Torviantenni on aukkoantenni, joka käyttää levenevää aaltojohtoa sähkömagneettisen energian lähettämiseen vapaaseen tilaan tai tulevan energian keräämiseen tietystä suunnasta. Sen yksinkertainen rakenne, ennustettava säteilykuvio, suhteellisen korkea suuntaavuus ja kyky toimia hyödyllisillä mikroaalto- ja millimetriaaltokaistanleveyksillä tekevät siitä yleisen valinnan antennimittauksiin, tutka-, satelliittiviestintään, EMC-testaukseen, heijastinsyöttöihin ja tutkimusjärjestelmiin.
Tässä oppaassa selitetään, miten torviantennit toimivat, tärkeimmät torviantennityypit, tärkeät suorituskykyparametrit, niiden edut ja rajoitukset sekä miten valita sopiva malli tiettyyn radiotaajuussovellukseen.
Mikä on torviantenni?
Torviantenni muodostetaan laajentamalla aaltojohtimen päätä vähitellen. Aaltojohtimessa on ohjattu sähkömagneettinen moodi, kun taas leveämpi osa muodostaa siirtymän pienemmästä aaltojohtimen poikkileikkauksesta suurempaan säteilevään aukkoon. Aukon kohdalla sähkömagneettinen kenttä kytkeytyy vapaaseen tilaan ja muodostaa suuntaavan säteen.
Soihdutus voi olla suorakaiteen muotoinen, pyramidin muotoinen, kartiomainen, harjanteinen, aallotettu tai yhdistetty linssiin tai polarisaatioverkkoon. Jokainen geometria muuttaa antennin toimintakaistanleveyttä, vahvistusta, keilanleveyttä, polarisaatiokäyttäytymistä, vaihejakaumaa, sivukeilan tasoa ja mekaanista kokoa.
Torviantenni on passiivinen. Se ei tuota radiotaajuustehoa eikä vahvista signaalia. Sen näennäinen vahvistus syntyy keskittämällä säteilevä energia kapeammalle kulma-alueelle verrattuna isotrooppiseen säteilijään. Sama suuntakäyttäytyminen parantaa myös vastaanottoa aiotusta suunnasta.
Miten torviantenni toimii?
Torviantennin toiminta voidaan ymmärtää neljässä vaiheessa:
- Energia tulee sisään syötön kautta.Suorakulmainen tai pyöreä aaltojohto, koaksiaali-aaltojohtosiirtymä tai muu RF-rajapinta virittää vaaditun etenemismoodin.
- Aaltoputki laajenee vähitellen.Leveämpi osa lisää poikkileikkauspinta-alaa ja vähentää äkillistä siirtymää, joka tapahtuisi avoimessa aaltojohteessa.
- Kenttä leviää aukon poikki.Torven geometria kontrolloi amplitudin ja vaiheen jakautumista aukon yli. Aukon koko ja kentän tasaisuus vaikuttavat voimakkaasti vahvistukseen, keilanleveyteen, sivukeiloihin ja ristipolarisaatioon.
- Aukko säteilee vapaaseen tilaan.Aukon kentät yhdistyvät muodostaen suuntaavan kaukokenttäkuvion. Suurempi sähköinen aukko tuottaa yleensä paremman suuntaavuuden ja kapeamman säteen, edellyttäen että vaihevirhe ja häviöt pysyvät hallinnassa.
Levy ei täysin poista heijastusten tai impedanssin epäsuhdan vaikutusta. Sen sijaan oikein suunniteltu levennys tarjoaa asteittaisemman siirtymän, mikä auttaa saavuttamaan hyväksyttävän VSWR:n ja säteilytehokkuuden aiotulla kaistalla. Lopullinen suorituskyky riippuu syöttötavasta, levennyskulmasta, torven pituudesta, aukon mitoista, valmistustarkkuudesta sekä suunnittelussa käytetyistä harjanteista, aalloituksista, linsseistä tai polarisoivista rakenteista.
Key Horn -antennin suorituskykyparametrit
Käyttötaajuusalue
Käytettävissä olevan taajuusalueen on oltava yhteensopiva syöttävän aaltojohtimen tai -liittimen ja torven geometrian kanssa. Suorituskyky on tarkistettava koko vaaditulla kaistalla, ei vain keskitaajuudella. Aaltojohtimella syötetyssä torvessa valittu aaltojohtimen kaista ja laippa ovat erityisen tärkeitä.
Vahvistus ja aukon koko
Vahvistus kuvaa, kuinka voimakkaasti antenni keskittää energiaa tiettyyn suuntaan, mukaan lukien antennin hyötysuhteen vaikutus. Suurempi vahvistus vaatii yleensä suuremman sähköisen aukon. Alhaisemmilla taajuuksilla saman vahvistuksen saavuttaminen vaatii yleensä fyysisesti suuremman torven.
Säteenleveys ja säteilykuvio
Puolet tehon keilanleveydestä ilmaisee pääkeilan kulmaleveyden. Suuremman vahvistuksen omaavalla torvella on yleensä kapeampi keila. Insinöörien tulisi myös tarkistaa sivukeilojen tasot, edestä taakse -käyttäytyminen sekä E- ja H-tasojen kuviot, koska kahdella samanlaisen vahvistuksen omaavalla torvella voi olla erilainen peittoalue ja sivukeilan ominaisuudet.
VSWR ja heijastushäviö
VSWR ja heijastusvaimennus osoittavat, kuinka hyvin antennin tulosignaali on sovitettu RF-järjestelmään. Huono sovitus lisää heijastunutta tehoa ja voi vähentää antennille syötettyä tehoa. Hyväksyttävä raja riippuu lähettimestä, vastaanottimesta, kaapelihäviöistä, kalibrointivaatimuksista ja järjestelmän marginaalista.
Polarisaatio ja ristipolarisaatio
Torviantennit voivat tukea lineaarista, kaksoislineaarista, pyöreää tai kaksoispyöreää polarisaatiota, kun ne on suunniteltu sopivalla syöttö- ja polarisaatiorakenteella. Vaaditun polarisaation on sovittava järjestelmään. Ristipolarisaatio, pyöreän polarisaation aksiaalisuhde ja kaksoispolarisoitujen mallien porttien eristys on arvioitava, kun polarisaation puhtaus on tärkeää.
Tehonkäsittely ja RF-liitäntä
Aaltojohdinsyöttöiset torvet valitaan usein suuritehoisiin mikroaaltojärjestelmiin, mutta todellinen teho riippuu koko kokoonpanosta, mukaan lukien aaltojohdin, siirtymät, liittimet, paineistus, materiaali ja käyttöympäristö. Laipan tai koaksiaaliliittimen on sovittava mekaanisesti ja sähköisesti muuhun RF-ketjuun.
Yleisiä torviantennien tyyppejä
Pyramidimainen sarviantenni
Pyramidin muotoinen torvi levittäytyy sekä suorakaiteen muotoisen aaltojohteen E- että H-tasossa. Se on yksi yleisimmin käytetyistä torvigeometrioista ja yleinen antennimittauksissa, vakiovahvistuksen referenssisovelluksissa, tutkajärjestelmissä ja heijastinsyötöissä.
Sektoriaalinen torviantenni
Sektorimainen torvi leviää vain yhdessä tasossa. E-tason sektorimainen torvi laajenee E-tasossa, kun taas H-tason sektorimainen torvi laajenee H-tasossa. Nämä rakenteet ovat hyödyllisiä, kun kahdessa pääseimässä tarvitaan eri keilanleveyksiä tai kun mekaaniset rajoitukset suosivat yksitasoista levennystä.
Kartiomainen torviantenni
Kartiomaista torvea syötetään tyypillisesti pyöreän aaltojohteen kautta, ja siinä on pyöreä aukko. Se voi tukea pyörähdyssymmetrisiä sädevaatimuksia ja se voidaan konfiguroida lineaariseen tai pyöreään polarisaatioon syötöstä ja viritystilasta riippuen.
Aaltopahvin torviantenni
Aallotusta käytetään pintavirtojen ja aukkokenttien hallintaan. Hyvin suunniteltu aallotettu torvi voi tarjota symmetrisen säteen, matalat sivukeilat ja matalan ristipolarisaation, mikä tekee siitä houkuttelevan tarkkuussyötöissä, satelliittiviestintäjärjestelmissä, radioastronomiassa ja mittaussovelluksissa.
Kaksiharjainen ja laajakaistainen torviantenni
Harjanteet muuttavat aaltojohtimen kentän jakaumaa ja laskevat tehollista katkaisutaajuutta, mikä mahdollistaa laajemman toimintakaistanleveyden kuin monet perinteiset yksimuotoiset torvet. Kaksiharjaisia laajakaistatorvia käytetään laajalti EMC-testauksessa, valvonnassa, laajakaistamittauksissa ja laboratoriojärjestelmissä. Niiden vahvistusta, kuviota ja VSWR:ää tulisi silti tarkastella koko kaistanleveydellä, koska laajakaistan suorituskyky ei ole oletusarvoisesti tasainen.
Kaksoispolarisoitu ja ympyräpolarisoitu torviantenni
Kaksoispolarisoiduissa torvissa käytetään erillisiä portteja tai ortomodaalista rakennetta kahden ortogonaalisen polarisaation tukemiseksi. Ympyräpolarisoiduissa torvissa on polarisaattori tai sopiva modaalirakenne oikea- tai vasenkätisen pyöreän polarisaation aikaansaamiseksi. Tärkeimpiä ominaisuuksia ovat porttien eristys, ristipolarisaatio ja aksiaalisuhde.
Linssitorviantenni
Linssitorvi asettaa sähkömagneettisen linssin torven aukon eteen muotoilemaan vaiherintamaa. Rakenteesta riippuen linssi voi lisätä suuntaavuutta, vähentää kohdeaukon vaatimaa fyysistä pituutta tai luoda fokusoidun kentän materiaalimittauksia ja lähikenttäsovelluksia varten.
Torviantennien edut ja rajoitukset
Edut
- Suuntaava säteily ennustettavilla E- ja H-tason kuvioilla
- Hyödyllinen vahvistus mikroaalto- ja millimetriaaltotaajuusalueilla
- Hyvä säteilytehokkuus, kun johdin- ja siirtymähäviöitä hallitaan
- Kohtalainen tai laaja toimintakaistanleveys, riippuen torven ja syötteen suunnittelusta
- Suuri tehokapasiteetti sopivissa aaltojohdepohjaisissa kokoonpanoissa
- Mekaaninen yksinkertaisuus ja toistettava suorituskyky
- Saatavilla lineaarisena, kaksoispolarisoituna ja ympyräpolarisoituna kokoonpanona
Rajoitukset
- Fyysinen koko kasvaa taajuuden pienentyessä tai vaaditun vahvistuksen kasvaessa
- Erittäin suuri vahvistus voi vaatia suuren aukon tai lisälinssin tai heijastimen
- Aukon vaihevirhe voi rajoittaa vahvistusta ja vaikuttaa sivukeilan suorituskykyyn
- Laajakaistamallit voivat osoittaa merkittäviä muutoksia vahvistuksessa ja keilanleveydessä kaistan yli
- Tarkkuuspolarisaatio ja matalan sivukeilan vaatimukset voivat lisätä suunnittelun ja valmistuksen monimutkaisuutta
Torviantennin sovellukset
Antennin mittaus ja kalibrointi
Karakterisoituja standardivahvistuksen omaavia torvia käytetään usein referenssiantenneina vahvistuksen, säteilykuvion, polarisaation ja antennin kantaman mittauksissa. Niiden vakaa geometria ja hyvin ymmärretty käyttäytyminen ovat hyödyllisiä toistettavissa laboratorio- ja metrologiatöissä.
EMC- ja EMI-testaus
Laajakaistaisia torvia käytetään säteilypäästöjen mittaamiseen ja säteilynsietotestaukseen mikroaaltojen taajuusalueilla. Testausinsinöörit valitsevat antennin vaaditun kaistan, kentänvoimakkuuden, tehotason, vahvistuksen vaihtelun ja kalibrointitietojen perusteella.
Tutka ja kaukokartoitus
Torviantennit voivat toimia itsenäisinä suunta-antenneina tai heijastimien syöttöinä tutka-, kuvantamis-, kaukokartoitus- ja materiaalien karakterisointijärjestelmissä. Säteen muoto, polarisaation puhtaus ja sivukeilan hallinta voivat olla ratkaisevan tärkeitä näissä sovelluksissa.
Satelliitti- ja pisteestä pisteeseen -viestintä
Torviantenneja käytetään syöttö- ja suunta-antenneina mikroaalto- ja millimetriaaltoyhteyksissä. Järjestelmästä riippuen insinöörit voivat priorisoida vahvistusta, säteen symmetriaa, ympyräpolarisaatiota, matalaa ristipolarisaatiota tai ympäristönsuojelua.
Heijastin ja linssinsyötöt
Torvi voi valaista parabolisen heijastimen tai dielektrisen linssin. Syöttökuvion valinta vaikuttaa valoaukon valaistukseen, heijastuskykyyn, hyötysuhteeseen, sivukeiloihin ja yhdistetyn antennijärjestelmän kokonaissäteilykuvioon.
Kuinka valita torviantenni
Aloita koko järjestelmävaatimuksesta sen sijaan, että valitsisit pelkän vahvistuksen perusteella:
- Määrittele toimintasäde.Vahvista minimi- ja maksimitaajuudet sekä se, tarvitaanko jatkuvaa vai pistetaajuustoimintaa.
- Aseta vahvistus- ja peittoaluetavoite.Vertaa vahvistusta E-tason ja H-tason keilanleveyksiin koko kaistan alueella.
- Valitse polarisaatio.Valitse lineaarinen, kaksoislineaarinen, oikealle pyörivä, vasemmalle pyörivä tai kaksoispyöreä polarisaatio tarpeen mukaan.
- Tarkista kuvion laatu.Tarkista sivukeilat, ristipolarisaatio, aksiaalisuhde, etu-taka-suorituskyky ja porttien eristys soveltuvin osin.
- Tarkista yhteensopivuus ja rajapinta.Vahvista VSWR eli heijastushäviö, aaltojohtimen koko, laippastandardi, liittimen tyyppi ja mekaaninen kiinnitys.
- Ota huomioon voima ja ympäristö.Ota huomioon lähettimen teho, käyttösuhde, lämpötila, säänkestävyys, tutkan tarpeet ja asennusolosuhteet.
- Käytä mittausdataa tarvittaessa.Kalibrointia, vaatimustenmukaisuustestejä ja tarkkuusjärjestelmiä varten käytä mallikohtaista datalehteä ja mitattuja kalibrointitietoja nimellisen tuoteperheen kuvauksen sijaan.
Valintatekijöiden käytännön vertailua varten ks.RF MISO -torviantennin valintaopasVoit myös selata kokoRF MISO -torviantennin kantama.
Usein kysytyt kysymykset
Vahvistaako torviantenni signaalia?
Ei. Torviantenni on passiivinen laite. Sen vahvistus johtuu lähetetyn tai vastaanotetun energian ohjaamisesta, ei elektronisesta vahvistuksesta.
Ovatko kaikki torviantennit laajakaistaisia?
Ei. Monet torviantennit tarjoavat hyödyllisen kaistanleveyden, mutta todellinen kantama riippuu syötöstä, aaltojohtimien tiloista, leimahdusgeometriasta, sovitusrakenteesta ja polarisaatioverkosta. Kaksiharjaiset torvet on suunniteltu erityisesti laajemmille kaistanleveyksille.
Mikä määrää torviantennin vahvistuksen?
Vahvistukseen vaikuttavat sähköisen aukon koko, aukon hyötysuhde, vaihe- ja amplitudijakauma, johdinhäviö ja taajuus. Suurempi sähköinen aukko yleensä tukee parempaa suuntaavuutta, mutta aukon koon muuntaminen hyödylliseksi vahvistukseksi vaatii hyvää kentän säätöä.
Mitä eroa on vakiovahvistuksen omaavalla torvella ja laajakaistatorvella?
Vakiovahvistuksen omaava torvi on suunniteltu tarjoamaan ennustettavaa ja hyvin karakterisoitua vahvistusta määritellyllä taajuusalueellaan, ja sitä käytetään usein mittausreferenssinä. Laajakaistainen torvi priorisoi toimintaa laajemmalla taajuusalueella, jonka vahvistus ja keilanleveys voivat vaihdella merkittävästi enemmän tällä alueella.
Työskentele RF MISO:n kanssa
RF MISO toimittaa standardikokoisia ja räätälöityjä torviantenneja mikroaalto- ja millimetriaaltosovelluksiin, mukaan lukien pyramidi-, kartio-, laajakaista-, aallotettuja, kaksoispolarisoituja, ympyräpolarisoituja ja linssitorvirakenteita. Valinnan tulee aina perustua mallikohtaiseen taajuusalueeseen, vahvistukseen, kuvioon, polarisaatioon, VSWR:ään, rajapintaan ja ympäristövaatimuksiin.
Tutustu valikoimaammetorviantennituotteet or ota yhteyttä RF MISOonkeskustellaksesi hakemuksestasi ja teknisistä vaatimuksistasi.
Viitteet ja lisälukemista
Julkaisun aika: 28.3.2024
