Was ist eine Hornantenne: 9 wichtige Konzepte

Bildnachweis: Schwarzbeck Mess-Elektronik, Schwarzbeck BBHA 9120 D., CC BY-SA 3.0

Diskussionspunkte: Hornantenne

• Einleitung
• Verwendung einer Hornantenne
• Elemente einer Hornantenne und Arten von Hornantennen
• Hornantennen-Design
• Richtwirkung der Hornantenne
• Hornantennenstrahlungsmuster
• Hornantennengewinn
• Hornantennenstrahlbreite
• Nur wenige mathematische Probleme im Zusammenhang mit der Hornantenne

Einleitung

Um eine Hornantenne zu definieren, sollten wir die richtige Definition der Antenne kennen. Gemäß den IEEE-Standarddefinitionen von Antennen

"Eine Antenne ist ein Mittel zum Ausstrahlen oder Empfangen von Funkwellen".

Hornantenne ist der beliebteste Typ von Aperturantenne. Aperturantennen sind speziell für Mikrowellenfrequenzen ausgelegt. Diese Arten von Aperturantennen sind weit verbreitet und am schmucklosesten als alle anderen Arten.

Obwohl die Verwendung von Hornantennen bereits im 1800. Jahrhundert begann, wurde die schnelle Anwendung in den 1930er Jahren entwickelt. Auch diese Antennen wurden in dieser Zeit stark verändert. Zahlreiche Diplomarbeiten und Forschungsarbeiten wurden durchgeführt, um das Design der Hornantenne zu beschreiben, das Strahlungsmuster der Hornantenne und Anwendungen in verschiedenen Sektoren herauszufinden. Das Anwendungen in der Mikrowelle und Wellenleiter-Übertragungsbereich machten Hornantennen berühmt. Deshalb werden Hornantennen oft als Mikrowellen-Hornantenne interpretiert.

Was ist eine Übertragungsleitung? Wie hängt es mit der Antenne zusammen? Wissen Sie hier!

Verwendung der Hornantenne

Hornantennen haben wirkungsvolle Anwendungen als Einspeisungselemente für starke Radioastronomie, Satellitenortung, Kommunikationsschüsseln und viele andere Orte gefunden. Es wird als Einspeisung für Reflektoren und Linsen sowie in phasengesteuerten Arrays verwendet. Diese Antennen werden aufgrund ihres fairen und unkomplizierten Designs, der besseren Verstärkung, der Vielseitigkeit und der Gesamtleistung gegenüber verschiedenen Arten von Aperturantennen bevorzugt.

Elemente einer Hornantenne

Die Hornantenne ist ein Resonanzrohr verschiedener Bauart, das zur Herstellung einer größeren Öffnung geformt werden kann. Die Gesamtleistung der Antenne wird durch die Richtung, den Konusbetrag und die Richtwirkung beeinflusst.

Arten von Hornantennen

Hornantennen haben unterschiedliche Betriebsformen. Sie sind -

· Sektorale Hornantenne

• E-Flugzeug
• H-Flugzeug

· Pyramidenhornantenne

· Konische Hornantenne

· Wellhornantenne

· Diagonale Hornantenne

· Hornantenne

· Konische Hornantenne mit zwei Modi

· Septumhornantenne

· Aperturbegrenzte Hornantenne

Hornantennen-Design (Pyramidenhornantenne)

Pyramidenhornantenne ist der am häufigsten verwendete und beliebteste Typ der Hornantenne. Es ist als Standard-Verstärkungshorn bekannt (deshalb wählen wir zur Beschreibung Pyramidenhorn). Das Strahlungsmuster des Pyramidenhorns ist die Kombination von E- und H-Sektor-Hornantennen. Lassen Sie uns den Entwurf einer pyramidenförmigen Hornantenne diskutieren.

Design-Verfahren

• Der Designer / Ingenieur sollte den Gewinn kennen (G.₀). Auch die Maße von 'a', 'b' des Vierecks Wellenleiter (als Futter verwendet) sollten bekannt sein.  
• Das Design zielt darauf ab, Dimensionen wie - a abzuleiten₁, B₁,_e,_h, P_e, P_h. Die Berechnung sollte den Konstrukteur zum optimalen Gewinn der Hornantenne führen.
• Die Auswahl von a1 und b1 sollte auch auf eine geführte Weise erfolgen, damit sie helfen, die optimale Verstärkung zu finden, und wir können die Entwurfsgleichungen ableiten.
• Der Wirkungsgrad einer Hornantenne einschließlich der Öffnungen beträgt ca. 50%. Jetzt wissen wir, dass -

a₁ √ (3λρ₂)

b₁ √ (2λρ₁)

Die Richtwirkung ist gegeben als - D.₀

D₀ = A_em [4π / λ²]

A_em ist die maximal effektive Fläche und hat eine Beziehung zur physischen Fläche (abgekürzt als A._p).

A_em =_ap A_p

ε_ap ist die Apertureffizienz, 0 ≤ ε_ap ≤ 1

Gewinn = G.₀

G₀ = (1/2) * (4π / λ²) * (ein₁ b₁)

Oder G.₀ = (2π / λ²) * √ (3λρ₂) * √ (2λρ₁)

Oder G.₀ ≈ (2π / λ²) * √ (3λρ_h * 2λρ_e) - (1)

Wie wir annehmen, ρ₂ ≈ ρ_h und ρ₁ ≈ ρ_e für lange Hornantennen.

Um nun die physikalische Hornantenne zu realisieren, P._e und P_h muss gleich sein.

Wir wissen das,

P_e = (geb₁ - b) [(ρ_e / B₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / ein₁)² - ¼]^1/2

Nun können wir die Gleichung (1) wie folgt umschreiben.

[√ (2χ) - b / λ]² (2χ -1) = [{(G.₀ / 2π√χ) * √ (3/2π)} - (a / λ)]² * [(G.₀² / 6π³χ) - 1] - (2)

Woher,

ρ_e / λ = χ und,

ρ_h / λ = G.₀² / 8π³χ

Gleichung (2) ist als Hornantennen-Entwurfsgleichung bekannt.

Richtwirkung der Hornantenne

Bevor wir uns mit der Richtwirkung einer Hornantenne befassen, teilen Sie uns die Richtwirkung einer Antenne mit. Die Richtwirkung einer Antenne ist definiert als das Verhältnis der Strahlungsintensität einer Antenne in einer bestimmten Richtung zur gemittelten Strahlungsintensität über alle Richtungen. Die Richtwirkung wird als Parameter zur Berechnung der Gütezahl der Antenne betrachtet.

Der folgende mathematische Ausdruck beschreibt die Richtwirkung.

D = U / U.₀ = 4πU / P._rad

Wenn die Richtung nicht angegeben ist, ist die Standardrichtung die Richtung der maximalen Strahlungsintensität.

D_max = D₀ = U._max / U.₀ = 4πU_max / P_rad

Hier ist 'D' die Richtwirkung und hat keine Richtung, da es sich um ein Verhältnis handelt. U ist die Strahlungsintensität. U._max ist die maximale Strahlungsintensität. U.₀ ist die Strahlungsintensität der isotropen Quelle. P._rad ist die gesamte abgestrahlte Leistung. Seine Einheit ist Watt (W).

Wie bereits erwähnt, gibt es drei Arten von Hornantennen. Alle Klassen haben unterschiedliche Richtwirkung. Lassen Sie uns alle besprechen.

E-Flugzeug Sektorhorn

Der folgende Ausdruck gibt die Richtwirkung der E-Plane-Hornantenne an.

D_E = 4πU_max /P_rad = (64aρ₁ * | F (t) | ²) / πλ b₁

Wo, | F (t) | = [C.²b₁ / (2λρ₁) + S.²b₁ / (2λρ₁)]

H-Flugzeug Sektorhorn

Der folgende Ausdruck gibt die Richtwirkung der sektoralen Hornantenne in der H-Ebene an.

D_H = 4πU_max /P_rad = [4πbρ₂ /a₁ λ] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²}

Woher,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/ein₁ + A₁/ √ (λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/ein₁ - Ein₁/ √ (λρ₂)}]

Pyramidenhornantenne

Die Richtwirkung der Pyramidenhornantenne hängt sowohl von der Richtwirkung des Sektorhorns der E & H-Ebene ab. Die Gleichung ist unten angegeben.

D_P = 4πU_max /P_rad = [8πρ₁ρ₂ /a₁b₁] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²} * {[C.²b₁ / (2λρ₁) + S.²b₁ / (2λρ₁)]}

Es kann geschrieben werden als -

D_P = [π λ² / 32ab] * D._ED_H

Hornantennen-Strahlungsmuster

Das Strahlungsmuster ist die Winkelabhängigkeit der Stärke der Funkwellen von einer elektromagnetischen Quelle. Das folgende Bild zeigt das Strahlungsmuster einer Pyramidenhornantenne.

Bild, das das Hornantennenstrahlungsmuster darstellt

Horn Antennengewinn

Der Gewinn einer Antenne würde sich als das Verhältnis der Intensität in einer bestimmten Richtung zur Strahlungsintensität beziehen, wenn die Antenne isotopisch abgestrahlt würde. Es ist ein wesentlicher Parameter zur Messung der Leistung einer Antenne und steht in enger Beziehung zur Richtwirkung der Antenne. Der Gewinn einer Hornantenne liegt bei 25 dBi und der Bereich beträgt typischerweise 10 - 20 dBi.

Hornantennenstrahlbreite

Die Antennenbandbreite ist der Winkelabstand zwischen zwei Übereinstimmungspunkten auf der Rückseite des Umrisses. Die Strahlbreite der Hornantenne wird verringert, wenn die Frequenz des Prozesses erhöht wird.

Die Bandbreite einer praktischen Hornantenne bleibt im Bereich von 10: 1 bis 20: 1.

Nur wenige mathematische Probleme im Zusammenhang mit der Hornantenne

1. Ermitteln Sie die Richtwirkung der Hornantenne der E-Ebene. Die Details für die Antenne sind unten angegeben. a = 0.5 & lgr;, b = 0.25 & lgr;, b₁ = 6λ, ρ₁ = 6 & lgr;

Lösung:

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

Ein Teil des Fresnel Integral Chart; Bildnachweis - A. VAN WIJNGAARDEN und WL SCHEEN

Nun [C (1.73)]² = (0.32)² = 0.1024 [aus dem Diagramm der Fresnel-Integrale]

Und [S (1.73)]² = (0.54)² = 0.2916 [aus dem Diagramm der Fresnel-Integrale]

Wir wissen das, D._E = 4πU_max /P_rad = (64aρ₁ * | F (t) | ²) / πλb₁

Wo, | F (t) | = [C.²b₁ / (2λρ₁) + S.²b₁ / (2λρ₁)]

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

Oder D._E = 4.01 dB.

Die Richtwirkung der gegebenen E-Plane Sectoral Horn-Antenne beträgt also 4.01 dB.

2. Ermitteln Sie die Richtwirkung der Hornantenne der H-Ebene. Die Details der Antenne sind unten angegeben. a = 0.5 & lgr;, b = 0.25 & lgr;, a₁ = 6λ, ρ₂ = 6 & lgr;

Lösung:

Wir wissen das,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/ein₁ + A₁/ √ (λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/ein₁ - Ein₁/ √ (λρ₂)}]

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

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

Verwenden von Fresnel-Integralen,

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

Wir wissen, dass die Richtwirkung der Hornantenne in der H-Ebene ist 

D_H = 4πU_max /P_rad = [4πbρ₂ /a₁ λ] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²}

Oder D._H = [4π (0.25) 6/6] * [(0.488 + 0.543)² + (0.343 + 0.713)²]

Oder D._H = (3.141) * (1.0629 + 1.1151)

Oder D._H = 6.84 dB

Die Richtwirkung der gegebenen Sektorhornhornantenne in der H-Ebene beträgt also 6.84 dB.

3. Einzelheiten zum Entwurf einer Pyramidenhornantenne sind unten angegeben. ρ₂ = 6λ =₁ = 6 & lgr ;; a = 0.5 & lgr;, b = 0.25 & lgr ;; ein₁ = 6 & lgr; = b₁ = 6 & lgr ;; Prüfen Sie, ob mit diesen Angaben eine praktische Hornantenne konstruiert werden kann. Ermitteln Sie auch die Richtwirkung der Pyramidenhornantenne.

Lösung:

            Nun, ρ_e = √ ([6²+ (6/2)²] = 6.708 & lgr;

            Und ρ_h = √ ([6²+ (6/2)²] = 6.708 & lgr;

Wir wissen das,

P_e = (geb₁ - b) [(ρ_e / B₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / ein₁)² - ¼]^1/2

Nun, P._e = (6 & lgr; - ​​0.25 & lgr;) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.74 & lgr;

Und P_h = (6 & lgr; - ​​0.5 & lgr;) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.12 & lgr;

Wie wir sehen können, P._e ist nicht gleich P._h, so ist das Design nicht realisierbar.

            Wir wissen, dass die Richtwirkung einer Pyramidenhornantenne ist 

D_P = [π λ² / 32ab] * D._ED_H

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

            [Der Wert von D._ED_Seine wurde zuvor berechnet]

            Oder D._P = 21.54

            Konvertieren in den dB-Wert, D._P = 10log21.54 = 13.33 dB

Die Richtwirkung der gegebenen Pyramidenhornantenne beträgt also 13.33 dB.

Sudipta Roy

Hallo, ich bin Sudipta Roy. Ich habe einen B. Tech in Elektronik gemacht. Ich bin ein Elektronik-Enthusiast und widme mich derzeit dem Bereich Elektronik und Kommunikation. Ich habe großes Interesse an der Erforschung moderner Technologien wie KI und maschinellem Lernen. Mein Ziel ist es, allen Lernenden genaue und aktuelle Daten zur Verfügung zu stellen. Es macht mir große Freude, jemandem beim Wissenserwerb zu helfen.
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