Raginės antenos yra vienos iš plačiausiai naudojamų kryptinių antenų mikrobangų ir milimetrinių bangų inžinerijoje. Dėl paprastos mechaninės konstrukcijos, nuspėjamų spinduliuotės charakteristikų, santykinai mažo atspindžio ir gebėjimo pasiekti vidutinį ar didelį stiprinimą jos yra vertingos antenų matavimuose, EMC bandymuose, radaruose, ryšių sistemose, maitinimo sistemose ir radijo dažnių laboratorijose.
Raginė antena iš esmės gali būti laikomabangolaidis su palaipsniui platėjančia angaUžuot leidus elektromagnetinėms bangoms staiga pereiti iš bangolaidžio į laisvą erdvę, platėjanti dalis užtikrina laipsniškesnę transformaciją. Tai padeda pagerinti varžos suderinimą ir nukreipti daugiau elektromagnetinės energijos į kontroliuojamą spinduliuotės pluoštą.
Priklausomai nuo bangolaidžio geometrijos ir diafragmos išplėtimo krypties, raginės antenos gali būti suprojektuotos įvairiomis formomis, įskaitantsektoriniai ragai, piramidiniai ragai ir kūginiai ragaiOriginaliame informaciniame straipsnyje šios trys konfigūracijos naudojamos kaip pagrindinė įžanga į ragų antenų struktūras.
1. Kaip veikia raginė antena?
Bangolaidis sulaiko elektromagnetinę energiją laidžioje struktūroje. Kai nukreipta banga pasiekia atvirą galą, dalis energijos spinduliuoja į laisvą erdvę, o dalis gali atsispindėti dėl perėjimo tarp bangolaidžio ir laisvos erdvės impedansų.
Raginė antena sumažina šio perėjimo staigumą palaipsniui didindama bangolaidžio skerspjūvį angos link.
Elektromagnetinei bangai sklindant per išplatėjusią dalį, laukas plečiasi per didesnę angą. Tada anga spinduliuoja į laisvą erdvę ir sukuria kryptingą spindulį.
Taigi, liepsna atlieka dvi svarbias funkcijas:
- Tai užtikrina sklandesnį perėjimą tarp bangolaidžio ir laisvos erdvės.
- Tai padidina efektyvią spinduliavimo apertūrą, taip užtikrindama didesnį kryptingumą ir stiprinimą.
Svarbu atkreipti dėmesį, kad ragasne visiškai pašalina atspindžius ar stovinčias bangasVietoj to, tinkamai suprojektuotas ragas gali sumažinti atspindžius ir užtikrinti gerą varžos atitikimą, o tai dažniausiai atsispindi santykinai mažame VSWR.
1 pav. Tipinė raginė antena su palaipsniui platėjančia bangolaidžio anga.
2. Raginių antenų veikimo dažnis
Raginės antenos neturi vieno universalaus dažnių diapazono.
Jų veikimo dažnį daugiausia lemiabangolaidžio matmenys, bangolaidžio režimas, diafragmos geometrija, padavimo struktūra ir numatytas pralaidumas.
Tradicinės raginės antenos ypač paplitusios mikrobangų ir milimetrinių bangų dažniuose, nes bangolaidžio matmenys tampa praktiški mažėjant bangos ilgiui. Tačiau specialiai suprojektuotos plačiajuosčio ryšio raginės antenos gali veikti ir žemesniais dažniais, o tikslūs bangolaidžio ragai gali veikti milimetrinių bangų ir sub-THz dažnių diapazonuose.
Pavyzdžiui, raginių antenų konstrukcijų galima rasti nuo šimtų megahercų iki gerokai daugiau nei 100 GHz dažnių diapazone. RF MISO šiuo metu siūlo plačiajuosčio ryšio raginių antenų konfigūracijas, veikiančias nuo300–750 MHz, taip pat kūginės raginės antenos, dengiančios220–325 GHz, iliustruojantis, koks platus gali būti praktinis šios antenų šeimos dažnių diapazonas.
3. Pagrindiniai raginių antenų tipai
3.1 Sektorinė raginė antena
Sektorinis ragas susidaro, kai stačiakampis bangolaidis išplatėja tik vienoje plokštumoje.
Jei bangolaidis yra išplėstasE-lėktuvas, struktūra vadinamaE-lėktuvo sektorinis signalasJei plėtimasis įvykstaH plokštuma, jis vadinamasH plokštumos sektorinis ragas.
Kadangi diafragmos matmuo didėja tik vienoje plokštumoje, spindulio formavimas toje atitinkamoje plokštumoje yra ryškesnis.
3.2 Piramidės formos rago antena
Piramidės formos ragas susidaro, kai stačiakampis bangolaidis yra platinamas tiek E plokštumos, tiek H plokštumos kryptimis.
Gauta struktūra primena nupjautinę piramidę ir užtikrina angos išplėtimą abiejuose matmenyse.
Piramidės formos ragai yra plačiai naudojami kaipstandartinio stiprinimo ragai ir etaloninės antenosnes jų stiprinimo ir spinduliuotės modelius galima tiksliai apibūdinti.
Pavyzdžiui, RF MISO siūlo standartinio stiprinimo ragines antenas, veikiančias daugelyje mikrobangų ir milimetrinių bangų diapazonų. Jos WR10 standartinio stiprinimo raginių antenų šeimoje yra modeliai, veikiantys nuo75–110 GHz, su nurodytu stiprinimo koeficientu, VSWR, poliarizacijos ir spindulio pločio charakteristikomis.
3.3 Kūginė rago antena
Kūginis ragas paprastai formuojamas palaipsniui plečiant apskritą bangolaidį link apskritos angos.
Skirtingai nuo piramidės formos rago, kuris kilęs iš stačiakampio bangolaidžio, kūginis ragas turi rotaciškai simetrišką geometriją.
Kūginės raginės antenos dažniausiai naudojamos mikrobangų, milimetrinių bangų, tiekimo ir matavimo srityse. Priklausomai nuo tiekimo struktūros ir poliarizacijos tinklo, jos taip pat gali palaikyti labiau specializuotas poliarizacijos konfigūracijas.
2 pav. Tipinės raginių antenų konfigūracijos: E plokštumos sektorinė, H plokštumos sektorinė, piramidės ir kūginės raginės antenos.
4. Žybsnio kampas, diafragmos dydis ir rago ilgis
Signalo geometrija tiesiogiai veikia jo elektromagnetines charakteristikas.
Trys svarbūs projektavimo parametrai yra šie:
blyksnio kampas, diafragmos dydis ir rago ilgis.
Didesnė diafragma paprastai gali užtikrinti didesnį kryptingumą ir siauresnį spindulį, tačiau vien padidinus blyksnio kampą, automatiškai geresnis našumas nepasiekiamas.
Jei ragas yra per trumpas tam tikram diafragmos dydžiui, diafragmoje gali atsirasti per didelis fazės kitimas. Tai sumažina diafragmos efektyvumą ir gali pabloginti spinduliuotės modelį.
Ir atvirkščiai, pernelyg ilgas ragas padidina mechaninį dydį ir svorį, nebūtinai proporcingai pagerindamas našumą.
Todėl rago konstrukcija apima balansavimą:
- Diafragmos dydis
- Išplėtimo kampas
- Ilgis
- Fazės paklaida
- Pelnas
- Spindulio plotis
- Mechaniniai matmenys
5. Spinduliuotės modelis ir pluošto charakteristikos
Raginės antenos paprastai yra kryptiniai radiatoriai.
Elektromagnetinė energija daugiausia koncentruojama į priekį per angą, sukurdama aiškiai apibrėžtą pagrindinį spindulį kartu su šoninėmis skiltimis.
Ypač svarbūs yra du spinduliavimo modelio pjūviai:
- E plokštumos spinduliuotės modelis
- H plokštumos spinduliuotės modelis
The3 dB spindulio plotisdažniausiai naudojamas apibūdinti pagrindinio spindulio kampinį plotį tarp dviejų taškų, kuriuose spinduliuotės galia nukrenta 3 dB žemiau maksimalios vertės.
Apskritai, padidinus efektyviąją diafragmą bangos ilgio atžvilgiu, padidėja kryptingumas ir spindulys susiaurėja.
Šį ryšį galima pastebėti ir praktinėse milimetrinių bangų raginėse antenose. Pavyzdžiui, RF MISO 75–110 GHz standartinio stiprinimo raguose nurodomos E plokštumos ir H plokštumos spindulio pločio charakteristikos kartu su stiprinimo ir VSWR duomenimis.
3 pav. Elektromagnetinių bangų plėtimosi ir spinduliavimo per rago angą iliustracija.
6. Raginių antenų privalumai
Raginės antenos turi keletą privalumų RF ir mikrobangų sistemoms:
Geras kryptingumas
Padidinta diafragma sutelkia spinduliuotę į priekį.
Numatomos spinduliuotės charakteristikos
Gerai suprojektuotos ragų antenos gali užtikrinti stabilius ir tiksliai apibrėžtus E ir H plokštumos modelius.
Geras impedanso atitikimas
Laipsniškas perėjimas nuo bangolaidžio prie laisvos erdvės gali sumažinti atspindžius ir palaikyti mažą VSWR.
Vidutinis arba didelis pelnas
Skirtingi diafragmos dydžiai ir ragų ilgiai gali būti suprojektuoti taip, kad būtų užtikrintas skirtingas stiprinimo lygis.
Santykinai paprasta struktūra
Palyginti su daugeliu sudėtingų didelio stiprinimo antenų architektūrų, įprasti ragai yra mechaniškai paprasti ir tvirti.
Tinka aukšto dažnio matavimui
Dėl bangolaidžio pagrindu sukurtos architektūros raginės antenos yra ypač vertingos mikrobangų ir milimetrinių bangų matavimo sistemose.
7. Projektavimo aspektai ir apribojimai
Raginės antenos taip pat apima keletą inžinerinių kompromisų.
Didesniam stiprinimui paprastai reikia didesnės elektrinės apertūros, o tai gali padidinti antenos fizinius matmenis.
Taip pat reikia atidžiai kontroliuoti diafragmos dydžio, rago ilgio ir blyksnio kampo santykį, kad būtų išlaikytas priimtinas fazių pasiskirstymas visoje diafragmoje.
Esant labai aukštiems dažniams, apdirbimo tikslumas, paviršiaus kokybė, bangolaidžio matmenys ir flanšo išlyginimas tampa vis svarbesni, nes net ir santykinai mažos mechaninės paklaidos gali sudaryti didelę bangos ilgio dalį.
Todėl inžinieriai turi įvertinti ne tik stiprinimo koeficientą ir dažnių diapazoną, bet ir:
VSWR, poliarizacija, kryžminės poliarizacijos charakteristikos, spindulio plotis, šoninės skilties lygis, RF sąsaja, galios valdymas ir mechaninis tolerancija.
8. Raginių antenų pritaikymas
Dėl kryptingos spinduliuotės, stabilių charakteristikų ir suderinamumo su bangolaidžių sistemomis, raginės antenos plačiai naudojamos:
- Antenos stiprinimo matavimas
- Spinduliuotės modelio matavimas
- EMC ir EMI bandymai
- Radarų sistemos
- Mikrobangų ir milimetrinių bangų ryšys
- Palydovinės antenos bandymas
- Krypties nustatymas ir stebėjimas
- Aidinės kameros matavimas
- Reflektoriaus antenos tiekimas
- RF tyrimų ir laboratorinės sistemos
- Kalibravimo ir etaloninės antenos taikymas
Plačiajuosčio ryšio ragų konstrukcijos taip pat gali užtikrinti platų veikimo dažnių juostos plotį matavimo ir stebėjimo sistemoms. Pavyzdžiui, RF MISO 18–40 GHz plačiajuosčio ryšio ragų antenos yra skirtos naudoti mikrobangų bandymams, antenų matavimams, palydovinių antenų bandymams, krypties nustatymui, stebėjimui ir su EMC susijusiems matavimams.
Išvada
Raginė antena per palaipsniui besiplečiančią bangolaidžio angą transformuoja nukreiptą elektromagnetinę bangą į kryptingą laisvos erdvės spinduliuotę.
Jo derinysgeras impedanso atitikimas, kryptingas spinduliavimas, nuspėjamos spindulio charakteristikos, naudingas stiprinimas ir gana paprasta konstrukcijapavertė ragą viena svarbiausių antenos konstrukcijų mikrobangų ir milimetrinių bangų inžinerijoje.
Nuo sektorinių ir piramidinių ragų iki kūginių ir plačiajuosčių konstrukcijų – skirtingos struktūros gali būti optimizuotos konkretiems dažnių diapazonams, poliarizacijos reikalavimams, stiprinimo lygiams ir matavimo aplinkai.
Inžinieriams, renkantis raginę anteną, dažnių diapazonas yra tik atspirties taškas. Stiprinimo koeficientas, VSWR, spindulio plotis, poliarizacija, bangolaidžio arba koaksialinė sąsaja, galios apkrovimas ir mechaniniai matmenys turėtų būti įvertinti pagal visos radijo dažnių sistemos reikalavimus.
Įrašo laikas: 2026 m. rugpjūčio 21 d.
