Τι είναι η κεραία Horn; | Είναι 3 σημαντικές παράμετροι

Κεραία κεραιών

Πιστωτική εικόνα: Schwarzbeck Mess-Elektronik, Schwarzbeck BBHA 9120 ΔCC BY-SA 3.0

Σημεία για συζήτηση: Κεραία κεραιών

  • Εισαγωγή
  • Χρήση κεραίας κόρνας
  • Στοιχεία κεραίας κέρατος και τύποι κεραίας κέρατος
  • Σχεδιασμός κεραίας κόρνας
  • Κατευθυντικότητα της κεραίας κόρνας
  • Σχέδιο ακτινοβολίας κεραίας κόρνας
  • Κέρδος κεραίας κόρνας
  • Εύρος δέσμης κεραιών κόρνας
  • Λίγα μαθηματικά προβλήματα που σχετίζονται με Horn Antenna

Εισαγωγή

Για να ορίσουμε μια κεραία κόρνας, πρέπει να γνωρίζουμε τον σωστό ορισμό της κεραίας. Σύμφωνα με τους τυπικούς ορισμούς των κεραιών IEEE,

«Η κεραία είναι ένα μέσο για την ακτινοβολία ή τη λήψη ραδιοκυμάτων».

Η κεραία Horn είναι ο πιο δημοφιλής τύπος κεραίας Aperture. Οι κεραίες διαφράγματος είναι ειδικά σχεδιασμένες για συχνότητες μικροκυμάτων. Αυτοί οι τύποι κεραιών ανοιγμάτων χρησιμοποιούνται ευρέως και οι περισσότεροι δεν είναι διακοσμημένοι εκτός από κάθε είδους.

Αν και η χρήση κεραίας κόρνας ξεκίνησε το 1800, η ​​γρήγορη εφαρμογή δημιουργήθηκε τη δεκαετία του 1930. Αυτές οι κεραίες είχαν επίσης υποστεί δραστική τροποποίηση κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Πραγματοποιήθηκαν πολλές διατριβές και έρευνες για να περιγραφεί ο σχεδιασμός της κεραίας-κέρατος, να ανακαλυφθεί το μοτίβο ακτινοβολίας της κεραίας κέρατος και εφαρμογών σε διαφορετικούς τομείς. Οι εφαρμογές στον τομέα μετάδοσης μικροκυμάτων και κυματοδηγών έκαναν διάσημη την κεραία κέρατων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι κεραίες κέρατων ερμηνεύονται συχνά ως κεραία κέρατων μικροκυμάτων.

Τι είναι η γραμμή μετάδοσης; Πώς σχετίζεται με την κεραία; Μάθετε εδώ!

Χρήση κεραίας κέρατος

Οι κεραίες Horn έχουν βρει σημαντικές εφαρμογές ως στοιχεία τροφοδοσίας για μεγάλη ραδιοαστρονομία, δορυφορική παρακολούθηση, πιάτα επικοινωνίας και πολλά άλλα μέρη. Χρησιμοποιείται ως τροφοδοσία για ανακλαστήρα και φακούς και επίσης χρησιμοποιείται σε συστοιχίες φάσης. Αυτές οι κεραίες προτιμώνται από διαφορετικούς τύπους κεραιών διαφράγματος, λόγω του δίκαιου και απλού σχεδιασμού, του καλύτερου κέρδους, της ευελιξίας και της συνολικής απόδοσης.

Στοιχεία κεραίας κέρατος

Η κεραία Horn είναι ένας σωλήνας συντονισμού διαφόρων σχεδίων που μπορεί να διαμορφωθεί για να κάνει ένα μεγαλύτερο άνοιγμα. Η συνολική απόδοση της κεραίας επηρεάζεται από την κατεύθυνση, την κωνικότητα, την κατεύθυνση.

Τύποι κεραίας κέρατων

Οι κεραίες κόρνας έχουν διαφορετικές μορφές λειτουργίας. Αυτοί είναι -

· Τομεακή κεραία κέρατων

  • Ηλεκτρονικό αεροπλάνο
  • Η-αεροπλάνο

· Κεραία Κεραμικής Πυραμίδας

Ένα τυπικό πυραμιδικό κέρατο-κεραία, Credit - Tactron ElektronikΚεραίες ATM HornCC BY-SA 3.0

· Κεραία κωνικού κέρατος

Κωνικό Κέρας - Κεραία και το μοτίβο ακτινοβολίας του. Πιστωτική εικόνα - Κυρία Luisa BelloBocinaLenteDieléctricaCC BY-SA 4.0

· Κυματοειδής κεραία κέρατων

Κυματοειδής κεραία κόρνας; Πιστωτική εικόνα: Laurent06LNB 2CC BY-SA 3.0

· Διαγώνια κεραία κόρνας

Διαγώνια Κεραία Πηγή εικόνας - NRAO / AUI / NSF, Κεραία Horn Calibration NRAO (1967)CC-BY 3.0

· Κεραία κερασφόρου κόρνας

Κεραία κέρατο Πιστωτική εικόνα -Schwarzbeck Mess-Elektronik, Schwarzbeck BBHA 9120 ΔCC BY-SA 3.0

· Κωνική κεραία διπλής λειτουργίας

· Κεραία κέρατου Septum

· Κεραία κόρνας με περιορισμό διαφράγματος

Σχεδιασμός κεραίας κόρνας (Κεραία πυραμίδας Horn)

Η πυραμιδική κεραία κόρνας είναι οι πιο χρησιμοποιούμενοι και δημοφιλείς τύποι κεραίας κέρατος Είναι γνωστό ως τυπικό κέρατο κέρδους (γι 'αυτό επιλέγουμε το πυραμιδικό κέρατο για περιγραφή). Το μοτίβο ακτινοβολίας της πυραμιδικής κόρνας είναι ο συνδυασμός των κεραιών κέρατων Ε- και Η- τομών Ας συζητήσουμε για το σχεδιασμό μιας πυραμιδικής κεραίας κέρατου.

Διαδικασία Σχεδιασμού

  • Ο σχεδιαστής / μηχανικός πρέπει να γνωρίζει το κέρδος (G0). Επίσης, πρέπει να είναι γνωστές οι μετρήσεις του «a», «b» του τετραπλευρού κυματοδηγού (χρησιμοποιείται ως τροφοδοσία)  
  • Ο σχεδιασμός στοχεύει να αντλήσει διαστάσεις όπως - α1, β1, ρe, ρh, Pe, Ph. Ο υπολογισμός πρέπει να οδηγήσει τον σχεδιαστή στο βέλτιστο κέρδος της κεραίας κόρνας.
  • Η επιλογή των a1 και b1 θα πρέπει επίσης να γίνεται με καθοδηγημένο τρόπο, ώστε να βοηθήσουν στην εύρεση του βέλτιστου κέρδους, και μπορούμε να αντλήσουμε τις εξισώσεις σχεδίασης.
  • Η απόδοση μιας κεραίας κέρατος, συμπεριλαμβανομένων των ανοιγμάτων, είναι περίπου 50%. Τώρα, το γνωρίζουμε -

a1 √ (3λρ2)

b1 √ (2λρ1)

Η κατευθυντικότητα δίνεται ως - D0

D0 = Aem [4π / λ2]

Aem είναι η μέγιστη αποτελεσματική περιοχή και έχει σχέση με τη φυσική περιοχή (συντομογραφία Αp).

Aem = εap Ap

εap είναι η απόδοση διαφράγματος, 0 ≤ εap ≤ 1

Κέρδος = G0

G0 = (1/2) * (4π / λ2) * (ένα1 b1)

Ή, G0 = (2π / λ2) * √ (3λρ2) * √ (2λρ1)

Ή, G0 (2π / λ2) * √ (3λρh * 2λρe) - (1)

Όπως υποθέτουμε ρ2 Ρh και ρ1 Ρe για μεγάλες κεραίες κέρατων.

Τώρα, για να πραγματοποιήσουμε τη φυσική κεραία, κe και Ph πρέπει να είναι ίσοι.

Ξέρουμε ότι,

Pe = (β1 - β) [(ρe / β1)2 - ¼]1/2

Ph = (α1 - α) [(ρh / ένα1)2 - ¼]1/2

Τώρα, μπορούμε να ξαναγράψουμε την εξίσωση (1) όπως παρακάτω.

[√ (2χ) - b / λ]2 (2χ -1) = [{(Γ0 / 2π√χ) * √ (3 / 2π)} - (α / λ)]2 * [(Γ02 / 6π3χ) - 1] - (2)

Που,

ρe / λ = χ και,

ρh / λ = Ζ02 / 8π3χ

Η εξίσωση (2) είναι γνωστή ως εξίσωση σχεδίασης κεραίας.

  1. Αρχικά, πρέπει να υπολογίσουμε την τιμή του χ, η οποία θα ικανοποιήσει την αξία του κέρδους. Μια επαναληπτική προσέγγιση με μια δοκιμαστική τιμή θεωρείται ότι ανακαλύπτει την τιμή χ.

χ (ίχνος) = χ1 = Ζ0 / 2π√2π

  1. Μόλις υπολογιστεί η σωστή τιμή, η τιμή του ρe ρh υπολογίζονται.
  2. Τα a1 και b1 που σχετίζονται με τα σχέδια υπολογίζονται μετά από αυτό.

a1 = √ (3λρ2) ≈ √ (3λρh) = (G0 / 2π) * √ (3λ / 2πχ)

b1 = √ (2λρ1) ≈ √ (2λρe) = √ (2λχ)

  1. Οι τιμές του pe και πh υπολογίζονται επιτέλους.

Κατευθυντικότητα της Κεραίας κεραίας

Πριν ξεκινήσουμε να ανακαλύπτουμε την κατευθυντικότητα μιας κεραίας κέρατος, ενημερώστε μας για την κατευθυντικότητα μιας κεραίας; Η κατευθυντικότητα μιας κεραίας ορίζεται ως ο λόγος της έντασης της ακτινοβολίας μιας κεραίας σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση προς τη μέση ένταση της ακτινοβολίας σε όλες τις κατευθύνσεις. Η κατευθυντικότητα θεωρείται παράμετρος για τον υπολογισμό του αριθμού της αξίας της κεραίας.

Η ακόλουθη μαθηματική έκφραση περιγράφει την κατευθυντικότητα.

Δ = U / U0 = 4πU / Ρrad

Όταν δεν δίνεται η κατεύθυνση, η προεπιλεγμένη κατεύθυνση είναι η κατεύθυνση της μέγιστης έντασης ακτινοβολίας.

Dmax = D0 = Umax / U0 = 4πUmax / Ρrad

Εδώ, το «D» είναι η κατευθυντικότητα και δεν έχει κατεύθυνση καθώς είναι μια αναλογία. Το U είναι η ένταση της ακτινοβολίας. Εmax είναι η μέγιστη ένταση ακτινοβολίας. Ε0 είναι η ένταση της ακτινοβολίας της ισοτροπικής πηγής. Πrad είναι η συνολική ακτινοβολημένη ισχύς. Η μονάδα του είναι Watt (W).

Όπως προαναφέρθηκε, η κεραία κέρατος είναι τριών τύπων. Όλα τα μαθήματα έχουν διαφορετική κατευθυντικότητα. Ας συζητήσουμε όλα αυτά.

Τομεακό κέρατο ηλεκτρονικού αεροπλάνου

Η ακόλουθη έκφραση δίνει την κατευθυντικότητα της κεραίας E-Plane.

DE = 4πUmax /Prad = (64αρ1 * | F (t) | 2) / πλ β1

Πού, | F (t) | = [Γ2b1 / √ (2λρ1) + S2b1 / √ (2λρ1)]

H-Plane Τομεακό Κέρας

Η ακόλουθη έκφραση δίνει την κατευθυντικότητα της τομεακής κεραίας κέρατος του επιπέδου Η.

DH = 4πUmax /Prad = [4πbρ2 /a1 λ] * {[C (u) - C (v)]2 + [S (u) - S (v)]2}

Που,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ2)/ένα1 + α1/ √ (λρ2)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ2)/ένα1 - ένα1/ √ (λρ2)}]

Κεραία Πυραμιδικού Κέρατος

Η κατευθυντικότητα της πυραμιδικής κεραίας-κεραίας εξαρτάται τόσο από την κατευθυντικότητα της τομεακής κόρνας αεροπλάνου Ε & Η. Η εξίσωση δίνεται παρακάτω.

DP = 4πUmax /Prad = [8πρ1ρ2 /a1b1] * {[C (u) - C (v)]2 + [S (u) - S (v)]2} * {[Γ2b1 / √ (2λρ1) + S2b1 / √ (2λρ1)]}

Μπορεί να γραφτεί ως -

DP = [π λ2 / 32ab] * ΔEDH

Μοτίβο ακτινοβολίας κεραίας κεραιών

Το μοτίβο ακτινοβολίας είναι η γωνιακή εξάρτηση της ισχύος των ραδιοκυμάτων από οποιαδήποτε ηλεκτρομαγνητική πηγή. Η παρακάτω εικόνα δείχνει το μοτίβο ακτινοβολίας μιας πυραμιδικής κεραίας κόρνας.

Εικόνα που απεικονίζει μοτίβο ακτινοβολίας κεραίας Horn

Κέρδος Κεραίας Κερα

Το κέρδος μιας κεραίας θα αναφέρεται ως ο λόγος της έντασης σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση προς την ένταση της ακτινοβολίας εάν η κεραία ακτινοβολήθηκε ισοτοπικά. Αποτελεί βασική παράμετρο για τη μέτρηση της απόδοσης της κεραίας και έχει στενή σχέση με την κατευθυντικότητα της κεραίας. Το κέρδος μιας κεραίας κέρατος κυμαίνεται γύρω στα 25 dBi και το εύρος είναι συνήθως 10-20 dBi.

Εύρος δέσμης κεραιών κόρνας

Το εύρος ζώνης της κεραίας είναι η γωνιακή απόσταση μεταξύ δύο σημείων αντιστοίχισης στην πίσω πλευρά του ανώτατου περιγράμματος. Το εύρος δέσμης κεραίας-κεραίας μειώνεται εάν αυξηθεί η συχνότητα της διαδικασίας.

Το εύρος ζώνης μιας πρακτικής κεραίας κόρνας παραμένει σε εύρος 10: 1 έως 20: 1.

Λίγα μαθηματικά προβλήματα που σχετίζονται με Horn Antenna

1. Βρείτε την κατευθυντικότητα της τομεακής κεραίας κέρατου E-level. Οι λεπτομέρειες για την κεραία δίνονται παρακάτω. a = 0.5λ, b = 0.25λ, b1 = 6λ, ρ1 = 6λ

Λύση:

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

Ένα μέρος του ολοκληρωμένου γραφήματος Fresnel. Πιστωτική εικόνα - A. VAN WIJNGAARDEN και WL SCHEEN

Τώρα, [C (1.73)]2 = (0.32)2 = 0.1024 [από το γράφημα των ολοκληρωμάτων Fresnel]

Και, [S (1.73)]2 = (0.54)2 = 0.2916 [από το γράφημα των ολοκληρωμάτων Fresnel]

Το ξέρουμε αυτό, ΔE = 4πUmax /Prad = (64αρ1 * | F (t) | 2) / πλb1

Πού, | F (t) | = [Γ2b1 / √ (2λρ1) + S2b1 / √ (2λρ1)]

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

Ή, ΔE = 4.01 dB.

Έτσι, η κατευθυντικότητα του δεδομένου E-Plane Sectoral Horn-Antenna είναι 4.01 dB.

2. Βρείτε την κατευθυντικότητα της τομεακής κεραίας κέρατου H-level. Οι λεπτομέρειες της κεραίας δίνονται παρακάτω. a = 0.5λ, b = 0.25λ, α1 = 6λ, ρ2 = 6λ

Λύση:

Ξέρουμε ότι,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ2)/ένα1 + α1/ √ (λρ2)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ2)/ένα1 - ένα1/ √ (λρ2)}]

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

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

Χρησιμοποιώντας ολοκληρώματα Fresnel,

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

Γνωρίζουμε ότι η κατευθυντικότητα της τομεακής κεραίας κεραίας Η-επιπέδου είναι 

DH = 4πUmax /Prad = [4πbρ2 /a1 λ] * {[C (u) - C (v)]2 + [S (u) - S (v)]2}

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

Ή, ΔH = (3.141) * (1.0629 + 1.1151)

Ή, ΔH = 6.84 dB

Έτσι, η κατευθυντικότητα του δεδομένου H-αεροπλάνου Sectoral Horn-Antenna είναι 6.84 dB.

3. Παρακάτω δίνονται λεπτομέρειες σχεδιασμού μιας πυραμιδικής κεραίας-κέρατος. ρ2 = 6λ = ρ1 = 6λ; a = 0.5λ, b = 0.25λ; ένα1 = 6λ = β1 = 6λ; Ελέγξτε εάν μπορεί να σχεδιαστεί μια πρακτική κεραία κόρνας με αυτές τις λεπτομέρειες. Επίσης, μάθετε την κατευθυντικότητα της κεραίας της πυραμίδας.

Λύση:

            Τώρα, ρe = λ √ ([62+ (6/2)2] = 6.708λ

            Και, ρh = λ √ ([62+ (6/2)2] = 6.708λ

Ξέρουμε ότι,

Pe = (β1 - β) [(ρe / β1)2 - ¼]1/2

Ph = (α1 - α) [(ρh / ένα1)2 - ¼]1/2

Τώρα, Ρe = (6λ– 0.25λ) [(6.708 / 6)2 - ¼]1/2 = 5.74λ

Και πh = (6λ– 0.5λ) [(6.708 / 6)2 - ¼]1/2 = 5.12λ

Όπως μπορούμε να δούμε, Pe δεν είναι ίσο με Ph, έτσι ο σχεδιασμός δεν είναι δυνατόν να εφαρμοστεί.

            Γνωρίζουμε ότι η κατεύθυνση μιας πυραμιδικής κεραίας-κέρατος είναι 

DP = [π λ2 / 32ab] * ΔEDH

            Τώρα, ΔP = [π / 32 * (0.5) * (0.25)] * 6.84 * 4.01]

            [Η τιμή του DEDH είναι έχει υπολογιστεί προηγουμένως]

            Ή, ΔP = 21.54

            Μετατροπή της στην τιμή dB, DP = 10log21.54 = 13.33 dB

Επομένως, η κατευθυντικότητα της δεδομένης κεραίας Pyramidal Horn είναι 13.33 dB.

Σχετικά με τη Sudipta Roy

Είμαι ενθουσιώδης των ηλεκτρονικών και επί του παρόντος αφιερώνω στον τομέα των ηλεκτρονικών και των επικοινωνιών.
Έχω έντονο ενδιαφέρον για την εξερεύνηση σύγχρονων τεχνολογιών όπως η AI & Machine Learning.
Τα γραπτά μου είναι αφιερωμένα στην παροχή ακριβών και ενημερωμένων δεδομένων σε όλους τους μαθητές.
Βοηθώντας κάποιον να αποκτήσει γνώση μου δίνει μεγάλη χαρά.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/