Czym jest antena tubowa: 9 ważnych pojęć

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

Punkty do dyskusji: antena tubowa

• Wprowadzenie
• Zastosowanie anteny tubowej
• Elementy anteny tubowej i typy anten tubowych
• Konstrukcja anteny tubowej
• Kierunkowość anteny tubowej
• Charakterystyka promieniowania anteny tubowej
• Wzmocnienie anteny tubowej
• Szerokość wiązki anteny tubowej
• Kilka problemów matematycznych związanych z anteną tubową

Wprowadzenie

Aby zdefiniować antenę tubową, powinniśmy znać właściwą definicję anteny. Zgodnie ze standardowymi definicjami anten IEEE,

„Antena jest środkiem do emitowania lub odbierania fal radiowych”.

Antena tubowa to najpopularniejszy typ anteny Aperture. Anteny aperturowe są specjalnie zaprojektowane dla częstotliwości mikrofalowych. Tego typu anteny aperturowe są szeroko stosowane i najbardziej pozbawione ozdób, poza jakimikolwiek rodzajami.

Chociaż użycie anteny tubowej rozpoczęto w XIX wieku, szybka aplikacja została stworzona w latach 1800. XX wieku. Anteny te również przeszły w tym czasie drastyczne modyfikacje. Wykonano liczne tezy i badania, aby opisać konstrukcję anteny tubowej, poznać charakterystykę promieniowania anteny tubowej oraz zastosowania w różnych sektorach. ten aplikacje w kuchence mikrofalowej i domena transmisji falowodu sprawiła, że ​​antena tubowa stała się sławna. Dlatego anteny tubowe są często interpretowane jako mikrofalowe anteny tubowe.

Co to jest linia przesyłowa? Jak to się ma do anteny? Wiedz tutaj!

Korzystanie z anteny tubowej

Anteny tubowe znalazły znaczące zastosowania jako elementy zasilające w potężnej radioastronomii, śledzeniu satelitarnym, antenach komunikacyjnych i wielu innych miejscach. Służy do zasilania reflektora i soczewek, a także w układach fazowanych. Anteny te są preferowane w stosunku do różnych typów anten aperturowych ze względu na uczciwą i prostą konstrukcję, lepszy zysk, wszechstronność i ogólną wydajność.

Elementy anteny tubowej

Antena tubowa to rura rezonansowa o różnych kształtach, którą można kształtować w celu wykonania większego otworu. Na ogólną wydajność anteny ma wpływ kierunek, wielkość stożka, kierunkowość.

Rodzaje anten tubowych

Anteny tubowe mają różne formy do operacji. Oni są -

· Sektorowa antena tubowa

• E-samolot
• Płaszczyzna H.

· Piramidalna antena tubowa

· Stożkowa antena tubowa

· Antena tubowa karbowana

· Ukośna antena tubowa

· Prążkowana antena tubowa

· Podwójna stożkowa antena tubowa

· Antena tubowa przegrody

· Antena tubowa z ograniczoną aperturą

Konstrukcja anteny tubowej (piramidalna antena tubowa)

Piramidalna antena tubowa jest najczęściej używanym i popularnym typem anteny tubowej. Znany jest jako róg o standardowym wzmocnieniu (dlatego do opisu wybieramy róg piramidalny). Wzór promieniowania rogu piramidalnego jest połączeniem anten tubowych sektorowych E i H. Omówmy projekt piramidalnej anteny rogowej.

Procedura Projektowanie

• Projektant / inżynier powinien znać zysk (G.₀). Również pomiary „a”, „b” czworokąta falowód (stosowany jako pasza) powinien być znany.  
• Projekt ma na celu wyprowadzenie takich wymiarów jak - a₁b₁, ρ_e, ρ_hP_eP_h. Obliczenia powinny doprowadzić projektanta do optymalnego wzmocnienia anteny tubowej.
• Dobór a1 i b1 powinien być również ukierunkowany, aby pomogły w znalezieniu optymalnego wzmocnienia i możemy wyprowadzić równania projektowe.
• Sprawność anteny tubowej wraz z aperturą wynosi około 50%. Teraz wiemy, że -

a₁ ≈ √ (3λρ₂)

b₁ ≈ √ (2λρ₁)

Kierunkowość jest określona jako - D₀

D₀ = A_em [4π / λ²]

A_em jest maksymalnym efektywnym obszarem i ma związek z obszarem fizycznym (w skrócie A_p).

A_em = ε_ap A_p

ε_ap jest sprawnością apertury, 0 ≤ ε_ap ≤ 1

Zysk = G.₀

G₀ = (1/2) * (4π / λ²) * (A₁ b₁)

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

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

Jak zakładamy ρ₂ ρ_h i ρ₁ ρ_e do długich anten tubowych.

Teraz, aby zrealizować fizyczną antenę tubową, str_e i P_h muszą być równe.

Wiemy to,

P_e = (ur₁ - b) [ (ρ_e /b₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / w₁)² - ¼]^1/2

Teraz możemy przepisać równanie (1) jak poniżej.

[√ (2χ) - b / λ]² (2χ-1) = [{(G₀ / 2π√χ) * √ (3 / 2π)} - (a / λ)]² * [(G₀² / 6π³χ) - 1] - (2)

Gdzie,

ρ_e / λ = χ i

ρ_h / λ = G.₀² / 8π³χ

Równanie (2) jest znane jako równanie projektowe róg-antena.

Kierunkowość anteny tubowej

Zanim przejdziemy do ustalenia kierunkowości anteny tubowej, powiedz nam, jaka jest kierunkowość anteny? Kierunkowość anteny jest definiowana jako stosunek natężenia promieniowania anteny w określonym kierunku do uśrednionej intensywności promieniowania we wszystkich kierunkach. Kierunkowość jest uważana za parametr do obliczania współczynnika zalet anteny.

Poniższe wyrażenie matematyczne opisuje kierunkowość.

D = U / U₀ = 4π U / P_rad

Jeśli nie podano kierunku, domyślnym kierunkiem jest kierunek maksymalnego natężenia promieniowania.

D_max = D₀ =U_max /U₀ = 4πU_max / P_rad

Tutaj „D” jest kierunkowością i nie ma kierunku, ponieważ jest stosunkiem. U to natężenie promieniowania. U_max to maksymalna intensywność promieniowania. U₀ jest intensywnością promieniowania źródła izotropowego. P._rad to całkowita moc wypromieniowana. Jego jednostką jest wat (W).

Jak wspomniano wcześniej, antena tubowa ma trzy typy. Wszystkie klasy mają różną kierunkowość. Omówmy je wszystkie.

Róg sektora E-Plane

Poniższe wyrażenie podaje kierunkowość anteny tubowej samolotu E.

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

Gdzie, | F (t) | = [C²b₁ / √ (2λρ₁) + S.²b₁ / √ (2λρ₁)]

Róg sektorowy samolotu H.

Poniższe wyrażenie podaje kierunkowość sektorowej anteny tubowej w płaszczyźnie H.

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

Gdzie,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/za₁ + a₁/ (λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/za₁ - a₁/ (λρ₂)}]

Piramidalna antena tubowa

Kierunkowość piramidalnej anteny tubowej zależy zarówno od kierunkowości klaksonu sektorowego w płaszczyźnie E i H. Równanie podano poniżej.

D_P = 4πU_max /P_rad = [8πρ₁ρ₂ /a₁b₁] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²} * {[C²b₁ / √ (2λρ₁) + S.²b₁ / √ (2λρ₁)]}

Można go zapisać jako -

D_P = [πλ² /32ab] *D_ED_H

Wzór promieniowania anteny tubowej

Wzorzec promieniowania to kątowa zależność siły fal radiowych z dowolnego źródła elektromagnetycznego. Poniższy rysunek przedstawia wzór promieniowania piramidalnej anteny tubowej.

Obraz przedstawiający charakterystykę promieniowania anteny tubowej

Wzmocnienie anteny tubowej

Zysk anteny odnosi się do stosunku natężenia w określonym kierunku do natężenia promieniowania, gdyby antena była promieniowana izotopowo. Jest to istotny parametr do pomiaru wydajności anteny i ma ścisły związek z kierunkowością anteny. Zysk anteny tubowej wynosi około 25 dBi, a zakres wynosi zwykle 10 - 20 dBi.

Szerokość wiązki anteny tubowej

Szerokość pasma anteny to odległość kątowa między dwoma punktami dopasowania na odwrotnej stronie konturu. Szerokość wiązki anteny tubowej zmniejsza się, gdy częstotliwość procesu wzrasta.

Szerokość pasma praktycznej anteny tubowej mieści się w zakresie od 10: 1 do 20: 1.

Kilka problemów matematycznych związanych z anteną tubową

1. Znajdź kierunkowość sektorowej anteny tubowej płaszczyzny E. Szczegóły dotyczące anteny podano poniżej. a = 0.5 A, b = 0.25 A, b₁ = 6λ, ρ₁ = 6λ

Rozwiązanie:

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

Część wykresu całkowego Fresnela; Źródło obrazu - A. VAN WIJNGAARDEN i WL SCHEEN

Teraz [C (1.73)]² = (0.32)² = 0.1024 [z wykresu całek Fresnela]

I [S (1.73)]² = (0.54)² = 0.2916 [z wykresu całek Fresnela]

Wiemy o tym, D._E = 4πU_max /P_rad = (64aρ₁ * | F (t) | ²) / πλb₁

Gdzie, | F (t) | = [C²b₁ / √ (2λρ₁) + S.²b₁ / √ (2λρ₁)]

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

Albo D._E = 4.01 dB.

Tak więc, kierunkowość danej sektorowej anteny tubowej samolotu E wynosi 4.01 dB.

2. Znajdź kierunkowość sektorowej anteny tubowej w płaszczyźnie H. Szczegóły dotyczące anteny podano poniżej. a = 0.5 A, b = 0.25 A, a₁ = 6λ, ρ₂ = 6λ

Rozwiązanie:

Wiemy to,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/za₁ + a₁/ (λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/za₁ - a₁/ (λρ₂)}]

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

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

Używając całek Fresnela,

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

Wiemy, że kierunkowość anteny sektorowej w płaszczyźnie H jest 

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

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

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

Albo D._H = 6.84 dB

Zatem kierunkowość danej sektorowej anteny tubowej w płaszczyźnie H wynosi 6.84 dB.

3. Szczegóły konstrukcyjne piramidalnej anteny tubowej podano poniżej. ρ₂ = 6λ = ρ₁ = 6λ; a = 0.5 A, b = 0.25 A; za₁ = 6λ = b₁ = 6λ; Sprawdź, czy z tymi szczegółami można zaprojektować praktyczną antenę tubową. Sprawdź również kierunkowość piramidalnej anteny rogowej.

Rozwiązanie:

            Teraz ρ_e = λ √ ([6²+ (6/2)²] = 6.708λ

            I ρ_h = λ √ ([6²+ (6/2)²] = 6.708λ

Wiemy to,

P_e = (ur₁ - b) [(ρ_e /b₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / w₁)² - ¼]^1/2

Teraz P._e = (6λ– 0.25λ) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.74λ

I p_h = (6λ– 0.5λ) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.12λ

Jak widać, P._e nie jest równe P._h, więc projekt nie jest możliwy do wdrożenia.

            Wiemy, że kierunkowość piramidalnej anteny rogowej to 

D_P = [πλ² /32ab] *D_ED_H

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

            [Wartość D._ED_{H jest} zostało obliczone wcześniej]

            Albo D._P = 21.54

            Konwertując to na wartość dB, D_P = 10log21.54 = 13.33 dB

Tak więc kierunkowość danej anteny piramidalnej tuby wynosi 13.33 dB.

Sudipta Roy

Cześć, jestem Sudipta Roy. Zrobiłem B. Tech w elektronice. Jestem entuzjastą elektroniki i obecnie zajmuję się dziedziną elektroniki i komunikacji. Interesuję się nowoczesnymi technologiami, takimi jak sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe. Moje teksty skupiają się na dostarczaniu dokładnych i aktualnych danych wszystkim uczniom. Pomaganie komuś w zdobywaniu wiedzy sprawia mi ogromną przyjemność.
Połączmy się poprzez LinkedIn –