Рог-антените се меѓу најшироко користените насочни антени во микробрановото и милиметарско-брановото инженерство. Нивната едноставна механичка структура, предвидливите карактеристики на зрачењето, релативно ниската рефлексија и способноста да постигнат умерено до високо засилување ги прават вредни во мерењето на антените, тестирањето на EMC, радарот, комуникациските системи, системите за напојување и RF лабораториите.
Антената со рог во суштина може да се смета забрановоден со постепено растегнат отворНаместо да им дозволи на електромагнетните бранови да наидат на нагла транзиција од брановодот во слободниот простор, проширениот дел овозможува постепена трансформација. Ова помага да се подобри усогласувањето на импедансата и насочува повеќе од електромагнетната енергија во контролиран зрак на зрачење.
Во зависност од геометријата на брановодот и насоката во која се шири отворот, рожните антени можат да бидат дизајнирани во неколку форми, вклучувајќисекторски рогови, пирамидални рогови и конусни роговиОригиналната референтна статија ги користи овие три конфигурации како главен вовед во структурите на антените со рог.
1. Како работи антената со рог?
Брановодот ја ограничува електромагнетната енергија во рамките на спроводлива структура. Кога водениот бран ќе достигне отворен крај, дел од енергијата зрачи во слободен простор, додека дел може да се одбие поради преминот помеѓу импедансите на брановодот и импедансите во слободниот простор.
Хорнаста антена ја намалува ненадејноста на овој премин со постепено зголемување на пресекот на брановодот кон отворот.
Како што електромагнетниот бран се шири низ заоблениот дел, полето се шири преку поголем отвор. Потоа отворот зрачи во слободен простор и произведува насочен зрак.
Затоа, пламенот служи за две важни цели:
- Овозможува помазен премин помеѓу брановодот и слободниот простор.
- Го зголемува ефективниот отвор на зрачење, овозможувајќи поголема насоченост и засилување.
Важно е да се напомене дека рогот правине ги елиминира целосно рефлексиите или стоечките брановиНаместо тоа, соодветно дизајнираната сирена може да ја намали рефлексијата и да обезбеди добро усогласување на импедансата, што најчесто се рефлектира во релативно низок VSWR.
Слика 1. Типична рог-антена со постепено растегнат отвор на брановодот.
2. Работна фреквенција на антените со рог
Хорнските антени немаат еден универзален фреквентен опсег.
Нивната работна фреквенција во голема мера е одредена оддимензии на брановодот, режим на брановодот, геометрија на отворот, структура на довод и наменет пропусен опсег.
Традиционалните рог-антени се особено чести на микробранови и милиметарски бранови фреквенции бидејќи димензиите на брановодите стануваат практични со намалувањето на брановата должина. Сепак, специјално дизајнираните широкопојасни структури на рог можат да работат и на пониски фреквенции, додека прецизните брановодни рогови можат да се протегаат добро во милиметарски бранови и под-THz опсези.
На пример, дизајните на антени со рог можат да се најдат од опсег од стотици мегахерци до далеку над 100 GHz. RF MISO моментално нуди конфигурации на широкопојасен интернет со рог што работат од300–750 MHz, како и конусни рог-антени што покриваат220–325 GHz, што илустрира колку широк може да биде практичниот фреквентен опсег на ова семејство антени.
3. Главни видови на антени со рог
3.1 Секторска хорна антена
Секторска рог се произведува кога правоаголен брановоден систем е проширен само во една рамнина.
Ако брановодот е проширен воЕ-авион, структурата се нарекуваСекторска сирена на е-рамнинаАко експанзијата се случи воH-рамнина, тоа се нарекуваСекторска рог во H-рамнина.
Бидејќи димензијата на отворот се зголемува само во една рамнина, обликувањето на зракот е поизразено во таа соодветна рамнина.
3.2 Пирамидална роговна антена
Пирамидален рог се формира кога правоаголен брановод се шири и во насоките на Е-рамнината и во H-рамнината.
Резултирачката структура наликува на скратена пирамида и овозможува проширување на отворот во обете димензии.
Пирамидалните рогови се широко користени какостандардни рогови за засилување и референтни антенибидејќи нивните шеми на засилување и зрачење можат прецизно да се карактеризираат.
На пример, RF MISO нуди стандардни антени со засилување на рог низ бројни микробранови и милиметарски бранови опсези. Неговото семејство на стандардни рогови со засилување WR10 вклучува модели кои работат од75 до 110 GHz, со специфицирани карактеристики на засилување, VSWR, поларизација и ширина на зракот.
3.3 Конусна рог-антена
Конусен рог генерално се формира со постепено ширење на кружен брановод кон кружен отвор.
За разлика од пирамидалниот рог, кој потекнува од правоаголен брановоден, конусниот рог има ротационо симетрична геометрија.
Конусните роговидни антени најчесто се користат во микробранови, милиметарски бранови, доводни и мерни апликации. Во зависност од структурата на доводот и мрежата за поларизација, тие можат да поддржат и поспецијализирани конфигурации на поларизација.
Слика 2. Типични конфигурации на антени со рог: секторски во Е-рамнина, секторски во Х-рамнина, пирамидални и конусни рогови.
4. Агол на разгорување, големина на отворот и должина на рогот
Геометријата на сирената има директно влијание врз нејзините електромагнетни перформанси.
Три важни параметри за дизајн се:
агол на разгорување, големина на отворот и должина на рогот.
Поголемиот отвор генерално може да обезбеди поголема насоченост и потесен зрак, но едноставното зголемување на аголот на заслепување не произведува автоматски подобри перформанси.
Ако рогот е премногу краток за дадена големина на отворот, може да се појави прекумерна фазна варијација низ отворот. Ова ја намалува ефикасноста на отворот и може да го влоши моделот на зрачење.
Обратно, претераното долго траење на рогот ја зголемува механичката големина и тежина без нужно да обезбеди пропорционално подобрување на перформансите.
Затоа, дизајнот на рог вклучува балансирање:
- Големина на отворот
- Агол на пламен
- Должина
- Фазна грешка
- Добивање
- Ширина на зракот
- Механички димензии
5. Модел на зрачење и карактеристики на зракот
Хорнските антени се генерално насочени радијатори.
Електромагнетната енергија е концентрирана првенствено во насока напред низ отворот, создавајќи јасно дефиниран главен зрак заедно со странични лобуси.
Две сечења на шемата на зрачење се особено важни:
- Модел на зрачење од е-рамнина
- Модел на зрачење во H-рамнина
НаШирина на зракот од 3 dBнајчесто се користи за да се опише аголната ширина на главниот зрак помеѓу двете точки каде што зрачената моќност паѓа 3 dB под нејзината максимална вредност.
Генерално, зголемувањето на ефективниот отвор во однос на брановата должина ја зголемува насоченоста и има тенденција да го стесни зракот.
Оваа врска може да се забележи и кај практичните милиметарски бранови роговидни антени. На пример, стандардните рогови за засилување на RF MISO од 75–110 GHz ги специфицираат карактеристиките на ширината на зракот во E-рамнината и H-рамнината, заедно со податоците за засилување и VSWR.
Слика 3. Илустрација на ширење и зрачење на електромагнетни бранови низ отвор на рог.
6. Предности на рог-антените
Хорновите антени нудат неколку предности за RF и микробранови системи:
Добра насоченост
Зголемениот отвор го концентрира зрачењето кон напред.
Предвидливи карактеристики на зрачење
Добро дизајнираните рог-антени можат да обезбедат стабилни и добро дефинирани шеми во Е-рамнина и H-рамнина.
Добро усогласување на импедансата
Постепениот премин од брановодот во слободниот простор може да ја намали рефлексијата и да поддржи низок VSWR.
Умерено до високо зголемување
Различни големини на отворот и должини на рогот можат да бидат дизајнирани за да обезбедат различни нивоа на засилување.
Релативно едноставна структура
Во споредба со многу сложени архитектури на антени со високо засилување, конвенционалните рогови се механички едноставни и робусни.
Погодно за мерење на висока фреквенција
Нивната архитектура базирана на брановоди ги прави рог-антените особено вредни во системите за мерење на микробранови и милиметарски бранови.
7. Размислувања и ограничувања за дизајнот
Рог-антените, исто така, вклучуваат неколку инженерски компромиси.
Повисокото засилување генерално бара поголем електричен отвор, што може да ги зголеми физичките димензии на антената.
Односот помеѓу големината на отворот, должината на рогот и аголот на разгорување исто така мора внимателно да се контролира за да се одржи прифатлива распределба на фазите низ отворот.
При многу високи фреквенции, точноста на обработката, квалитетот на површината, димензиите на брановодите и порамнувањето на прирабниците стануваат сè поважни бидејќи дури и релативно малите механички грешки можат да претставуваат значителен дел од брановата должина.
Затоа, инженерите треба да ги проценат не само засилувањето и фреквентниот опсег, туку и:
VSWR, поларизација, перформанси на вкрстена поларизација, ширина на зракот, ниво на страничен лобус, RF интерфејс, ракување со моќност и механичка толеранција.
8. Примени на рог-антени
Поради нивното насочно зрачење, стабилни карактеристики и компатибилност со брановодните системи, рожните антени се широко користени во:
- Мерење на засилувањето на антената
- Мерење на шемата на зрачење
- EMC и EMI тестирање
- Радарски системи
- Микробранова и милиметарска комуникација
- Тестирање на сателитска антена
- Наоѓање насока и надзор
- Мерење на анехоичната комора
- Рефлекторски антенски доводи
- RF истражувачки и лабораториски системи
- Калибрација и референтни апликации на антени
Дизајните на широкопојасни рогови можат да обезбедат и широк работен пропусен опсег за системи за мерење и следење. На пример, антените за широкопојасен рог од 18–40 GHz на RF MISO се специфицирани за апликации кои вклучуваат тестирање на микробранови, мерење на антени, тестирање на сателитски антени, наоѓање насока, надзор и мерења поврзани со EMC.
Заклучок
Хорна антена трансформира воден електромагнетен бран во насочено зрачење во слободен простор преку постепено растечки отвор на брановодот.
Неговата комбинација оддобро усогласување на импедансата, насочено зрачење, предвидливи карактеристики на зракот, корисно засилување и релативно едноставна конструкцијаја направи рогот една од најважните антенски структури во микробрановото и милиметарско-брановото инженерство.
Од секторски и пирамидални рогови до конусни и широкопојасни дизајни, различни структури можат да се оптимизираат за специфични фреквентни опсези, барања за поларизација, нивоа на засилување и средини за мерење.
За инженерите кои избираат антена со рог, фреквентниот опсег е само почетна точка. Засилувањето, VSWR, ширината на зракот, поларизацијата, брановодниот или коаксијалниот интерфејс, ракувањето со моќност и механичките димензии треба да се оценат според барањата на целиот RF систем.
Време на објавување: 21 август 2026 година
