Che cos'è l'antenna a tromba: 9 concetti importanti


Credito immagine: Schwarzbeck Mess-Elektronik, Schwarzbeck BBHA 9120 DCC BY-SA 3.0

Spunti di discussione: antenna a tromba

  • Introduzione
  • Uso dell'antenna a tromba
  • Elementi di un'antenna a cono e Tipi di antenna a cono
  • Design dell'antenna a tromba
  • Direttività dell'antenna a cono
  • Schema di radiazione dell'antenna a tromba
  • Guadagno dell'antenna a tromba
  • Larghezza del fascio dell'antenna a tromba
  • Pochi problemi matematici relativi all'antenna a tromba

Introduzione

Per definire un'antenna a cono, dovremmo conoscere la corretta definizione dell'antenna. Secondo le definizioni standard IEEE delle antenne,

"Un'antenna è un mezzo per irradiare o ricevere onde radio".

L'antenna a tromba è il tipo più popolare di antenna Aperture. Le antenne ad apertura sono progettate appositamente per le frequenze delle microonde. Questi tipi di antenne ad apertura sono ampiamente utilizzati e più disadorni tranne qualsiasi tipo.

Sebbene l'utilizzo dell'antenna a tromba sia stato avviato nel 1800, l'applicazione rapida è stata creata negli anni '1930. Anche queste antenne avevano subito modifiche drastiche durante questo periodo. Sono state fatte numerose tesi e ricerche per descrivere il design dell'antenna a tromba, scoprire il diagramma di radiazione dell'antenna a tromba e applicazioni in diversi settori. Il applicazioni in microonde e il dominio di trasmissione della guida d'onda ha reso famosa l'antenna delle corna. Ecco perché le antenne a tromba sono spesso interpretate come antenne a tromba a microonde.

Cos'è la linea di trasmissione? Com'è correlato all'antenna? Sapere qui!

Uso dell'antenna a tromba

Le antenne a tromba hanno trovato applicazioni di grande impatto come elementi di alimentazione per radioastronomia pesante, localizzazione satellitare, antenne di comunicazione e molti altri luoghi. Viene utilizzato come alimentazione per riflettore e lenti e utilizzato anche in phased array. Queste antenne sono preferite rispetto a diversi tipi di antenne con apertura, a causa del loro design equo e diretto, miglior guadagno, versatilità e prestazioni complessive.

Elementi di un'antenna a tromba

L'antenna a tromba è un tubo di risonanza di vari design che può essere sagomato per creare un'apertura più ampia. Le prestazioni complessive dell'antenna sono influenzate dalla direzione, dalla quantità di conicità, dalla direttività.

Tipi di antenna a cono

Le antenne a tromba hanno forme diverse per le operazioni. Loro sono -

· Antenna a tromba settoriale

  • E-aereo
  • H-aereo

· Antenna a corno piramidale

Un tipico corno piramidale -antenna, Credito - Tactron ElektronikAntenne a corno ATMCC BY-SA 3.0

· Antenna a corno conico

Tromba conica - Antenna e suo diagramma di radiazione; Credito immagine - Mª Luisa BelloBocina Lente DieléctricaCC BY-SA 4.0

· Antenna a tromba ondulata

Antenna a tromba ondulata; Credito immagine: Laurent06LNB 2CC BY-SA 3.0

· Antenna con tromba diagonale

Antenna a tromba diagonale; Fonte immagine - NRAO / AUI / NSF, Antenna a tromba con calibrazione NRAO (1967)CC BY 3.0

· Antenna a tromba increspata

Antenna a corno increspato; Credito immagine -Schwarzbeck Mess-Elektronik, Schwarzbeck BBHA 9120 DCC BY-SA 3.0

· Antenna a tromba conica dual-mode

· Antenna a tromba a setto

· Antenna a tromba con apertura limitata

Design dell'antenna a tromba (antenna a tromba piramidale)

L'antenna a tromba piramidale è il tipo più utilizzato e popolare di antenna a tromba. È noto come tromba a guadagno standard (ecco perché scegliamo un corno piramidale per la descrizione). Il diagramma di radiazione del corno piramidale è la combinazione di antenne a tromba settoriali E e H. Parliamo del progetto di un'antenna a tromba piramidale.

procedura di progettazione

  • Il progettista / ingegnere dovrebbe conoscere il guadagno (G.0). Anche le misure di 'a', 'b', del quadrilatero guida d'onda (usato come feed) dovrebbe essere noto.  
  • La progettazione mira a derivare dimensioni come: a1, b1,e,h, Pe, Ph. Il calcolo dovrebbe portare il progettista al guadagno ottimale dell'antenna a tromba.
  • Anche la selezione di a1 e b1 dovrebbe avvenire in modo guidato in modo che aiutino a trovare il guadagno ottimale e possiamo derivare le equazioni di progetto.
  • L'efficienza di un'antenna a tromba comprese le aperture è di circa il 50%. Ora sappiamo che -

a1 √ (3λρ2)

b1 √ (2λρ1)

La direttività è data come - D0

D0 = Aem [4π / λ2]

Aem è l'area massima effettiva e ha una relazione con l'area fisica (abbreviata come Ap).

Aem =ap Ap

εap è l'efficienza dell'apertura, 0 ≤ εap ≤ 1

Guadagno = G0

G0 = (1/2) * (4π / λ2) * (un1 b1)

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

Oppure, G0 (2π /2) * (3λρh * 2λρe) - (1)

Poiché assumiamo ρ2 ≈ ρh e ρ1 ≈ ρe per lunghe antenne a tromba.

Ora, per realizzare l'antenna a tromba fisica, Pe e Ph deve essere uguale.

Lo sappiamo,

Pe = (b1 - b) [(ρe / B1)2 - ¼]1 / 2

Ph = (a1 - a) [(ρh / un1)2 - ¼]1 / 2

Ora possiamo riscrivere l'equazione (1) come di seguito.

[√ (2χ) - b / λ]2 (2χ -1) = [{(G0 / 2π√χ) * √ (3 / 2π)} - (a / λ)]2 * [(G.02 / 6π3χ) - 1] - (2)

Dove,

ρe / λ = χ e,

ρh / = G02 / 8π3χ

L'equazione (2) è nota come equazione di progettazione dell'antenna a tromba.

  1. Per prima cosa, dobbiamo calcolare il valore di χ, che gratificherà il valore del guadagno. Si considera un approccio iterativo con un valore di prova per scoprire il valore χ.

χ (sentiero) = χ1 = g0 / 2π√2π

  1. Una volta calcolato il valore corretto, il valore di ρe e ρh vengono calcolati.
  2. Successivamente vengono calcolati a1 e b1 relativi ai progetti.

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

b1 = (2λρ1) ≈ √ (2λρe) = (2λχ)

  1. I valori di pe e ph vengono finalmente calcolati.

Direttività dell'antenna a tromba

Prima di scoprire la direttività di un'antenna a tromba, facci sapere la direttività di un'antenna? La direttività di un'antenna è definita come il rapporto tra l'intensità di radiazione di un'antenna in una particolare direzione e l'intensità di radiazione media su tutte le direzioni. La direttività è considerata un parametro per il calcolo della cifra di merito dell'antenna.

La seguente espressione matematica descrive la direttività.

D = U/U0 = 4πU / Prad

Quando la direzione non è specificata, la direzione predefinita è la direzione della massima intensità di radiazione.

Dmax = D0 = umax /U0 = 4πUmax / Prad

Qui, "D" è la direttività e non ha direzione in quanto è un rapporto. U è l'intensità della radiazione. Umax è la massima intensità di radiazione. U0 è l'intensità della radiazione della sorgente isotropa. Prad è la potenza irradiata totale. La sua unità è Watt (W).

Come detto in precedenza, l'antenna a tromba è di tre tipi. Tutte le classi hanno direttività diversa. Parliamo di tutti loro.

Avvisatore acustico settoriale E-Plane

La seguente espressione fornisce la direttività dell'antenna a tromba E-Plane.

DE = 4πUmax /Prad = (64aρ1 * | F (t) | 2) / πλ b1

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

Tromba settoriale H-Plane

La seguente espressione fornisce la direttività dell'antenna a tromba settoriale sul piano H.

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

Dove,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ2)/un1 + a1/ (λρ2)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ2)/un1 - Un1/ (λρ2)}]

Antenna a corno piramidale

La direttività dell'antenna a tromba piramidale dipende sia dalla direttività del corno settoriale piano E e H. L'equazione è fornita di seguito.

DP = 4πUmax /Prad = [8πρ1ρ2 /a1b1] * {[C (u) - C (v)]2 + [S (u) - S (v)]2} * {[C2b1 / (2λρ1) + S2b1 / (2λρ1)]}

Può essere scritto come -

DP = [πλ2 / 32ab] * REEDH

Modello di radiazione dell'antenna a corno

Il modello di radiazione è la dipendenza angolare della forza delle onde radio da qualsiasi sorgente elettromagnetica. L'immagine sotto mostra il diagramma di radiazione di un'antenna a tromba piramidale.

Immagine raffigurante il diagramma di radiazione dell'antenna a corno

Guadagno dell'antenna a tromba

Il guadagno di un'antenna si riferirebbe al rapporto tra l'intensità in una particolare direzione e l'intensità della radiazione se l'antenna fosse irradiata isotopicamente. È un parametro essenziale per misurare le prestazioni di un'antenna e ha una stretta relazione con la direttività dell'antenna. Il guadagno di un'antenna a tromba è di circa 25 dBi e la gamma è tipicamente di 10 - 20 dBi.

Larghezza del fascio dell'antenna a tromba

La larghezza di banda dell'antenna è la distanza angolare tra due punti di corrispondenza sul lato opposto del contorno supremo. L'ampiezza del raggio dell'antenna a tromba diminuisce se la frequenza del processo viene aumentata.

La larghezza di banda di una pratica antenna a tromba è compresa tra 10: 1 e 20: 1.

Pochi problemi matematici relativi all'antenna a tromba

1. Trovare la direttività dell'antenna a tromba settoriale del piano E. I dettagli per l'antenna sono forniti di seguito. a = 0.5λ, b = 0.25λ, b1 = 6λ, ρ1 = 6λ

Soluzione:

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

Una parte di Fresnel Integral Chart; Credito immagine - A. VAN WIJNGAARDEN e WL SCHEEN

Ora, [C (1.73)]2 = (0.32)2 = 0.1024 [dal grafico degli integrali di Fresnel]

E, [S (1.73)]2 = (0.54)2 = 0.2916 [dal grafico degli integrali di Fresnel]

Lo sappiamo, DE = 4πUmax /Prad = (64aρ1 * | F (t) | 2) / πλb1

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

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

Oppure, DE = 4.01 dB.

Quindi, la direttività della data antenna a tromba settoriale E-Plane è 4.01 dB.

2. Trovare la direttività dell'antenna a tromba settoriale sul piano H. I dettagli dell'antenna sono forniti di seguito. a = 0.5λ, b = 0.25λ, a1 = 6λ, ρ2 = 6λ

Soluzione:

Lo sappiamo,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ2)/un1 + a1/ (λρ2)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ2)/un1 - Un1/ (λρ2)}]

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

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

Utilizzando integrali di Fresnel,

C (u) = C (2.02) = 0.48825

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

S (u) = S (2.02) = 0.3434

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

Sappiamo che la direttività dell'antenna a tromba settoriale sul piano H lo è 

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

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

Oppure, DH = (3.141) * (1.0629 + 1.1151)

Oppure, DH = 6.84 dB

Quindi, la direttività della data antenna a tromba settoriale sul piano H è 6.84 dB.

3. I dettagli di progettazione di un'antenna a tromba piramidale sono forniti di seguito. ρ2 = 6λ = ρ1 = 6λ; a = 0.5λ, b = 0.25λ; un1 = 6λ = b1 = 6λ; Verificare se è possibile progettare una pratica antenna con tromba con questi dettagli. Inoltre, scopri la direttività dell'antenna a tromba piramidale.

Soluzione:

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

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

Lo sappiamo,

Pe = (b1 - b) [(ρe / B1)2 - ¼]1 / 2

Ph = (a1 - a) [(ρh / un1)2 - ¼]1 / 2

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

E, Ph = (6λ– 0.5λ) [(6.708 / 6)2 - ¼]1 / 2 = 5.12λ

Come possiamo vedere, Pe non è uguale a Ph, quindi il design non è possibile implementare.

            Sappiamo che la direttività di un'antenna a tromba piramidale è 

DP = [πλ2 / 32ab] * REEDH

            Ora, D.P = [π / 32 * (0.5) * (0.25)] * 6.84 * 4.01]

            [Il valore di DEDH è è stato calcolato in precedenza]

            Oppure, DP = 21.54

            Convertendolo nel valore dB, DP = 10log21.54 = 13.33 dB

Quindi, la direttività della data antenna a tromba piramidale è di 13.33 dB.

Sudipta Roy

Sono un appassionato di elettronica e attualmente dedito al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Ho un vivo interesse nell'esplorare le moderne tecnologie come AI e Machine Learning. I miei scritti sono dedicati a fornire dati accurati e aggiornati a tutti gli studenti. Aiutare qualcuno ad acquisire conoscenza mi dà un immenso piacere. Connettiamoci tramite LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

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