Антените со отвор се важна класа на антени кои се широко користени во микробранови, милиметарски бранови, радарски, комуникациски и антенски системи за мерење. За разлика од жичните антени, кои зрачат првенствено низ струи што течат по спроводливи елементи, антените со отвор зрачат електромагнетна енергија низ отвор или отвор.
Чест пример е брановодот со отворен крај. Кога електромагнетните бранови патуваат низ брановодот и достигнуваат отворен крај, дел од водената енергија се зрачи во слободен простор. Со контролирање на геометријата на отворот, распределбата на полето и околната структура, инженерите можат дополнително да го подобрат усогласувањето на импедансата, насоченоста, засилувањето и карактеристиките на зрачењето.
Вообичаените антени со апертура вклучуваатантени со брановидни отвори,антени со роги антени со слотовиОригиналната референтна статија, исто така, ги групира овие три структури под апертурни антени.
1. Што е антена со отвор?
Во антенското инженерство, отворот може да се смета за отвор низ кој електромагнетните полиња се спојуваат од водена структура во слободен простор.
Брановодот е дизајниран да ја ограничи и насочи електромагнетната енергија. Ако брановодот е завршен со спроводлив ѕид, енергијата останува ограничена или се одбива според условите на завршување. Меѓутоа, кога брановодот е отворен, електромагнетното поле на отворот може да зрачи во слободен простор.
Затоа, отворот делува како преоден регион помеѓу воден електромагнетен режим и зрачен електромагнетен бран.
Вистинските карактеристики на зрачењето зависат од неколку фактори, вклучувајќи:
- Димензии и облик на отворот
- Работна бранова должина
- Режим на брановоди
- Распределба на електрично и магнетно поле
- Прирабница или околна спроводлива структура
- Усогласување на импедансата на отворот
Истражувањата на правоаголни брановоди со отворени краеви покажуваат дека и полињата на апертурата и дифракцијата од околните рабови на прирабницата можат да придонесат за добиеното зрачено поле.
Слика 1. Пример за правоаголна брановодна структура што се користи за илустрирање на зрачењето на отворот.
2. Како зрачи брановодот со отворен крај?
Кога пропагацискиот мод на брановодот ќе достигне отворен отвор, граничните електромагнетни услови нагло се менуваат. Полињата повеќе не се целосно ограничени од спроводните ѕидови, дозволувајќи дел од електромагнетната енергија да зрачи во слободен простор.
Во исто време, преминот од брановодот во слободниот простор генерално не е совршено усогласен. Затоа, дел од енергијата може да се одбие назад во брановодот.
Оваа врска помеѓузрачење и рефлексијае важен дел од дизајнот на апертуралната антена.
Едноставен брановоден систем со отворен крај може да функционира како антена, но неговата ефикасност на зрачење, усогласување на импедансата, засилување и карактеристики на зракот може да не бидат оптимални за секоја апликација. Инженерите можат да ја модифицираат геометријата на отворот за да добијат подобри перформанси. Еден од најпознатите примери еантена со труба, во кој брановодот постепено се шири кон отворот.
3. Работна фреквенција на антените со отвор
Не постои единствен универзален опсег на работна фреквенција за сите антени со отвор.
Употребливиот фреквентен опсег на антена базирана на брановоди првенствено се одредува оддимензии на брановодот, тип на брановодот, поддржани режими на пропагација и гранични фреквенции.
Затоа, за различни микробранови и милиметарски фреквенциски опсези се користат различни стандардизирани големини на брановоди.
Ова е особено важно кај високофреквентните RF системи. Како што фреквенцијата се зголемува и брановата должина станува пократка, димензиите на брановодот и отворот исто така стануваат помали, овозможувајќи антените со отвор ефикасно да се користат во микробранови, милиметарски бранови, па дури и подTHz системи.
4. Модел на зрачење на антена со отвор
Шемата на зрачење на апертурната антена силно зависи од големината на апертурата, распределбата на полето, режимот на работа, брановата должина и околната структура.
Брановодот со отворени краеви генерално произведува релативно широк зрак, но не треба автоматски да се опишува како сеопфатна антена. Неговите карактеристики на зрачење во Е-рамнина и H-рамнина се одредуваат со распределбата на електромагнетното поле низ отворот.
Околната прирабница може да влијае и на добиениот модел на зрачење бидејќи полињата дифракционирани од нејзините рабови придонесуваат за вкупното зрачено поле. Современите аналитички студии експлицитно ги земаат предвид и зрачењето на отворот и дифракцијата на работ на прирабницата при пресметување на однесувањето на далечното поле.
Зголемувањето на ефективната големина на отворот генерално може да обезбеди поголема насоченост и потесен главен зрак, што е една од причините зошто рог-антените и структурите со поголем отвор најчесто се користат кога е потребно поголемо засилување.
Недиректен модел на зрачење
5. Главни видови на антени со отвор
Брановодна антена со отворен крај
Брановодот со отворен крај е еден од наједноставните апертурни радијатори. Неговата компактна структура и директната компатибилност со брановодните системи го прават корисен во микробранови и милиметарски бранови лаборатории, мерења на антени, сонди, доводи и други RF системи.
Антена со рог
Хорнастата антена може да се смета за брановоден чиј пресек постепено се шири кон отворот што зрачи. Овој постепен премин ја подобрува трансформацијата од водени бранови во зрачење во слободен простор и може да обезбеди подобро усогласување на импедансата, поголемо засилување и поконтролирани шеми на зрачење.
Хорнските антени се користат во мерењето на антени, тестирањето на ЕМС, радарот, комуникациските системи, системите за напојување и апликациите со милиметарски бранови.
Слот за антена
Слотната антена користи отвор или слот исечен на спроводлива површина за да зрачи електромагнетна енергија. Во зависност од геометријата на слотот, возбудата и околната структура, слотните антени можат да се имплементираат поединечно или комбинирани во низи.
Тие се широко користени во микробранови системи каде што се потребни нископрофилни структури, интеграција или конфигурации на низи.
6. Антени со отвор во RF и микробраново инженерство
Бидејќи апертуралните антени природно се интегрираат со структурите за пренос на бранови, тие се особено важни на микробранови и милиметарски бранови фреквенции.
Типични апликации вклучуваат:
- Мерење на засилувањето на антената и шемата на зрачење
- EMC и EMI тестирање
- Радарски системи
- Микробранова и милиметарска комуникација
- Системи за напојување на антени
- RF лабораториско мерење
- Насочен пренос и прием
- Системи за тестирање и калибрација
За антенските инженери, изборот на соодветна антена со отвор бара повеќе од едноставно разгледување на фреквенцијата. Параметри како што се засилување, ширина на зракот, поларизација, VSWR, големина на брановодот, тип на прирабница, ракување со моќност и механички димензии можат да влијаат на перформансите на системот.
Заклучок
Антените со отвор овозможуваат ефикасен начин за трансформирање на водената електромагнетна енергија во зрачење од слободен простор, што ги прави фундаментална категорија на антени во микробрановото и милиметарското инженерство.
Од едноставни брановоди со отворени краеви до оптимизирани структури на рог и слотови, апертуралните антени можат да бидат дизајнирани за различни комбинации на засилување, ширина на зракот, поларизација, фреквентен опсег и барања за системска интеграција.
Затоа, разбирањето како големината на отворот, распределбата на електромагнетното поле, режимите на брановоди и околните структури влијаат на перформансите на зрачењето е од суштинско значење при избор или дизајнирање антени за RF тестирање, комуникација, радар и системи за мерење.
Време на објавување: 14 август 2026 година
