Raginė antena yra apertūrinė antena, kuri naudoja platėjantį bangolaidį elektromagnetinei energijai paleisti į laisvą erdvę arba surinkti gaunamą energiją iš nustatytos krypties. Dėl paprastos konstrukcijos, nuspėjamo spinduliuotės modelio, gana didelio kryptingumo ir gebėjimo veikti naudinguose mikrobangų ir milimetrinių bangų dažnių diapazonuose ji yra dažnai naudojama antenų matavimui, radarams, palydoviniam ryšiui, EMC bandymams, reflektorių tiekimui ir tyrimų sistemoms.
Šiame vadove paaiškinama, kaip veikia raginės antenos, pagrindiniai raginių antenų tipai, svarbūs našumo parametrai, jų privalumai ir apribojimai bei kaip pasirinkti tinkamą dizainą konkrečiai radijo dažnių taikymo sričiai.
Kas yra rago antena?
Raginė antena formuojama palaipsniui plečiant bangolaidžio galą. Bangolaidis skleidžia valdomąjį elektromagnetinį režimą, o platėjanti dalis užtikrina perėjimą nuo mažesnio bangolaidžio skerspjūvio prie didesnės spinduliuojančios angos. Angoje elektromagnetinis laukas yra sujungtas su laisva erdve ir sudaro kryptingą spindulį.
Blyksnis gali būti stačiakampis, piramidės formos, kūginis, briaunotas, gofruotas arba sujungtas su lęšiu ar poliarizacijos tinklu. Kiekviena geometrija keičia antenos veikimo pralaidumą, stiprinimą, spindulio plotį, poliarizacijos elgseną, fazių pasiskirstymą, šoninės skilties lygį ir mechaninį dydį.
Raginė antena yra pasyvi. Ji nekuria radijo dažnių galios ir nestiprina signalo. Jos tariamas stiprinimas gaunamas sutelkiant spinduliuojamą energiją siauresniame kampiniame regione, palyginti su izotropiniu spinduliuotuvu. Tas pats kryptinis elgesys taip pat pagerina priėmimą iš numatytos krypties.
Kaip veikia raginė antena?
Raginės antenos veikimą galima suprasti keturiais etapais:
- Energija patenka per pašarą.Stačiakampis arba apskritas bangolaidis, koaksialinis-bangolaidinis perėjimas arba kita radijo dažnių sąsaja sužadina reikiamą sklidimo režimą.
- Bangolaidis palaipsniui plečiasi.Išplatėjusi dalis padidina skerspjūvio plotą ir sumažina staigų perėjimą, kuris įvyktų atviro tipo bangolaidyje.
- Laukas plinta per diafragmą.Rago geometrija kontroliuoja amplitudės ir fazės pasiskirstymą per diafragmą. Diafragmos dydis ir lauko vienodumas daro didelę įtaką stiprinimui, spindulio pločiui, šoninėms skiltims ir kryžminei poliarizacijai.
- Diafragma spinduliuoja į laisvą erdvę.Laukai diafragmoje susijungia ir sukuria kryptingą tolimojo lauko modelį. Didesnė elektrinė diafragma paprastai sukuria didesnį kryptingumą ir siauresnį spindulį, jei fazės paklaida ir nuostoliai yra kontroliuojami.
Išplėtimas nevisiškai pašalina atspindžių ar varžos neatitikimą. Vietoj to, tinkamai suprojektuotas išplėtimas užtikrina laipsniškesnį perėjimą, padėdamas pasiekti priimtiną VSWR ir spinduliuotės efektyvumą visoje numatytoje juostoje. Galutinis našumas priklauso nuo maitinimo režimo, išplėtimo kampo, rago ilgio, diafragmos matmenų, gamybos tikslumo ir bet kokių konstrukcijoje naudojamų briaunų, gofruotų paviršių, lęšių ar poliarizacinių struktūrų.
Pagrindinių ragų antenos našumo parametrai
Veikimo dažnių diapazonas
Naudojamas dažnių diapazonas turi būti suderinamas su tiekiamo bangolaidžio arba jungties ir rago geometrija. Veikimas turėtų būti tikrinamas visame reikiamame dažnių diapazone, o ne tik ties centriniu dažniu. Bangolaidžiu maitinamo rago atveju ypač svarbi pasirinkta bangolaidžio juosta ir flanšas.
Stiprinimas ir diafragmos dydis
Stiprinimo koeficientas apibūdina, kaip stipriai antena sutelkia energiją tam tikra kryptimi, įskaitant antenos efektyvumo poveikį. Didesniam stiprinimui paprastai reikia didesnės elektrinės apertūros. Esant žemesniems dažniams, norint pasiekti tą patį stiprinimą, paprastai reikia fiziškai didesnio rago.
Spindulio plotis ir spinduliuotės modelis
Pusės galios spindulio plotis rodo pagrindinio spindulio kampinį plotį. Didesnio stiprinimo ragas paprastai turi siauresnį spindulį. Inžinieriai taip pat turėtų peržiūrėti šoninių skiltelių lygius, priekinės ir galinės pusės elgseną bei E ir H plokštumos modelius, nes du panašaus stiprinimo ragai gali turėti skirtingą aprėpties ir šoninių skiltelių charakteristikas.
VSWR ir grįžtamieji nuostoliai
VSWR ir grįžtamojo signalo nuostoliai rodo, kaip gerai antenos įvestis suderinta su RF sistema. Prastas suderinimas padidina atspindėtą galią ir gali sumažinti antenai tiekiamą galią. Priimtina riba priklauso nuo siųstuvo, imtuvo, kabelio nuostolių, kalibravimo reikalavimų ir sistemos ribos.
Poliarizacija ir kryžminė poliarizacija
Raginės antenos gali palaikyti linijinę, dvigubą linijinę, apskritąją arba dvigubą apskritąją poliarizaciją, kai jos suprojektuotos su atitinkama tiekimo ir poliarizacijos struktūra. Reikalinga poliarizacija turi atitikti sistemą. Kai svarbus poliarizacijos grynumas, reikėtų įvertinti kryžminę poliarizaciją, ašių santykį apskritosios poliarizacijos atveju ir prievado izoliaciją dvigubos poliarizacijos atveju.
Maitinimo valdymas ir RF sąsaja
Didelės galios mikrobangų sistemoms dažnai pasirenkami bangolaidžiu maitinami ragai, tačiau faktinė galia priklauso nuo viso surinkimo, įskaitant bangolaidį, perėjimus, jungtis, slėgį, medžiagą ir darbo aplinką. Flanšo arba koaksialinė jungtis turi mechaniškai ir elektriškai atitikti likusią RF grandinės dalį.
Įprasti raginių antenų tipai
Piramidės formos rago antena
Piramidės formos ragas išsiskleidžia stačiakampio bangolaidžio E ir H plokštumose. Tai viena iš plačiausiai naudojamų rago geometrijų, dažnai naudojama antenų matavimuose, standartinio stiprinimo etaloninėse sistemose, radarų sistemose ir reflektorių tiekimo sistemose.
Sektorinė raginė antena
Sektorinis ragas platėja tik vienoje plokštumoje. E plokštumos sektorinis ragas plečiasi E plokštumoje, o H plokštumos sektorinis ragas plečiasi H plokštumoje. Šie dizainai yra naudingi, kai dviejose pagrindinėse plokštumose reikalingi skirtingi spindulių pluošto pločiai arba kai mechaniniai apribojimai palankūs vienoje plokštumoje platėjančiam spinduliui.
Kūginė rago antena
Kūginis ragas paprastai maitinamas apskritu bangolaidžiu ir turi apskritą angą. Jis gali atitikti rotaciškai simetriško pluošto reikalavimus ir gali būti sukonfigūruotas tiesinei arba apskritai poliarizacijai, priklausomai nuo maitinimo ir sužadinimo režimo.
Gofruoto rago antena
Gofruotės naudojamos paviršiaus srovėms ir apertūros laukams valdyti. Gerai suprojektuotas gofruotas ragas gali užtikrinti simetrišką spindulį, mažas šonines skiltis ir mažą kryžminę poliarizaciją, todėl jis patrauklus tiksliam tiekimui, palydovinio ryšio sistemoms, radijo astronomijai ir matavimo reikmėms.
Dvigubo briaunavimo ir plačiajuosčio ryšio raginė antena
Briaunos keičia bangolaidžio lauko pasiskirstymą ir sumažina efektyvų ribinį dažnį, taip užtikrindamos platesnį veikimo dažnių juostos plotį nei daugelis įprastų vienmodžių ragų. Dvigubo briaunos plačiajuosčio ryšio ragai plačiai naudojami EMC bandymuose, stebėjimo, plačiajuosčio ryšio matavimuose ir laboratorinėse sistemose. Jų stiprinimą, modelį ir VSWR vis tiek reikėtų peržiūrėti visame diapazone, nes plačiajuosčio ryšio veikimas pagal nutylėjimą nėra vienodas.
Dvigubai ir apskritai poliarizuota raginė antena
Dvigubos poliarizacijos raguose naudojami atskiri prievadai arba ortomodinė struktūra, kad būtų palaikomos dvi ortogonalios poliarizacijos. Apskritai poliarizuoti ragai turi poliarizatorių arba tinkamą modalinę struktūrą, kad būtų generuojama dešininė arba kairė apskritoji poliarizacija. Pagrindinės specifikacijos apima prievadų izoliaciją, kryžminę poliarizaciją ir ašinį santykį.
Objektyvo rago antena
Lęšio ragas įdeda elektromagnetinį lęšį prieš rago angą, kad suformuotų fazinį frontą. Priklausomai nuo konstrukcijos, lęšis gali padidinti kryptingumą, sumažinti taikinio angai reikalingą fizinį ilgį arba sukurti fokusuotą lauką medžiagų matavimui ir artimojo lauko taikymams.
Raginių antenų privalumai ir trūkumai
Privalumai
- Kryptinis spinduliavimas su nuspėjamais E ir H plokštumos modeliais
- Naudingas stiprinimas mikrobangų ir milimetrinių bangų dažnių diapazonuose
- Geras spinduliuotės efektyvumas, kai kontroliuojami laidininko ir pereinamojo laikotarpio nuostoliai
- Vidutinis arba platus veikimo dažnių juostos plotis, priklausomai nuo rago ir tiekimo konstrukcijos
- Didelės galios galimybės tinkamose bangolaidžio maitinimo konfigūracijose
- Mechaninis paprastumas ir pakartojamas našumas
- Galima įsigyti linijinės, dvigubos ir apskrito poliarizacijos konfigūracijas
Apribojimai
- Fizinis dydis didėja mažėjant dažniui arba didėjant reikalingam stiprinimui
- Labai didelis stiprinimas gali pareikalauti didelės diafragmos arba papildomo objektyvo ar reflektoriaus
- Diafragmos fazės paklaida gali apriboti stiprinimą ir paveikti šoninės skilties veikimą
- Plačiajuosčio ryšio modeliai gali rodyti reikšmingus stiprinimo ir spindulio pločio pokyčius visoje juostoje
- Tiksli poliarizacija ir mažo šoninio sluoksnio reikalavimai gali padidinti projektavimo ir gamybos sudėtingumą
Raginės antenos taikymas
Antenos matavimas ir kalibravimas
Charakterizuoti standartinio stiprinimo ragai dažnai naudojami kaip etaloninės antenos stiprinimo, spinduliuotės modelio, poliarizacijos ir antenos diapazono matavimams. Jų stabili geometrija ir gerai suprantamas elgesys yra naudingi pasikartojantiems laboratoriniams ir metrologijos darbams.
EMC ir EMI bandymai
Plačiajuosčiai ragai naudojami spinduliuotės matavimams ir spinduliuotės atsparumo bandymams mikrobangų dažnių diapazonuose. Bandymų inžinieriai parenka anteną pagal reikiamą juostą, lauko stiprumą, galios lygį, stiprinimo kitimą ir kalibravimo duomenis.
Radarai ir nuotolinis stebėjimas
Raginės antenos gali būti naudojamos kaip atskiros kryptinės antenos arba kaip reflektorių tiekimo šaltiniai radarų, vaizdo gavimo, nuotolinio stebėjimo ir medžiagų charakterizavimo sistemose. Šiose srityse labai svarbūs spindulio forma, poliarizacijos grynumas ir šoninės skilties valdymas.
Palydovinis ir tiesioginis ryšys
Raginės antenos naudojamos kaip tiekimo ir kryptinės antenos mikrobangų ir milimetrinių bangų ryšiuose. Priklausomai nuo sistemos, inžinieriai gali teikti pirmenybę stiprinimui, spindulio simetrijai, apskritiminei poliarizacijai, mažai kryžminei poliarizacijai arba aplinkos apsaugai.
Reflektoriaus ir objektyvo tiekimo įrenginiai
Ragas gali apšviesti parabolinį reflektorių arba dielektrinį lęšį. Tiekimo modelio pasirinkimas turi įtakos diafragmos apšvietimui, spinduliuotės išplitimui, efektyvumui, šoninėms skiltims ir bendram kombinuotos antenos sistemos spinduliavimo modeliui.
Kaip išsirinkti rago anteną
Pradėkite nuo visų sistemos reikalavimų, o ne rinkitės vien pagal stiprinimą:
- Apibrėžkite veikimo diapazoną.Patvirtinkite minimalų ir maksimalų dažnius ir ar reikalingas nuolatinis, ar fiksuoto dažnio veikimas.
- Nustatykite pelno ir aprėpties tikslą.Palyginkite stiprinimą kartu su E plokštumos ir H plokštumos spindulio pločiu visame diapazone.
- Pasirinkite poliarizaciją.Pagal poreikį pasirinkite linijinę, dvigubą linijinę, dešininę apskritąją, kairę apskritąją arba dvigubą apskritąją poliarizaciją.
- Patikrinkite rašto kokybę.Peržiūrėkite šonines skilteles, kryžminę poliarizaciją, ašių santykį, priekinės ir galinės pusės veikimą ir, jei taikoma, prievadų izoliaciją.
- Patikrinkite atitikimą ir sąsają.Patvirtinkite VSWR arba grįžtamąjį nuostolį, bangolaidžio dydį, flanšo standartą, jungties tipą ir mechaninį tvirtinimą.
- Apsvarstykite galią ir aplinką.Atsižvelkite į siųstuvo galią, darbo ciklą, temperatūrą, apsaugą nuo oro sąlygų, radaro poreikius ir įrengimo sąlygas.
- Prireikus naudokite išmatuotus duomenis.Kalibravimui, atitikties bandymams ir tiksliosioms sistemoms naudokite konkretaus modelio duomenų lapą ir išmatuotus kalibravimo duomenis, o ne pasikliaukite nominaliu šeimos aprašymu.
Praktinį atrankos veiksnių palyginimą žr.RF MISO raginės antenos pasirinkimo vadovasTaip pat galite peržiūrėti visąRF MISO ragų antenos diapazonas.
Dažnai užduodami klausimai
Ar raginė antena sustiprina signalą?
Ne. Ruporinė antena yra pasyvus įrenginys. Jos stiprinimas atsiranda nukreipiant perduodamą arba priimamą energiją, o ne dėl elektroninio stiprinimo.
Ar visos raginės antenos yra plačiajuosčio ryšio?
Ne. Daugelis raginių antenų siūlo naudingą pralaidumą, tačiau tikrasis diapazonas priklauso nuo tiekimo, bangolaidžio režimų, blyksnių geometrijos, atitikimo struktūros ir poliarizacijos tinklo. Dvigubo briaunojimo raginės antenos yra specialiai sukurtos platesniam pralaidumui.
Kas lemia raginės antenos stiprinimą?
Stiprinimui įtakos turi elektrinės apertūros dydis, apertūros efektyvumas, fazės ir amplitudės pasiskirstymas, laidininko nuostoliai ir dažnis. Didesnė elektrinė apertūra paprastai palaiko didesnį kryptingumą, tačiau norint, kad apertūros dydis taptų naudingu stiprinimu, reikalingas geras lauko valdymas.
Kuo skiriasi standartinio stiprinimo ragas ir plačiajuosčio stiprinimo ragas?
Standartinio stiprinimo ragas skirtas užtikrinti nuspėjamą, gerai apibūdintą stiprinimą nurodytame dažnių diapazone ir dažnai naudojamas kaip matavimo etalonas. Plačiajuosčio ryšio ragas teikia pirmenybę veikimui platesniame dažnių diapazone, kuriame stiprinimas ir spindulio plotis gali labiau skirtis.
Dirbkite su RF MISO
„RF MISO“ tiekia standartines ir pritaikytas ragines antenas mikrobangų ir milimetrinių bangų taikymams, įskaitant piramidės, kūgines, plačiajuostes, gofruotas, dvigubos poliarizuotos, apskritos poliarizacijos ir lęšio ragines antenas. Pasirinkimas visada turėtų būti grindžiamas modelio dažnių diapazonu, stiprinimu, charakteristika, poliarizacija, VSWR, sąsaja ir aplinkos reikalavimais.
Naršykite mūsųragų antenų produktai or susisiekite su RF MISOaptarti jūsų paraišką ir techninius reikalavimus.
Nuorodos ir papildoma literatūra
Įrašo laikas: 2024 m. kovo 28 d.
