เสาอากาศแบบแตรเป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยท่อนำคลื่นวิทยุและแตรโลหะ มีการใช้งานที่หลากหลาย ใช้ในอุปกรณ์วัดและเป็นอุปกรณ์อิสระ

นี่คืออะไร

เสาอากาศแบบแตรเป็นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยท่อนำคลื่นแบบปลายเปิดและหม้อน้ำ รูปร่างเสาอากาศดังกล่าวคือส่วน H, E-sectoral, กรวยและเสี้ยม เสาอากาศ - บรอดแบนด์มีลักษณะเป็นแฉกขนาดเล็ก การออกแบบฮอร์นด้วยความพยายามนั้นเรียบง่าย เครื่องขยายเสียงช่วยให้มีขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น หรือเลนส์จัดเฟสของคลื่นและส่งผลดีต่อขนาดของอุปกรณ์

เสาอากาศดูเหมือนระฆังที่มีท่อนำคลื่นติดอยู่ ข้อเสียเปรียบหลักของฮอร์นคือพารามิเตอร์ที่น่าประทับใจ เพื่อให้เสาอากาศอยู่ในสภาพการทำงานจะต้องอยู่ในมุมที่แน่นอน นั่นคือเหตุผลที่แตรยาวกว่าภาคตัดขวาง หากคุณพยายามสร้างเสาอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งเมตร มันจะยาวขึ้นหลายเท่า บ่อยครั้งที่อุปกรณ์ดังกล่าวใช้เป็นเครื่องฉายรังสีกระจกหรือสำหรับให้บริการสายรีเลย์วิทยุ

ลักษณะเฉพาะ

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบฮอร์นคือการกระจายเชิงมุมของพลังงานหรือความหนาแน่นฟลักซ์ของพลังงานต่อหน่วยมุม คำจำกัดความหมายความว่าอุปกรณ์เป็นบรอดแบนด์ มีสายป้อน และระดับกลีบหลังเล็กน้อยของไดอะแกรม เพื่อให้ได้รังสีที่มีทิศทางสูงจำเป็นต้องทำให้แตรยาว สิ่งนี้ใช้ไม่ได้จริงและถือเป็นข้อเสียของอุปกรณ์นี้

เสาอากาศประเภทหนึ่งที่ทันสมัยที่สุดคือฮอร์นพาราโบลา คุณสมบัติหลักและข้อดีคือเนื้อด้านข้างต่ำ ซึ่งรวมกับรูปแบบการแผ่รังสีที่แคบ ในทางกลับกัน อุปกรณ์ฮอร์น-พาราโบลามีขนาดใหญ่และหนัก ตัวอย่างหนึ่งของประเภทนี้คือเสาอากาศที่ติดตั้งบนสถานีอวกาศเมียร์

ตามคุณสมบัติและลักษณะทางเทคนิคอุปกรณ์แตรไม่แตกต่างจากเครื่องรับที่ติดตั้งในโทรศัพท์มือถือ ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือเสาอากาศด้านหลังมีขนาดกะทัดรัดและซ่อนอยู่ภายใน อย่างไรก็ตาม เสาอากาศแบบฮอร์นขนาดเล็กอาจเสียหายภายในอุปกรณ์เคลื่อนที่ได้ ดังนั้น ขอแนะนำให้ปกป้องเคสโทรศัพท์ด้วยเคส

ประเภท

เสาอากาศแบบแตรมีหลายประเภท:

• เสี้ยม (ทำในรูปแบบของปิรามิดของจัตุรมุขที่มีส่วนสี่เหลี่ยมผืนผ้าใช้บ่อยที่สุด);
• เซกเตอร์ (มีแตรที่มีนามสกุล H หรือ E);
• รูปกรวย (ทำในรูปแบบของกรวยที่มีหน้าตัดเป็นวงกลม, ปล่อยคลื่นของโพลาไรซ์แบบวงกลม);
• ลูกฟูก (ฮอร์นที่มีแบนด์วิธกว้าง, แฉกด้านข้างขนาดเล็ก, ใช้สำหรับกล้องโทรทรรศน์วิทยุ, เสาอากาศแบบพาราโบลาและดาวเทียม);
• ฮอร์น-พาราโบลา (ประกอบด้วยฮอร์นและพาราโบลา มีรูปแบบการแผ่รังสีแคบ ระดับกลีบด้านข้างต่ำ ทำงานที่สถานีถ่ายทอดวิทยุและสถานีอวกาศ)

การศึกษาเสาอากาศแบบแตรช่วยให้คุณศึกษาหลักการทำงานคำนวณรูปแบบการแผ่รังสีและอัตราขยายของเสาอากาศที่ความถี่หนึ่ง

มันทำงานอย่างไร

เสาอากาศวัดแบบฮอร์นจะหมุนรอบแกนของตัวเองซึ่งตั้งฉากกับระนาบ เครื่องตรวจจับพิเศษพร้อมการขยายสัญญาณเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของอุปกรณ์ หากสัญญาณอ่อน ลักษณะเฉพาะของกระแส-แรงดันกำลังสองจะก่อตัวขึ้นในเครื่องตรวจจับ เสาอากาศที่อยู่นิ่งจะสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งงานหลักคือการส่งคลื่นฮอร์น เพื่อลบคุณลักษณะทิศทาง มันถูกปรับใช้ จากนั้นการอ่านจะถูกนำมาจากอุปกรณ์ เสาอากาศหมุนรอบแกนและบันทึกข้อมูลการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด ใช้สำหรับรับคลื่นวิทยุและรังสีไมโครเวฟ อุปกรณ์นี้มีข้อดีมากกว่าชุดสายไฟเนื่องจากสามารถรับสัญญาณจำนวนมากได้

ใช้ที่ไหน

เสาอากาศแบบ Horn ใช้เป็นอุปกรณ์แยกต่างหากและเป็นเสาอากาศสำหรับอุปกรณ์ตรวจวัด ดาวเทียม และอุปกรณ์อื่นๆ ระดับของรังสีขึ้นอยู่กับการเปิดของฮอร์นเสาอากาศ กำหนดโดยขนาดของพื้นผิว อุปกรณ์นี้ใช้เป็นเครื่องฉายรังสี หากการออกแบบอุปกรณ์รวมกับตัวสะท้อนแสงจะเรียกว่าฮอร์นพาราบาลิก หน่วยที่ได้รับมักใช้สำหรับการวัด เสาอากาศใช้เป็นกระจกหรือเครื่องฉายรังสี

พื้นผิวด้านในของฮอร์นสามารถเรียบเป็นลอนลูกฟูก และเจนเนอราทริกซ์สามารถมีเส้นเรียบหรือโค้งได้ การดัดแปลงต่างๆ ของอุปกรณ์เปล่งแสงเหล่านี้ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงคุณลักษณะและฟังก์ชันการทำงาน ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ได้ไดอะแกรมแบบสมมาตร หากจำเป็นต้องแก้ไขคุณสมบัติทิศทางของเสาอากาศให้ติดตั้งเลนส์เร่งหรือลดความเร็วในช่องเปิด

การตั้งค่า

เสาอากาศแบบฮอร์น-พาราโบลาถูกปรับในส่วนท่อนำคลื่นโดยใช้ไดอะแกรมหรือพิน หากจำเป็นอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถสร้างขึ้นเอง เสาอากาศอยู่ในคลาสรูรับแสง ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์จะรับสัญญาณผ่านรูรับแสงซึ่งแตกต่างจากรุ่นสาย ยิ่งฮอร์นของเสาอากาศมีขนาดใหญ่เท่าใด ก็จะยิ่งรับคลื่นได้มากเท่านั้น การเสริมกำลังทำได้ง่ายโดยการเพิ่มขนาดของยูนิต ข้อดีของมันรวมถึงบรอดแบนด์ การออกแบบที่เรียบง่าย การทำซ้ำที่ยอดเยี่ยม สำหรับข้อเสีย - เมื่อสร้างเสาอากาศเดียวจำเป็นต้องใช้วัสดุสิ้นเปลืองจำนวนมาก

ในการสร้างเสาอากาศเสี้ยมด้วยมือของคุณเอง ขอแนะนำให้ใช้วัสดุราคาไม่แพงเช่นการชุบสังกะสี, กระดาษแข็งที่ทนทาน, ไม้อัดร่วมกับฟอยล์โลหะ อนุญาตให้คำนวณพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ในอนาคตโดยใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์แบบพิเศษ พลังงานที่ได้รับจากแตรจะเข้าสู่ท่อนำคลื่น หากคุณเปลี่ยนตำแหน่งของพิน เสาอากาศจะทำงานในช่วงกว้าง เมื่อสร้างอุปกรณ์ โปรดทราบว่าผนังด้านในของแตรและท่อนำคลื่นต้องเรียบ และกริ่งด้านนอกต้องแข็ง

การแผ่รังสีมาจากปลายเปิดของท่อนำคลื่น ท่อนำคลื่นชนิดสี่เหลี่ยมหรือกลมใช้สำหรับส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม ท่อนำคลื่นสามารถใช้ได้ไม่เพียงแค่เพื่อส่งสัญญาณพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังสามารถแผ่รังสีออกมาได้อีกด้วย

ปลายเปิดของท่อนำคลื่นถือได้ว่าเป็นเสาอากาศไมโครเวฟที่ง่ายที่สุด

ปลายเปิดของท่อนำคลื่นเป็นแท่นที่มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า1

คุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปลายเปิดของท่อนำคลื่น

1. คลื่นไม่ใช่ประเภท TEM ตามขวาง (มีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า).

2. นอกจากคลื่นตกกระทบแล้วยังมีคลื่นสะท้อน

3. นอกจากคลื่นประเภทหลักแล้ว คลื่นประเภทที่สูงกว่าจะปรากฏที่ส่วนท้ายของท่อนำคลื่น

นอกจากนี้ ฟิลด์ไม่ได้มีอยู่เฉพาะในช่องเปิดของท่อนำคลื่นเท่านั้น แต่ยังอยู่ที่พื้นผิวด้านนอกด้วย เนื่องจากการไหลของกระแสน้ำจากปลายท่อนำคลื่นมายังพื้นผิวนี้

การคำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้ทำให้ปัญหาในการกำหนดสนามรังสีจากส่วนปลายเปิดของท่อนำคลื่นซับซ้อนขึ้นอย่างมาก และการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวดก็ประสบปัญหาอย่างมาก ด้วยเหตุนี้จึงมักใช้วิธีการแก้ปัญหาโดยประมาณ สำหรับการแก้ปัญหานี้ แบ่งเป็น 2 ปัญหา คือ ปัญหาภายในและภายนอก

1) ภารกิจภายในคือการหาสนามในช่องเปิดของท่อนำคลื่น

2) งานภายนอกคือการค้นหาสนามรังสีจากสนามที่ทราบในรูรับแสง

พิจารณาท่อนำคลื่นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ประเภทคลื่นพื้นฐาน

ข้าว. 45. ท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยม (a) และโครงสร้างของสนามในนั้นสำหรับคลื่นประเภท: ในระนาบ xOy (b); ในระนาบ xOz (c); ในระนาบ yOz (d)

;

;

.

ความเข้มของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบตรงกลางช่องเปิดของท่อนำคลื่น

ความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น

ความยาวคลื่นในพื้นที่ว่าง

ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนที่ซับซ้อน

สนามในแดนไกล:

ลักษณะอิมพีแดนซ์ของหน้าคลื่นที่ปลายเปิดของท่อนำคลื่น

ความต้านทานคลื่นของตัวกลางคือ

โดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ของสนามที่พบในระนาบหลัก

พื้นที่เปิด Waveguide

รูปแบบการแผ่รังสีของปลายเปิดของท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยม

ข้าว. 46. ​​รูปแบบทิศทางของรังสีจากปลายเปิดของท่อนำคลื่นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ณ

ดังที่เห็นได้จากตัวเลข ความกว้างของรูปแบบรังสีมีขนาดใหญ่ เพื่อให้ได้รูปแบบการแผ่รังสีที่คมชัดยิ่งขึ้น สามารถค่อยๆ เพิ่มส่วนตัดขวางของท่อนำคลื่น โดยเปลี่ยนท่อนำคลื่นเป็นแตร ในกรณีนี้ โครงสร้างสนามในท่อนำคลื่นจะถูกรักษาไว้เป็นส่วนใหญ่

การเพิ่มส่วนตัดขวางของท่อนำคลื่นอย่างราบรื่นช่วยปรับปรุงการจับคู่กับพื้นที่ว่าง

ข้าว. 47. แตรแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทพื้นฐาน

เขาเซกเตอร์และเสี้ยมเป็นที่แพร่หลายที่สุด

พิจารณาส่วนตามยาวของแตรรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าโดยระนาบ E หรือ H

ข้าว. 48. ส่วนตามยาวของแตรรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ฮอร์นเปิด

ความกว้างของการเปิดฮอร์น

ความยาวแตร.

ด้านบนของแตร.

การศึกษาฮอร์นมักดำเนินการโดยวิธีการโดยประมาณเนื่องจากปัญหาทางคณิตศาสตร์

ในขั้นต้น ฟิลด์ในการเปิดเผยถูกกำหนด เมื่อแก้ปัญหานี้ จะถือว่าฮอร์นมีความยาวไม่สิ้นสุด และผนังของฮอร์นเป็นสื่อนำไฟฟ้าในอุดมคติ

หลังจากแก้ปัญหาภายในแล้ว ปัญหาภายนอกก็แก้ไขด้วยวิธีปกติ นั่นคือ คือสนามรังสี

H - ฮอร์นเซกเตอร์ระนาบ

ในการหาโครงสร้างของสนามในฮอร์น เราใช้ระบบพิกัดทรงกระบอก

คลื่นจะมีส่วนประกอบ

ข้าว. 49. ระบบพิกัดทรงกระบอกสำหรับการวิเคราะห์เซกเตอร์ฮอร์น

การแก้ระบบสมการของ Maxwell และใช้นิพจน์ซีมโทติคสำหรับฟังก์ชัน Hankel สำหรับค่าอาร์กิวเมนต์จำนวนมาก เราได้รับค่าต่อไปนี้สำหรับส่วนประกอบของฟิลด์

(1)

.

ในที่นี้ ความแรงของสนามไฟฟ้าที่จุดฮอร์นพร้อมพิกัด และ .

สูตร (1) แสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบขนาดใหญ่และสนามในแตรเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทรงกระบอกตามขวาง เนื่องจากแตรที่ใช้ส่วนใหญ่มีช่องเปิดแบน และคลื่นในแตรเป็นทรงกระบอก สนามในช่องเปิดจะไม่อยู่ในเฟส

ในการพิจารณาความผิดเพี้ยนของเฟสในช่องเปิด ให้พิจารณาส่วนตามยาวของแตร ส่วนโค้งของวงกลมที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ด้านบนสุดของแตรเคลื่อนผ่านหน้าคลื่น ดังนั้นจึงเป็นเส้นที่มีเฟสเท่ากัน ที่จุดพิกัดโดยพลการ ระยะของสนามล่าช้ากว่าระยะตรงกลางของช่องเปิด (ที่จุด ) เป็นมุม

ข้าว. 50. คำจำกัดความของการบิดเบือนเฟสในการเปิดแตร

เนื่องจากโดยปกติแล้วเราจะจำกัดตัวเองให้อยู่ในระยะแรกของการขยายตัวได้

สูตร (2) และเป็นค่าประมาณ สามารถใช้เมื่อหรือ ในแตรที่ใช้มักจะพบเงื่อนไขเหล่านี้

บางครั้งก็สะดวกที่จะกำหนดข้อผิดพลาดของเฟสสูงสุดในการเปิดฮอร์นผ่านความยาวและมุมเปิดครึ่งหนึ่ง

สูตรนี้เป็นจริงสำหรับข้อใดข้อหนึ่ง และ

จะเห็นได้จากสูตรว่าสำหรับช่องที่กำหนดในช่องเปิด ยิ่งมีความแตกต่างจากช่องในเฟสน้อยเท่าใด ความยาวของฮอร์นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ข้อจำกัดด้านมิติจำเป็นต้องหาวิธีประนีประนอม เช่น การกำหนดความยาวของฮอร์นที่การเปลี่ยนเฟสสูงสุดในการเปิดจะไม่เกินค่าที่อนุญาต ค่านี้มักจะถูกกำหนดโดยค่าทิศทางที่ใหญ่ที่สุดที่สามารถหาได้จากฮอร์นที่มีความยาวที่กำหนด สำหรับเซกเตอร์เชียลฮอร์น การเปลี่ยนเฟสสูงสุดที่อนุญาตคือ ซึ่งสอดคล้องกับความสัมพันธ์ต่อไปนี้ระหว่างความยาวฮอร์นที่เหมาะสมที่สุด ขนาดช่องเปิด และความยาวคลื่น :

เพื่อกำหนดการกระจายของแอมพลิจูดของสนามในการเปิดแตร

ดังนั้น ในที่สุด ฟิลด์ในรูรับแสงของเซกเตอร์เชียลฮอร์นสามารถแสดงได้ด้วยนิพจน์

รูปแบบการแผ่รังสีในระนาบ

การพึ่งพาโดยทั่วไปของค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางในการเปิดสัมพัทธ์ของแตรสำหรับความยาวแตรต่างๆ แสดงไว้ด้านล่าง

ข้าว. 51. การพึ่งพา KND ชม -เซกเตอร์ฮอร์นบนความกว้างของช่องเปิดสัมพัทธ์

ที่มีความยาวแตรต่างกัน

เพื่อไม่รวมการขึ้นต่อกันของสัมประสิทธิ์ทิศทางบนแกน y ผลิตภัณฑ์จะถูกลงจุด จะเห็นได้จากกราฟว่าสำหรับแต่ละความยาวของฮอร์นจะมีช่องเปิดของฮอร์นที่ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางสูงสุด การลดลงด้วยการเพิ่มขึ้นอีกนั้นอธิบายได้จากข้อผิดพลาดของเฟสที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในรูรับแสง

ฮอร์นซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์สูงสุดของการดำเนินการตามทิศทางตามความยาวที่กำหนดเรียกว่าเหมาะสมที่สุด จะเห็นได้จากเส้นโค้งที่แสดงในรูปที่ 3 ว่าที่ จุดสูงสุดของเส้นโค้งจะตรงกับความเท่ากัน

หากความยาวของแตรยาวขึ้นด้วยพื้นที่เปิดเดียวกันค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางจะเพิ่มขึ้น แต่ไม่มากนัก จุดสูงสุดของค่าสัมประสิทธิ์ของการดำเนินการตามทิศทางสอดคล้องกับค่าสัมประสิทธิ์การใช้ประโยชน์พื้นที่เปิด

หากความยาวของแตรเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในขีด จำกัด ที่เราจะได้รับฟิลด์อินเฟสในการเปิดแตร ปัจจัยการใช้ประโยชน์จากพื้นที่ในเฟสที่มีการกระจายโคไซน์ของแอมพลิจูดของสนามเท่ากับ ดังนั้น การเพิ่มความยาวของฮอร์นเมื่อเปรียบเทียบกับความยาวที่เหมาะสมจึงไม่สามารถเพิ่มทิศทางได้มากกว่า

ประสิทธิภาพของเสาอากาศแบบแตรเนื่องจากการสูญเสียต่ำสามารถถือเป็นเอกภาพได้

E-ระนาบเซกเตอร์ฮอร์น

สนามในช่องเปิดของระนาบเซกเตอร์ฮอร์น

(1)

ที่นี่ ; ห่างจากคอแตร

สามารถดูได้จากสูตร (1) ว่าความแตกต่างหลักระหว่างสนามในระนาบฮอร์นและสนามในท่อนำคลื่นคือรูปคลื่นทรงกระบอก เป็นผลให้มีการบิดเบือนเฟสในการเปิดของแตร คล้ายกับการบิดเบือนในระนาบแตร

หากมุมเปิดของฮอร์นมีขนาดเล็ก คุณสามารถใส่ . ในกรณีนี้ ความแรงของสนามไฟฟ้าในช่องเปิดสามารถแสดงเป็น:

สนามรังสีของเซกเตอร์ฮอร์นในระนาบ

(2)

จากสูตรนี้พบว่ารูปแบบการแผ่รังสีในระนาบของระนาบฮอร์นจะเหมือนกับรูปแบบปลายเปิดของท่อนำคลื่น

สนามในระนาบ:

(3) . . ปากเป่า

ในกรณีนี้ สูตรสามารถแสดงได้สะดวกดังนี้:

ค่าในวงเล็บจะถูกลงจุดโดยตรงตามพิกัดในกราฟที่ระบุ

การคำนวณแตรเดี่ยว

มาคำนวณหาความยาวคลื่นกัน? และหมายเลขคลื่น k:

โดยที่ c \u003d 3 * 10 8 m / s คือความเร็วแสง

การเลือกขนาดของส่วนตัดขวางของท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยมนั้นทำขึ้นจากเงื่อนไขการแพร่กระจายในท่อนำคลื่นของคลื่น H10 ประเภทหลักเท่านั้น:

ตามมูลค่าที่ได้รับ? เลือกท่อนำคลื่นยี่ห้อ R100 ขนาด a*b=22.86*10.16 mm.

คำนวณค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางของแตร:

ให้เราหาค่าความยาวที่เหมาะสมของแตรในระนาบ E และ H:

เราใช้สมการสำหรับต่อแตรกับท่อนำคลื่น:

ชั่วโมง 1 (1-a / a 1) = ชั่วโมง 2 (1-b / a 2)

เพื่อให้แน่ใจว่าความผิดเพี้ยนของเฟสในรูรับแสงไม่เกินขีดจำกัดที่อนุญาต เราจะใช้ค่าที่มากขึ้นของความยาว h เป็นค่าคงที่ และแสดงค่าที่น้อยลงผ่านค่าที่มากขึ้น:

คำนวณมุมเปิดของเสาอากาศแบบแตร:

คำนวณและสร้างฮอร์น DN

ก) ในระนาบ E

ข้าว. 3.

ความกว้าง DN ที่ระดับ 0.5: ? 0.5 \u003d 5.4 เกี่ยวกับ

b) ในระนาบ H

ข้าว. 4. รูปแบบแตรในระนาบ H

ความกว้าง DN ที่ระดับ 0.5: ? 0.5 \u003d 4.9 ประมาณ

การคำนวณคานเสาอากาศ

1. การทำงานของโหมดทั่วไป

รูปแบบทิศทางของสายอากาศ Horn:

ปัจจัยขัดแตะถูกกำหนดโดยสูตร:

โดยที่ d คือระยะห่างระหว่างอิมิตเตอร์

จะมีค่าสูงสุดของการเลี้ยวเบนหลายแบบในรูปแบบตัวคูณ เนื่องจากขนาดช่องเปิดของหนึ่งฮอร์นมีค่าเท่ากับ 20 * 30 ซม. เงื่อนไขที่รับรองว่ามีอยู่สูงสุดหนึ่งอันจึงไม่เป็นที่พอใจ แต่ตราบใดที่ค่าสูงสุดของการเลี้ยวเบนอยู่นอกกลีบหลักของ RP ของอิมิตเตอร์หนึ่งตัว พวกมันจะไม่อยู่ใน RP ของอาร์เรย์ เนื่องจากพวกมันจะถูกทำลายเมื่อไดอะแกรมถูกคูณ จากสิ่งนี้ เราจะกำหนดระยะห่างระหว่างอิมิตเตอร์ d opt ซึ่งแฉกการเลี้ยวเบนเริ่มปรากฏในรูปแบบของเส้นอิมิตเตอร์:

d opt = ?/sin(? 0 เช่น)

ตาม DN ของฮอร์นเดียว เราพบว่าทั้งสองระนาบ (ระนาบ H และ E) ? 0 izl \u003d 9 o จากนั้น

d opt = 3.1/sin9 o = 19.8 ซม.

ค่าที่ได้รับ d opt นั้นใกล้เคียงในแง่ของขนาดของการเปิดแตรในระนาบ E a 2 = 20 ซม. ดังนั้นเราจึงใช้ระยะห่างระหว่างตัวปล่อย d = 20 ซม. จากนั้นตำแหน่งของแตรในเสาอากาศจะเป็น ดังแสดงในรูป 5

พิจารณาว่าสำหรับสายตัวปล่อยในเฟส?? = 0 เราจะหารูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศทั้งหมดในระนาบ E โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

ข้าว. 6.

กำหนดความกว้างของรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศที่ระดับศูนย์และที่ระดับ 0.5 ดังนี้:

ระดับกลีบข้าง:

ตำแหน่งของค่าสูงสุดของการเลี้ยวเบนแรกถูกกำหนดโดยสูตร:

ผลต่าง = ± อาร์คซิน(p?? / d),

โดยที่ p คือจำนวนกลีบเลี้ยวเบน

ความแตกต่าง \u003d ± arcsin (3.1 / 20) \u003d ± 8.9 °

รูปแบบการแผ่รังสีของเส้นอิมิตเตอร์ในระนาบ H จะเหมือนกับของอิมิตเตอร์หนึ่งเส้นในระนาบ H

2. การทำงานนอกเฟส

ให้เราคำนวณค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของรูปแบบเสาอากาศจากปกติถึงพื้นผิว:

สูงสุด=? 0.7 izv

ตามแผนภูมิ DN ของแตรเดี่ยวในระนาบ E (รูปที่ 3) เรากำหนดอะไร สูงสุด = 4 o.

ระยะห่างระหว่างหม้อน้ำของตะแกรงที่มีการสั่นของลำแสงไฟฟ้าควรน้อยกว่าระยะที่เหมาะสมที่สุด ในกรณีของเรา ขนาดของช่องเปิดของแตรในระนาบที่ลำแสงหักเหจะเท่ากับค่าที่เหมาะสมที่สุด ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะลดระยะห่างระหว่างอิมิตเตอร์ ซึ่งหมายความว่าแฉกการเลี้ยวเบนของตัวคูณเกรตติ้งจะรวมอยู่ในกลีบหลักของรูปแบบอิมิตเตอร์ สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกลีบด้านข้างของรูปแบบเสาอากาศ

ความต่างเฟสของกระแสอิมิตเตอร์?? เราหาได้จากสูตรที่กำหนดทิศทางของรังสีสูงสุด

เราพบรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศในโหมดนอกเฟสโดยการคูณรูปแบบของอิมิตเตอร์หนึ่งตัวในระนาบ E F 2 (? 2) ด้วยปัจจัยตะแกรง F n (? 2) ที่ ?? = 2.8 แรด

ข้าว. 7.

คำนวณทิศทางและอัตราขยายของเสาอากาศ

โดยที่ S a \u003d S? n คือพื้นที่ของพื้นผิวที่แผ่ของเสาอากาศ

การแผ่รังสีมาจากปลายเปิดของท่อนำคลื่น ท่อนำคลื่นชนิดสี่เหลี่ยมหรือกลมใช้สำหรับส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม ท่อนำคลื่นสามารถใช้ได้ไม่เพียงแค่เพื่อส่งสัญญาณพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังสามารถแผ่รังสีออกมาได้อีกด้วย

ปลายเปิดของท่อนำคลื่นถือได้ว่าเป็นเสาอากาศไมโครเวฟที่ง่ายที่สุด

ปลายเปิดของท่อนำคลื่นเป็นแท่นที่มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า1

คุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปลายเปิดของท่อนำคลื่น

1. คลื่นไม่ใช่ประเภท TEM ตามขวาง (มีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า).

2. นอกจากคลื่นตกกระทบแล้วยังมีคลื่นสะท้อน

3. นอกจากคลื่นประเภทหลักแล้ว คลื่นประเภทที่สูงกว่าจะปรากฏที่ส่วนท้ายของท่อนำคลื่น

นอกจากนี้ ฟิลด์ไม่ได้มีอยู่เฉพาะในช่องเปิดของท่อนำคลื่นเท่านั้น แต่ยังอยู่ที่พื้นผิวด้านนอกด้วย เนื่องจากการไหลของกระแสน้ำจากปลายท่อนำคลื่นมายังพื้นผิวนี้

การคำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้ทำให้ปัญหาในการกำหนดสนามรังสีจากส่วนปลายเปิดของท่อนำคลื่นซับซ้อนขึ้นอย่างมาก และการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวดก็ประสบปัญหาอย่างมาก ด้วยเหตุนี้จึงมักใช้วิธีการแก้ปัญหาโดยประมาณ สำหรับการแก้ปัญหานี้ แบ่งเป็น 2 ปัญหา คือ ปัญหาภายในและภายนอก

1) ภารกิจภายในคือการหาสนามในช่องเปิดของท่อนำคลื่น

2) งานภายนอกคือการค้นหาสนามรังสีจากสนามที่ทราบในรูรับแสง

พิจารณาท่อนำคลื่นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ประเภทคลื่นพื้นฐาน

ข้าว. 45. ท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยม (a) และโครงสร้างของสนามในนั้นสำหรับคลื่นประเภท: ในระนาบ xOy (b); ในระนาบ xOz (c); ในระนาบ yOz (d)

ความเข้มของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบตรงกลางช่องเปิดของท่อนำคลื่น

ความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น

ความยาวคลื่นในพื้นที่ว่าง

ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนที่ซับซ้อน

สนามในแดนไกล:

ลักษณะอิมพีแดนซ์ของหน้าคลื่นที่ปลายเปิดของท่อนำคลื่น

ความต้านทานคลื่นของตัวกลางคือ

โดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ของสนามที่พบในระนาบหลัก

พื้นที่เปิด Waveguide

รูปแบบการแผ่รังสีของปลายเปิดของท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยม

ข้าว. 46. ​​รูปแบบทิศทางของรังสีจากปลายเปิดของท่อนำคลื่นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ณ

ดังที่เห็นได้จากตัวเลข ความกว้างของรูปแบบรังสีมีขนาดใหญ่ เพื่อให้ได้รูปแบบการแผ่รังสีที่คมชัดยิ่งขึ้น สามารถค่อยๆ เพิ่มส่วนตัดขวางของท่อนำคลื่น โดยเปลี่ยนท่อนำคลื่นเป็นแตร ในกรณีนี้ โครงสร้างสนามในท่อนำคลื่นจะถูกรักษาไว้เป็นส่วนใหญ่

การเพิ่มส่วนตัดขวางของท่อนำคลื่นอย่างราบรื่นช่วยปรับปรุงการจับคู่กับพื้นที่ว่าง

ข้าว. 47. แตรแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทพื้นฐาน

เขาเซกเตอร์และเสี้ยมเป็นที่แพร่หลายที่สุด

พิจารณาส่วนตามยาวของแตรรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าโดยระนาบ E หรือ H

ข้าว. 48. ส่วนตามยาวของแตรรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ฮอร์นเปิด

ความกว้างของการเปิดฮอร์น

ความยาวแตร.

ด้านบนของแตร.

การศึกษาฮอร์นมักดำเนินการโดยวิธีการโดยประมาณเนื่องจากปัญหาทางคณิตศาสตร์

ในขั้นต้น ฟิลด์ในการเปิดเผยถูกกำหนด เมื่อแก้ปัญหานี้ จะถือว่าฮอร์นมีความยาวไม่สิ้นสุด และผนังของฮอร์นเป็นสื่อนำไฟฟ้าในอุดมคติ

หลังจากแก้ปัญหาภายในแล้ว ปัญหาภายนอกก็แก้ไขด้วยวิธีปกติ นั่นคือ คือสนามรังสี

H - ฮอร์นเซกเตอร์ระนาบ

ในการหาโครงสร้างของสนามในฮอร์น เราใช้ระบบพิกัดทรงกระบอก

คลื่นจะมีส่วนประกอบ

ข้าว. 49. ระบบพิกัดทรงกระบอกสำหรับการวิเคราะห์เซกเตอร์ฮอร์น

การแก้ระบบสมการของ Maxwell และใช้นิพจน์ซีมโทติคสำหรับฟังก์ชัน Hankel สำหรับค่าอาร์กิวเมนต์จำนวนมาก เราได้รับค่าต่อไปนี้สำหรับส่วนประกอบของฟิลด์

ในที่นี้ ความแรงของสนามไฟฟ้าที่จุดฮอร์นพร้อมพิกัด และ .

สูตร (1) แสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบขนาดใหญ่และสนามในแตรเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทรงกระบอกตามขวาง เนื่องจากแตรที่ใช้ส่วนใหญ่มีช่องเปิดแบน และคลื่นในแตรเป็นทรงกระบอก สนามในช่องเปิดจะไม่อยู่ในเฟส

ในการพิจารณาความผิดเพี้ยนของเฟสในช่องเปิด ให้พิจารณาส่วนตามยาวของแตร ส่วนโค้งของวงกลมที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ด้านบนสุดของแตรเคลื่อนผ่านหน้าคลื่น ดังนั้นจึงเป็นเส้นที่มีเฟสเท่ากัน ที่จุดพิกัดโดยพลการ ระยะของสนามล่าช้ากว่าระยะตรงกลางของช่องเปิด (ที่จุด ) เป็นมุม

ข้าว. 50. คำจำกัดความของการบิดเบือนเฟสในการเปิดแตร

เนื่องจากโดยปกติแล้วเราจะจำกัดตัวเองให้อยู่ในระยะแรกของการขยายตัวได้

สูตร (2) และเป็นค่าประมาณ สามารถใช้เมื่อหรือ ในแตรที่ใช้มักจะพบเงื่อนไขเหล่านี้

บางครั้งก็สะดวกที่จะกำหนดข้อผิดพลาดของเฟสสูงสุดในการเปิดฮอร์นผ่านความยาวและมุมเปิดครึ่งหนึ่ง

สูตรนี้เป็นจริงสำหรับข้อใดข้อหนึ่ง และ

จะเห็นได้จากสูตรว่าสำหรับช่องที่กำหนดในช่องเปิด ยิ่งมีความแตกต่างจากช่องในเฟสน้อยเท่าใด ความยาวของฮอร์นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ข้อจำกัดด้านมิติจำเป็นต้องหาวิธีประนีประนอม เช่น การกำหนดความยาวของฮอร์นที่การเปลี่ยนเฟสสูงสุดในการเปิดจะไม่เกินค่าที่อนุญาต ค่านี้มักจะถูกกำหนดโดยค่าทิศทางที่ใหญ่ที่สุดที่สามารถหาได้จากฮอร์นที่มีความยาวที่กำหนด สำหรับเซกเตอร์เชียลฮอร์น การเปลี่ยนเฟสสูงสุดที่อนุญาตคือ ซึ่งสอดคล้องกับความสัมพันธ์ต่อไปนี้ระหว่างความยาวฮอร์นที่เหมาะสมที่สุด ขนาดช่องเปิด และความยาวคลื่น :

เพื่อกำหนดการกระจายของแอมพลิจูดของสนามในการเปิดแตร

ดังนั้น ในที่สุด ฟิลด์ในรูรับแสงของเซกเตอร์เชียลฮอร์นสามารถแสดงได้ด้วยนิพจน์

รูปแบบการแผ่รังสีในระนาบ

การพึ่งพาโดยทั่วไปของค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางในการเปิดสัมพัทธ์ของแตรสำหรับความยาวแตรต่างๆ แสดงไว้ด้านล่าง

ข้าว. 51. การพึ่งพา KND ชม -เซกเตอร์ฮอร์นบนความกว้างของช่องเปิดสัมพัทธ์

ที่มีความยาวแตรต่างกัน

เพื่อไม่รวมการขึ้นต่อกันของสัมประสิทธิ์ทิศทางบนแกน y ผลิตภัณฑ์จะถูกลงจุด จะเห็นได้จากกราฟว่าสำหรับแต่ละความยาวของฮอร์นจะมีช่องเปิดของฮอร์นที่ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางสูงสุด การลดลงด้วยการเพิ่มขึ้นอีกนั้นอธิบายได้จากข้อผิดพลาดของเฟสที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในรูรับแสง

ฮอร์นซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์สูงสุดของการดำเนินการตามทิศทางตามความยาวที่กำหนดเรียกว่าเหมาะสมที่สุด จะเห็นได้จากเส้นโค้งที่แสดงในรูปที่ 3 ว่าที่ จุดสูงสุดของเส้นโค้งจะตรงกับความเท่ากัน

หากความยาวของแตรยาวขึ้นด้วยพื้นที่เปิดเดียวกันค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางจะเพิ่มขึ้น แต่ไม่มากนัก จุดสูงสุดของค่าสัมประสิทธิ์ของการดำเนินการตามทิศทางสอดคล้องกับค่าสัมประสิทธิ์การใช้ประโยชน์พื้นที่เปิด

หากความยาวของแตรเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในขีด จำกัด ที่เราจะได้รับฟิลด์อินเฟสในการเปิดแตร ปัจจัยการใช้ประโยชน์จากพื้นที่ในเฟสที่มีการกระจายโคไซน์ของแอมพลิจูดของสนามเท่ากับ ดังนั้น การเพิ่มความยาวของฮอร์นเมื่อเปรียบเทียบกับความยาวที่เหมาะสมจึงไม่สามารถเพิ่มทิศทางได้มากกว่า

ประสิทธิภาพของเสาอากาศแบบแตรเนื่องจากการสูญเสียต่ำสามารถถือเป็นเอกภาพได้

E-ระนาบเซกเตอร์ฮอร์น

สนามในช่องเปิดของระนาบเซกเตอร์ฮอร์น

ที่นี่ ; ห่างจากคอแตร ระนาบแตรจะเหมือนกับปลายเปิดของท่อนำคลื่น แตรระนาบคือ .

เมื่อเลือกขนาดของระนาบเสียงแตร สามารถปฏิบัติตามข้อควรพิจารณาเดียวกันกับที่ระบุไว้ข้างต้นเกี่ยวกับระนาบเสียงแตรได้

เสาอากาศฮอร์นอยู่ในกลุ่มของเสาอากาศรูรับแสง รูรับแสงเป็นพื้นที่เปิดที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศ เสาอากาศดังกล่าวไม่เหมือนกับสายอากาศ "จับคลื่น" โดยตรงด้วยรูรับแสง และเสาอากาศแบบ Horn เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของสิ่งนี้ เหมือนปลาวาฬสีน้ำเงินจับแพลงก์ตอน ยิ่งเขาอ้าปาก (รูรับแสง) แพลงตอน ( พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า) จะจับ กล่าวอีกนัยหนึ่ง อัตราขยายของเสาอากาศแบบแตรเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่เปิดของแตร และเราสามารถบรรลุอัตราขยายที่น่าประทับใจได้ง่ายๆ โดยการเพิ่มขนาด เสาอากาศแบบฮอร์นใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารด้วยไมโครเวฟระดับมืออาชีพหรือใช้เป็นจานป้อน

ด้วยการสร้างเสาอากาศแบบ Horn แบบง่ายๆ ด้วยตัวเองโดยไม่ต้องใช้เทคนิคพิเศษในการปรับเฟส เช่น Horn รูปตัว H เราจึงสามารถรับเสียงได้ถึง 20-25 dBi ข้อดีของเสาอากาศแบบฮอร์นนั้นรวมถึงความจริงที่ว่ามันเป็นบรอดแบนด์ที่ค่อนข้างดี ดังนั้น มีความสามารถในการทำซ้ำได้ดีมีการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่ายโดยมีอัตราขยายค่อนข้างมาก ในข้อเสียเราสามารถพูดถึงการใช้วัสดุสูงในการเปรียบเทียบเช่นกับแผงปะ เสาอากาศมีอัตราขยายเท่ากันเช่นเดียวกับเครื่องลมขนาดใหญ่ ผู้ไม่ประสงค์ออกนามจำนวนมากถูกกีดกันจากการใช้เสาอากาศแบบแตรเป็นมาตรฐานการวัดในเทคโนโลยีระดับมืออาชีพ เราอยู่ที่ไหนกับกระป๋องของเราต่อหน้าพวกเขา! เป็นไปได้ไหมที่จะใช้กระป๋องเป็นเสาอากาศแทนส่วนของท่อนำคลื่นทรงกลม - เป็นไปได้ไหม? แต่เธอทำงาน! สำหรับคนนิรนามส่วนใหญ่ การซื้อฟอยล์ไฟเบอร์กลาสและแผ่นทองแดงหรืออะไรทำนองนั้นค่อนข้างเป็นปัญหาและมีราคาแพง ดังนั้นการใช้การชุบสังกะสีสำหรับการผลิตเสาอากาศแบบแตรที่ทำด้วยตัวเองจึงไม่เพียงยอมรับได้ แต่ยังเป็นธรรมทางเศรษฐกิจอีกด้วย นอกจากนี้ คุณสามารถใช้ไม้อัดหรือกระดาษแข็งร่วมกับฟอยล์โลหะได้ คุณสามารถดูการออกแบบเหล่านี้ได้ที่ลิงค์ท้ายบทความ

เสาอากาศ Horn แบ่งออกเป็น:

• รูปกรวย
• ภาค
• เสี้ยม
• ลูกฟูก

เสาอากาศแบบปิรามิดฮอร์นที่ต้องทำด้วยตัวเองเหมาะที่สุดสำหรับ DIY คุณสามารถคำนวณขนาดโครงสร้างของเสาอากาศดังกล่าวได้โดยใช้เครื่องคำนวณออนไลน์ของเรา พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่ฮอร์นรวบรวมได้จะเข้าสู่ส่วนของท่อนำคลื่นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ภายในท่อนำคลื่นมีการเปลี่ยนผ่านแบบโคแอกเชียล-ท่อนำคลื่น ซึ่งใกล้เคียงกับของเสาอากาศกระป๋อง ด้วยการเปลี่ยนขนาดและตำแหน่งของพิน ทำให้สามารถจับคู่เสาอากาศในช่วงกว้างกับทั้งฟีดเดอร์ 75 โอห์มและ 50 โอห์ม