Rupja antena ir apertūras antena, kas izmanto uzliesmojošu viļņvadu, lai raidītu elektromagnētisko enerģiju brīvā telpā vai savāktu ienākošo enerģiju no noteikta virziena. Tās vienkāršā struktūra, paredzamais starojuma modelis, relatīvi augstā virzība un spēja darboties lietderīgā mikroviļņu un milimetru viļņu joslas platumā padara to par izplatītu izvēli antenu mērījumiem, radariem, satelītu sakariem, EMC testēšanai, reflektoru padevei un pētniecības sistēmām.
Šajā rokasgrāmatā ir paskaidrots, kā darbojas taures antenas, galvenie taures antenu veidi, svarīgie veiktspējas parametri, to priekšrocības un ierobežojumi, kā arī tas, kā izvēlēties piemērotu dizainu konkrētam radiofrekvenču (RF) lietojumam.
Kas ir raga antena?
Rupja antena tiek veidota, pakāpeniski paplašinot viļņvada galu. Viļņvads pārraida vadāmu elektromagnētisko režīmu, savukārt paplašinātā daļa nodrošina pāreju no mazākā viļņvada šķērsgriezuma uz lielāku starojuma atveri. Atverē elektromagnētiskais lauks tiek savienots ar brīvu telpu un veido virzītu staru kūli.
Uzliesmojums var būt taisnstūrveida, piramidāls, konisks, rievots, gofrēts vai apvienots ar lēcu vai polarizācijas tīklu. Katra ģeometrija maina antenas darbības joslas platumu, pastiprinājumu, stara platumu, polarizācijas uzvedību, fāzes sadalījumu, sānu daivas līmeni un mehānisko izmēru.
Rupja antena ir pasīva. Tā nerada radiofrekvenču (RF) jaudu un nepastiprina signālu. Tās šķietamais pastiprinājums rodas, koncentrējot izstaroto enerģiju šaurākā leņķa diapazonā salīdzinājumā ar izotropisku radiatoru. Tā pati virziena uzvedība uzlabo arī uztveršanu no paredzētā virziena.
Kā darbojas raga antena?
Signālsignāla antenas darbību var saprast četros posmos:
- Enerģija nonāk caur barības vielām.Taisnstūrveida vai apļveida viļņvads, koaksiālā-viļņvada pāreja vai cita RF saskarne ierosina nepieciešamo izplatīšanās režīmu.
- Viļņvads pakāpeniski izplešas.Uzliesmotā daļa palielina šķērsgriezuma laukumu un samazina pēkšņo pāreju, kas notiktu pie atvērta gala viļņvada.
- Lauks izplatās pa atveri.Signāla ģeometrija kontrolē amplitūdas un fāzes sadalījumu pa apertūru. Atveres izmērs un lauka vienmērīgums spēcīgi ietekmē pastiprinājumu, stara platumu, sānu daivas un šķērspolarizāciju.
- Atvere izstaro brīvā telpā.Apertūras lauki apvienojas, veidojot tālā lauka virziena rakstu. Lielāka elektriskā apertūra parasti rada augstāku virzību un šaurāku staru kūli, ja vien fāzes kļūda un zudumi tiek kontrolēti.
Uzliesmojums pilnībā nenovērš atstarošanos vai impedances neatbilstību. Tā vietā pareizi konstruēts uzliesmojums nodrošina pakāpeniskāku pāreju, palīdzot sasniegt pieņemamu VSWR un starojuma efektivitāti visā paredzētajā joslā. Galīgā veiktspēja ir atkarīga no padeves režīma, uzliesmojuma leņķa, raga garuma, apertūras izmēriem, ražošanas precizitātes un jebkādām konstrukcijā izmantotajām izciļņām, rievām, lēcām vai polarizējošām struktūrām.
Atslēgas raga antenas veiktspējas parametri
Darbības frekvenču diapazons
Izmantojamajam frekvenču diapazonam jābūt saderīgam ar padeves viļņvadu vai savienotāju un ar taures ģeometriju. Veiktspēja jāpārbauda visā nepieciešamajā joslā, ne tikai centrālajā frekvencē. Ar viļņvadu barotam taurei īpaši svarīga ir izvēlētā viļņvada josla un atloks.
Pastiprinājums un diafragmas atvēruma lielums
Pastiprinājums apraksta, cik spēcīgi antena koncentrē enerģiju noteiktā virzienā, ieskaitot antenas efektivitātes ietekmi. Lielākam pastiprinājumam parasti ir nepieciešama lielāka elektriskā apertūra. Zemākās frekvencēs tāda paša pastiprinājuma sasniegšanai parasti ir nepieciešams fiziski lielāks rags.
Stara platums un starojuma modelis
Puse jaudas stara platuma norāda galvenā stara leņķisko platumu. Lielāka pastiprinājuma signālam parasti ir šaurāks stars. Inženieriem jāpārskata arī sānu daivu līmeņi, priekšējās-aizmugurējās darbības, kā arī E plaknes un H plaknes raksti, jo diviem signāla signāla avotiem ar līdzīgu pastiprinājumu var būt atšķirīgs pārklājums un sānu daivu raksturlielumi.
VSWR un atgriešanās zudumi
VSWR un atstarošanas zudumi norāda, cik labi antenas ieeja ir saskaņota ar RF sistēmu. Slikta saskaņošana palielina atstaroto jaudu un var samazināt antenai piegādāto jaudu. Pieņemamā robeža ir atkarīga no raidītāja, uztvērēja, kabeļa zudumiem, kalibrēšanas prasībām un sistēmas robežas.
Polarizācija un šķērspolarizācija
Rupjveida antenas var atbalstīt lineāru, divkārši lineāru, apļveida vai divkārši apļveida polarizāciju, ja tās ir konstruētas ar atbilstošu padeves un polarizācijas struktūru. Nepieciešamajai polarizācijai ir jāatbilst sistēmai. Ja polarizācijas tīrība ir svarīga, jāizvērtē šķērspolarizācija, aksiālā attiecība apļveida polarizācijai un portu izolācija divkārši polarizētām konstrukcijām.
Jaudas apstrāde un RF saskarne
Lieljaudas mikroviļņu sistēmām bieži tiek izvēlēti ar viļņvadu baroti ragi, taču faktiskā jaudas jauda ir atkarīga no visa mezgla, ieskaitot viļņvadu, pārejas, savienotājus, spiedienu, materiālu un darba vidi. Atlokam vai koaksiālajam savienotājam mehāniski un elektriski jāatbilst pārējai RF ķēdei.
Bieži sastopamie ragu antenu veidi
Piramīdveida raga antena
Piramīdveida rags izplešas gan taisnstūra viļņvada E plaknē, gan H plaknē. Tā ir viena no visplašāk izmantotajām ragu ģeometrijām un bieži tiek izmantota antenu mērījumos, standarta pastiprinājuma atskaites lietojumprogrammās, radaru sistēmās un reflektoru padevēs.
Nozaru raga antena
Sektorāls signāls izplešas tikai vienā plaknē. E plaknes sektorāls signāls izplešas E plaknē, savukārt H plaknes sektorāls signāls izplešas H plaknē. Šīs konstrukcijas ir noderīgas, ja divās galvenajās plaknēs ir nepieciešams atšķirīgs staru kūļa platums vai ja mehāniski ierobežojumi veicina vienas plaknes izplešanos.
Koniskā raga antena
Konisku ragu parasti baro apļveida viļņvads, un tam ir apļveida atvere. Tas var atbalstīt rotācijas simetriskas staru kūļa prasības un to var konfigurēt lineārai vai apļveida polarizācijai atkarībā no padeves un ierosmes režīma.
Gofrēta raga antena
Gofrējumus izmanto, lai kontrolētu virsmas strāvas un apertūras laukus. Labi izstrādāts gofrēts rags var nodrošināt simetrisku staru kūli, zemu sānu daivu un zemu šķērspolarizāciju, padarot to pievilcīgu precīzijas padevēm, satelītu sakaru sistēmām, radioastronomijai un mērījumu lietojumprogrammām.
Divkārši rievota un platjoslas ragu antena
Rievas maina viļņvada lauka sadalījumu un samazina efektīvo robežfrekvenci, nodrošinot plašāku darbības joslas platumu nekā daudziem parastajiem viena režīma ragiem. Divvirzienu platjoslas ragi tiek plaši izmantoti EMC testēšanā, uzraudzībā, platjoslas mērījumos un laboratorijas sistēmās. To pastiprinājums, diagramma un VSWR joprojām ir jāpārskata visā joslā, jo platjoslas veiktspēja pēc noklusējuma nav vienmērīga.
Divkārši polarizēta un cirkulāri polarizēta raga antena
Divkārši polarizētie signāltaures izmanto atsevišķus portus vai ortomoda struktūru, lai atbalstītu divas ortogonālas polarizācijas. Cirkulāri polarizētie signāltaures ietver polarizatoru vai piemērotu modālu struktūru, lai ģenerētu labās vai kreisās puses cirkulāro polarizāciju. Galvenās specifikācijas ietver portu izolāciju, šķērspolarizāciju un aksiālo attiecību.
Objektīva raga antena
Lēcas rags novieto elektromagnētisko lēcu raga apertūras priekšā, lai veidotu fāzes fronti. Atkarībā no konstrukcijas lēca var palielināt virzību, samazināt mērķa apertūrai nepieciešamo fizisko garumu vai izveidot fokusētu lauku materiālu mērīšanai un tuvlauka lietojumiem.
Raga antenu priekšrocības un ierobežojumi
Priekšrocības
- Virziena starojums ar paredzamiem E-plaknes un H-plaknes modeļiem
- Noderīgs pastiprinājums mikroviļņu un milimetru viļņu frekvenču diapazonos
- Laba starojuma efektivitāte, kontrolējot vadītāja un pārejas zudumus
- Vidējs līdz plašs darbības joslas platums atkarībā no signāla un padeves konstrukcijas
- Augsta jaudas jauda piemērotās viļņvadu barošanas konfigurācijās
- Mehāniskā vienkāršība un atkārtojama veiktspēja
- Pieejamība lineārās, divkārši polarizētās un cirkulāri polarizētās konfigurācijās
Ierobežojumi
- Fiziskais izmērs palielinās, samazinoties frekvencei vai palielinoties nepieciešamajam pastiprinājumam
- Ļoti lielam pastiprinājumam var būt nepieciešama liela diafragmas atvēruma daļa vai papildu objektīvs vai reflektors.
- Atveres fāzes kļūda var ierobežot pastiprinājumu un ietekmēt sānu daivas veiktspēju
- Platjoslas modeļi var uzrādīt ievērojamas pastiprinājuma un staru kūļa platuma izmaiņas visā joslā.
- Precīza polarizācija un zemas sānu daivas prasības var palielināt projektēšanas un ražošanas sarežģītību.
Raga antenas pielietojumi
Antenas mērīšana un kalibrēšana
Raksturotas standarta pastiprinājuma antenas bieži tiek izmantotas kā atsauces antenas pastiprinājuma, starojuma diagrammas, polarizācijas un antenas diapazona mērījumos. To stabilā ģeometrija un labi izprotamā uzvedība ir noderīga atkārtojamiem laboratorijas un metroloģijas darbiem.
EMC un EMI testēšana
Platjoslas ragus izmanto izstarotās emisijas mērījumiem un izstarotās imunitātes testēšanai mikroviļņu frekvenču diapazonos. Testēšanas inženieri izvēlas antenu atbilstoši nepieciešamajai joslai, lauka stiprumam, jaudas līmenim, pastiprinājuma variācijai un kalibrēšanas datiem.
Radars un tālizpēte
Ruļļu antenas var kalpot kā atsevišķas virziena antenas vai kā reflektoru padeves radaru, attēlveidošanas, tālizpētes un materiālu raksturošanas sistēmās. Stara forma, polarizācijas tīrība un sānu daivu kontrole šajos pielietojumos var būt kritiski svarīga.
Satelītu un punktveida sakari
Ragu antenas tiek izmantotas kā barošanas un virziena antenas mikroviļņu un milimetru viļņu saitēs. Atkarībā no sistēmas inženieri var noteikt prioritāti pastiprinājumam, staru kūļa simetrijai, apļveida polarizācijai, zemai šķērspolarizācijai vai vides aizsardzībai.
Reflektora un objektīva padeves
Signāltaure var apgaismot parabolisku reflektoru vai dielektrisku lēcu. Padeves shēmas izvēle ietekmē apertūras apgaismojumu, izkliedi, efektivitāti, sānu daivas un kombinētās antenas sistēmas kopējo starojuma shēmu.
Kā izvēlēties raga antenu
Sāciet ar visām sistēmas prasībām, nevis izvēlieties tikai pēc pastiprinājuma:
- Definējiet darbības joslu.Apstipriniet minimālo un maksimālo frekvenci, kā arī to, vai nepieciešama nepārtraukta vai punktveida frekvences darbība.
- Iestatiet pastiprinājuma un pārklājuma mērķi.Salīdziniet pastiprinājumu kopā ar E plaknes un H plaknes staru kūļa platumu visā joslā.
- Izvēlieties polarizāciju.Pēc nepieciešamības izvēlieties lineāru, divkārši lineāru, labās puses apļveida, kreisās puses apļveida vai divkārši apļveida polarizāciju.
- Pārbaudiet raksta kvalitāti.Pārskatiet sānu daivas, šķērspolarizāciju, aksiālo attiecību, priekšējās un aizmugurējās puses veiktspēju un portu izolāciju, ja piemērojams.
- Pārbaudiet atbilstību un saskarni.Apstipriniet VSWR jeb atstarošanas zudumus, viļņvada izmēru, atloka standartu, savienotāja tipu un mehānisko stiprinājumu.
- Apsveriet spēku un vidi.Ņemiet vērā raidītāja jaudu, darba ciklu, temperatūru, aizsardzību pret laikapstākļiem, radoma vajadzības un uzstādīšanas apstākļus.
- Izmantojiet mērījumu datus, kur nepieciešams.Kalibrēšanai, atbilstības testēšanai un precīzijas sistēmām izmantojiet modelim specifisko datu lapu un izmērītos kalibrēšanas datus, nevis paļaujieties uz nominālo saimes aprakstu.
Lai praktiski salīdzinātu atlases faktorus, skat.RF MISO ragu antenas izvēles ceļvedisVarat arī pārlūkot visuRF MISO ragu antenas diapazons.
Bieži uzdotie jautājumi
Vai raga antena pastiprina signālu?
Nē. Rupjveida antena ir pasīva ierīce. Tās pastiprinājums rodas, virzot pārraidīto vai uztverto enerģiju, nevis no elektroniskās pastiprināšanas.
Vai visas taures antenas ir platjoslas?
Nē. Daudzas taures tipa antenas piedāvā noderīgu joslas platumu, taču faktiskais diapazons ir atkarīgs no padeves, viļņvada režīmiem, uzliesmojuma ģeometrijas, atbilstības struktūras un polarizācijas tīkla. Divvirzienu taures ir īpaši paredzētas plašākam joslas platumam.
Kas nosaka raga antenas pastiprinājumu?
Pastiprinājumu ietekmē elektriskās apertūras izmērs, apertūras efektivitāte, fāzes un amplitūdas sadalījums, vadītāja zudumi un frekvence. Lielāka elektriskā apertūra parasti nodrošina augstāku virzību, taču, lai apertūras izmēru pārvērstu lietderīgā pastiprinājumā, ir nepieciešama laba lauka kontrole.
Kāda ir atšķirība starp standarta pastiprinājuma taures un platjoslas taures?
Standarta pastiprinājuma signāla taure ir paredzēta, lai nodrošinātu paredzamu, labi raksturotu pastiprinājumu norādītajā joslā, un to bieži izmanto kā mērījumu atskaites punktu. Platjoslas signāla taure prioritāri darbojas plašākā frekvenču diapazonā, un pastiprinājums un stara platums šajā diapazonā var ievērojami atšķirties.
Darbs ar RF MISO
RF MISO piegādā standarta un pielāgotas ragu antenas mikroviļņu un milimetru viļņu lietojumprogrammām, tostarp piramīdas, koniskas, platjoslas, gofrētas, divkārši polarizētas, cirkulāri polarizētas un lēcu ragu konstrukcijas. Izvēlei vienmēr jābalstās uz modeļa specifisko frekvenču diapazonu, pastiprinājumu, rakstu, polarizāciju, VSWR, saskarni un vides prasībām.
Iepazīstieties ar mūsuragu antenu produkti or sazinieties ar RF MISOlai apspriestu jūsu pieteikumu un tehniskās prasības.
Atsauces un papildu lasāmviela
Publicēšanas laiks: 2024. gada 28. marts
