Рожне антене су међу најчешће коришћеним усмереним антенама у микроталасној и милиметарској таласној техници. Њихова једноставна механичка структура, предвидљиве карактеристике зрачења, релативно ниска рефлексија и способност постизања умереног до високог појачања чине их вредним у мерењима антена, ЕМС тестирању, радару, комуникационим системима, системима напајања и РФ лабораторијама.
Рожна антена се у суштини може сматратиталасовод са постепено ширеним отвором блендеУместо да дозволи електромагнетним таласима да наиђу на нагли прелаз из таласовода у слободан простор, проширени део омогућава постепенију трансформацију. Ово помаже у побољшању усклађивања импедансе и усмерава више електромагнетне енергије у контролисани сноп зрачења.
У зависности од геометрије таласовода и правца у коме се отвор бленде шири, рупарске антене могу бити пројектоване у неколико облика, укључујућисекторски рогови, пирамидални рогови и конусни роговиОригинални референтни чланак користи ове три конфигурације као главни увод у структуре антена са рогатим димом.
1. Како функционише антена типа „horn“?
Таласовод задржава електромагнетну енергију унутар проводне структуре. Када вођени талас дође до отвореног краја, део енергије зрачи у слободан простор, док се део може рефлектовати због прелаза између импеданси таласовода и слободног простора.
Рожна антена смањује наглост овог прелаза постепеним повећањем попречног пресека таласовода према отвору бленде.
Како се електромагнетни талас шири кроз проширени део, поље се шири преко већег отвора. Отвор затим зрачи у слободан простор и производи усмерени сноп.
Бакља стога служи двема важним сврхама:
- Омогућава глаткији прелаз између таласовода и слободног простора.
- Повећава ефективни отвор бленде, омогућавајући већу усмереност и појачање.
Важно је напоменути да рог радине елиминишу у потпуности рефлексије или стојеће таласеУместо тога, одговарајуће дизајнирана хорна може смањити рефлексију и обезбедити добро усклађивање импедансе, што се обично огледа у релативно ниском VSWR-у.
Слика 1. Типична рупарска антена са постепено ширеним отвором таласовода.
2. Радна фреквенција хорнистих антена
Рожне антене немају један универзални фреквентни опсег.
Њихова радна фреквенција је у великој мери одређена оддимензије таласовода, мод таласовода, геометрија отвора бленде, структура напајања и предвиђени пропусни опсег.
Традиционалне антене са рупама су посебно уобичајене на микроталасним и милиметарским таласним фреквенцијама јер димензије таласовода постају практичне како се таласна дужина смањује. Међутим, специјално дизајниране структуре рупа са широкопојасним опсезима могу да раде и на нижим фреквенцијама, док се прецизне рупе са таласоводима могу проширити и у милиметарске таласне и суб-THz опсеге.
На пример, дизајни антена са рупом могу се наћи у опсегу од стотина мегахерца до знатно изнад 100 GHz. RF MISO тренутно нуди конфигурације антена са широкопојасним рупом које раде од300–750 MHz, као и конусне антене са роговима које покривају220–325 GHz, што илуструје колико широк може бити практични фреквентни распон ове породице антена.
3. Главне врсте антена са роговима
3.1 Секторска антена са рупом
Секторски звучник се производи када се правоугаони таласовод прошири само у једној равни.
Ако се таласовод прошири уЕ-авион, структура се називаСекторска сирена Е-равнинеАко до експанзије дође уH-раван, то се називаСекторска сирена у H-равни.
Пошто се димензија отвора бленде повећава само у једној равни, обликовање снопа је израженије у тој одговарајућој равни.
3.2 Пирамидална антена са рогом
Пирамидални рог се формира када се правоугаони таласовод шири и у правцу Е-равни и у правцу Х-равни.
Добијена структура подсећа на скраћену пирамиду и омогућава ширење отвора бленде у обе димензије.
Пирамидални рогови се широко користе каостандардне антене са појачањем и референтне антенејер се њихов појачање и дијаграми зрачења могу прецизно окарактерисати.
На пример, РФ МИСО нуди стандардне антене са појачањем у бројним микроталасним и милиметарским таласним опсезима. Њихова WR10 породица стандардних антена са појачањем укључује моделе који раде од75 до 110 GHz, са специфицираним карактеристикама појачања, VSWR-а, поларизације и ширине снопа.
3.3 Конична антена са рогом
Конусни звучник се генерално формира постепеним ширењем кружног таласовода према кружном отвору.
За разлику од пирамидалне хорне, која потиче од правоугаоног таласовода, конусна хорна има ротационо симетричну геометрију.
Коничне антене са рогом се обично користе у микроталасним, милиметарским таласима, напајању и мерењу. У зависности од структуре напајања и поларизационе мреже, оне такође могу да подрже специјализованије конфигурације поларизације.
Слика 2. Типичне конфигурације антенских рупа: секторске у Е-равни, секторске у Х-равни, пирамидалне и конусне рупе.
4. Угао бљеска, величина отвора бленде и дужина трубе
Геометрија трубе има директан утицај на њене електромагнетне перформансе.
Три важна параметра дизајна су:
угао бљеска, величина отвора бленде и дужина трубе.
Већи отвор бленде генерално може обезбедити већу усмереност и ужи сноп, али само повећање угла бљеска не доводи аутоматски до бољих перформанси.
Ако је рупа прекратка за дату величину отвора бленде, може доћи до прекомерне фазне варијације преко отвора бленде. Ово смањује ефикасност отвора бленде и може деградирати дијаграм зрачења.
Супротно томе, претерано дугачка сирена повећава механичку величину и тежину, а да нужно не обезбеди пропорционално побољшање перформанси.
Дизајн трубе стога подразумева балансирање:
- Величина отвора бленде
- Угао бљеска
- Дужина
- Фазна грешка
- Добитак
- Ширина снопа
- Механичке димензије
5. Диаграм зрачења и карактеристике снопа
Рожне антене су генерално усмерени радијатори.
Електромагнетна енергија је концентрисана првенствено у смеру напред кроз отвор бленде, стварајући јасно дефинисан главни сноп заједно са бочним режњевима.
Два реза дијаграма зрачења су посебно важна:
- Диаграм зрачења у Е-равни
- Диаграм зрачења у H-равни
TheШирина снопа од 3 dBсе обично користи за описивање угаоне ширине главног снопа између две тачке где зрачена снага пада 3 dB испод своје максималне вредности.
Генерално, повећање ефективног отвора бленде у односу на таласну дужину повећава усмереност и тежи да сузи сноп.
Овај однос се такође може приметити код практичних милиметарских таласних рупарских антена. На пример, стандардне рупарске антене са појачањем RF MISO-а од 75–110 GHz специфицирају карактеристике ширине снопа у E-равни и H-равни, заједно са подацима о појачању и VSWR-у.
Слика 3. Илустрација ширења електромагнетног таласа и зрачења кроз отвор хорне.
6. Предности хорн антена
Рожне антене нуде неколико предности за РФ и микроталасне системе:
Добра усмереност
Увећани отвор бленде концентрише зрачење према напред.
Предвидљиве карактеристике зрачења
Добро дизајниране антене са рупом могу да обезбеде стабилне и добро дефинисане дијаграме усмеравања у Е-равни и Х-равни.
Добро усклађивање импедансе
Постепени прелаз из таласовода у слободан простор може смањити рефлексију и подржати низак VSWR.
Умерен до висок добитак
Различите величине отвора бленде и дужине звучника могу се дизајнирати да обезбеде различите нивое појачања.
Релативно једноставна структура
У поређењу са многим сложеним архитектурама антена са високим појачањем, конвенционалне антене су механички једноставне и робусне.
Погодно за мерење високих фреквенција
Њихова архитектура заснована на таласоводу чини антене типа „horn“ посебно вредним у системима за мерење микроталаса и милиметарских таласа.
7. Разматрања и ограничења дизајна
Рожне антене такође подразумевају неколико инжењерских компромиса.
Веће појачање генерално захтева већи електрични отвор бленде, што може повећати физичке димензије антене.
Однос између величине отвора бленде, дужине трубе и угла бљеска такође мора бити пажљиво контролисан како би се одржала прихватљива расподела фазе преко отвора бленде.
На веома високим фреквенцијама, тачност обраде, квалитет површине, димензије таласовода и поравнање прирубница постају све важнији јер чак и релативно мале механичке грешке могу представљати значајан део таласне дужине.
Инжењери стога треба да процене не само појачање и фреквентни опсег, већ и:
VSWR, поларизација, перформансе крос-поларизације, ширина снопа, ниво бочних режњева, РФ интерфејс, руковање снагом и механичка толеранција.
8. Примене хорнских антена
Због свог усмереног зрачења, стабилних карактеристика и компатибилности са системима таласовода, рупарске антене се широко користе у:
- Мерење појачања антене
- Мерење дијаграма зрачења
- EMC и EMI тестирање
- Радарски системи
- Микроталасна и милиметарска таласна комуникација
- Тестирање сателитске антене
- Проналажење правца и надзор
- Мерење у анехоичној комори
- Напајања рефлекторске антене
- РФ истраживачки и лабораторијски системи
- Калибрација и примена референтних антена
Широкопојасне антене са роговима такође могу да обезбеде широк оперативни пропусни опсег за системе за мерење и праћење. На пример, RF MISO широкопојасне антене са роговима од 18–40 GHz су намењене за примене које укључују тестирање микроталаса, мерење антена, тестирање сателитских антена, проналажење правца, надзор и мерења везана за електромагнетну съвместимост (ЕМЦ).
Закључак
Рожна антена трансформише вођени електромагнетни талас у усмерено зрачење слободног простора кроз постепено шири отвор таласовода.
Његова комбинацијадобро усклађивање импедансе, усмерено зрачење, предвидљиве карактеристике снопа, корисно појачање и релативно једноставна конструкцијаучинио је хорну једном од најважнијих антенских структура у микроталасној и милиметарској таласној техници.
Од секторских и пирамидалних хорни до конусних и широкопојасних дизајна, различите структуре могу бити оптимизоване за специфичне фреквентне опсеге, захтеве поларизације, нивое појачања и мерна окружења.
За инжењере који бирају рупарску антену, фреквентни опсег је само полазна тачка. Појачање, VSWR, ширина снопа, поларизација, интерфејс таласовода или коаксијалног интерфејса, руковање снагом и механичке димензије треба проценити у складу са захтевима комплетног РФ система.
Време објаве: 21. август 2026.
