relatie met de fysieke oppervlakte (afgekort als A_p).

A_em =_ap A_p

ε_ap is het diafragma-efficiëntie, 0 ε_ap ≤ 1

Winst = G₀

G₀ = (1/2) * (4π / λ²) * (een₁ b₁)

Of, G₀ = (2π /²) * √ (3λρ₂) * √ (2λρ₁)

Of, G₀ ≈ (2π /²) * √ (3λρ_h * 2λρ_e) - (1)

Zoals we aannemen ρ₂ ρ_h en ρ₁ ρ_e voor lange hoornantennes.

Nu, om de fysieke hoornantenne te realiseren, P_e en P_h moet gelijk zijn.

We weten dat,

P_e = (geb₁ - b) [(ρ_e / B₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - een) [(ρ_h / een₁)² - ¼]^1/2

Nu kunnen we de vergelijking (1) herschrijven zoals hieronder.

[√ (2χ) - b / λ]² (2χ -1) = [{(G₀ / 2π√χ) * √ (3 / 2π)} - (a / λ)]² * [(G₀² / 6π³χ) - 1] - (2)

Waar,

ρ_e / λ = χ en,

ρ_h / λ = G₀² / 8π³χ

Vergelijking (2) staat bekend als de ontwerpvergelijking van de hoornantenne.

Directiviteit van hoornantenne

Voordat we de richtingsgevoeligheid van een hoornantenne gaan ontdekken, moeten we ons de richtingsgevoeligheid van een antenne laten weten? De directiviteit van een antenne wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de stralingsintensiteit van een antenne in een bepaalde richting en de gemiddelde stralingsintensiteit over alle richtingen. Directiviteit wordt beschouwd als een parameter voor het berekenen van de verdienste van de antenne.

De volgende wiskundige uitdrukking beschrijft de directiviteit.

D = U / U₀ = 4πU / P_rad

Als de richting niet wordt gegeven, is de standaardrichting de richting van de maximale stralingsintensiteit.

D_max = D₀ =U_max /U₀ = 4πU_max / P_rad

Hier is 'D' de directiviteit, en het heeft geen richting omdat het een verhouding is. U is de stralingsintensiteit. U_max is de maximale stralingsintensiteit. U₀ is de stralingsintensiteit van de isotrope bron. P._rad is het totale uitgestraalde vermogen. De eenheid is Watt (W).

Zoals eerder gezegd, bestaat de hoornantenne uit drie typen. Alle klassen hebben verschillende gerichtheid. Laten we ze allemaal bespreken.

E-vliegtuig sectorale hoorn

De volgende uitdrukking geeft de gerichtheid van de E-Plane hoornantenne.

D_E = 4πU_max /P_rad = (64aρ₁ * | F (t) | ²) / πλ b₁

Waar, | F (t) | = [C²b₁ / √ (2λρ₁) + S²b₁ / √ (2λρ₁)]

H-vlak sectorale hoorn

De volgende uitdrukking geeft de gerichtheid van de sectorale hoornantenne in het H-vlak.

D_H = 4πU_max /P_rad = [4πbρ₂ /a₁ λ] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²}

Waar,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/een₁ + Een₁/ √ (λρ₂​

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/een₁ - een₁/ √ (λρ₂​

Piramidale hoornantenne

De directiviteit van piramidale hoornantenne hangt af van zowel de directiviteit van E & H vlakke sectorale hoorn. De vergelijking wordt hieronder gegeven.

D_P = 4πU_max /P_rad = [8πρ₁ρ₂ /a₁b₁] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²} * {[C²b₁ / √ (2λρ₁) + S²b₁ / √ (2λρ₁​

Het kan worden geschreven als -

D_P = [π λ² / 32ab] *D_ED_H

Stralingspatroon hoornantenne

Stralingspatroon is de hoekafhankelijkheid van de sterkte van de radiogolven van een elektromagnetische bron. De onderstaande afbeelding toont het stralingspatroon van een piramidale hoornantenne.

Afbeelding van het stralingspatroon van de hoornantenne

Versterking hoornantenne

De versterking van een antenne zou verwijzen naar de verhouding van de intensiteit in een bepaalde richting tot de stralingsintensiteit als de antenne isotopisch zou worden uitgestraald. Het is een essentiële parameter voor het meten van de prestaties van een antenne en heeft een nauwe relatie met de richtingsgevoeligheid van de antenne. De versterking van een hoornantenne ligt rond de 25 dBi en het bereik is typisch 10 - 20 dBi.

Straalbreedte hoornantenne

De bandbreedte van de antenne is de hoekafstand tussen twee overeenkomende punten aan de achterkant van de omtrek. De straalbreedte van de hoornantenne neemt af als de frequentie van het proces wordt verhoogd.

De bandbreedte van een praktische hoornantenne blijft binnen een bereik van 10: 1 tot 20: 1.

Er zijn maar weinig wiskundige problemen met betrekking tot hoornantenne

1. Zoek de richtingsgevoeligheid van de sectorale hoornantenne van het E-vlak. De details voor de antenne worden hieronder gegeven. a = 0.5λ, b = 0.25λ, b₁ = 6λ, ρ₁ = 6λ

Oplossing:

b₁ / √ (2λρ₁) = 6λ / √ (2λ * 6λ) = 6 / √12 = 1.73

Een deel van Fresnel Integral Chart; Afbeelding tegoed - A. VAN WIJNGAARDEN en WL SCHEEN

Nu, [C (1.73)]² = (0.32)² = 0.1024 [uit de grafiek van Fresnel-integralen]

En, [S (1.73)]² = (0.54)² = 0.2916 [uit de grafiek van Fresnel-integralen]

Dat weten we, D_E = 4πU_max /P_rad = (64aρ₁ * | F (t) | ²) / πλb₁

Waar, | F (t) | = [C²b₁ / √ (2λρ₁) + S²b₁ / √ (2λρ₁)]

D_E = [{64 (0.5) * 6 * (0.1024 + 0.2916)} / 6π]

Of, D_E = 4.01 dB.

De directiviteit van de gegeven E-Plane Sectorale Hoornantenne is dus 4.01 dB.

2. Zoek de richtingsgevoeligheid van de sectorale hoornantenne in het H-vlak. De details van de antenne worden hieronder gegeven. a = 0.5λ, b = 0.25λ, een₁ = 6λ, ρ₂ = 6λ

Oplossing:

We weten dat,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/een₁ + Een₁/ √ (λρ₂​

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/een₁ - een₁/ √ (λρ₂​

Nu, u = (1 / √2) * [{√ (6) / 6 + 6 / √ (6)}] = 2.02

En, v = (1 / √2) * [{√ (6) / 6 - 6 / √ (6)}] = - 1.44

Met Fresnel-integralen,

C (u) = C (2.02) = 0.48825

C (v) = C (-1.44) = -C (1.44) = - 0.54310

S (u) = S (2.02) = 0.3434

S (v) = S (-1.44) = -S (1.44) = - 0.71353

We weten dat de directiviteit van de sectorale hoornantenne in het H-vlak is 

D_H = 4πU_max /P_rad = [4πbρ₂ /a₁ λ] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²}

Of, D_H = [4π (0.25) 6/6] * [(0.488 + 0.543)² + (0.343 + 0.713)²]

Of, D_H = (3.141) * (1.0629 + 1.1151)

Of, D_H = 6.84 dB

De directiviteit van de gegeven sectorale hoornantenne in het H-vlak is dus 6.84 dB.

3. Ontwerpdetails van een piramidale hoornantenne worden hieronder gegeven. ρ₂ = 6λ = ρ₁ = 6λ; a = 0.5 A, b = 0.25 A; een₁ = 6λ = b₁ = 6λ; Kijk of er een praktische hoornantenne kan worden ontworpen met die details. Ontdek ook de gerichtheid van de piramidale hoornantenne.

Oplossing:

            Nu, ρ_e = λ √ ([6²+ (6/2)²] = 6.708λ

            En, ρ_h = λ √ ([6²+ (6/2)²] = 6.708λ

We weten dat,

P_e = (geb₁ - b) [(ρ_e / B₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - een) [(ρ_h / een₁)² - ¼]^1/2

Nu, P._e = (6λ– 0.25λ) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.74λ

En P_h = (6λ– 0.5λ) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.12λ

Zoals we kunnen zien, P_e is niet gelijk aan P_h, dus het ontwerp is niet uitvoerbaar.

            We weten dat de gerichtheid van een piramidale hoornantenne dat is 

D_P = [π λ² / 32ab] *D_ED_H

            Nu, D_P = [π / 32 * (0.5) * (0.25)] * 6.84 * 4.01]

            [De waarde van D_ED_H is eerder berekend]

            Of, D_P = 21.54

            Omzetten naar de dB-waarde, D._P = 10log21.54 = 13.33 dB

De richtingsgevoeligheid van de gegeven piramidale hoornantenne is dus 13.33 dB.

Soedipta Roy

Hallo, ik ben Sudipta Roy. Ik heb B. Tech in elektronica gedaan. Ik ben een elektronica-liefhebber en houd mij momenteel bezig met elektronica en communicatie. Ik heb een grote interesse in het verkennen van moderne technologieën zoals AI en Machine Learning. Mijn geschriften zijn gewijd aan het verstrekken van nauwkeurige en bijgewerkte gegevens aan alle leerlingen. Iemand helpen bij het opdoen van kennis geeft mij enorm veel plezier.
Laten we verbinding maken via LinkedIn –