O que é antena de chifre: 9 conceitos importantes

Crédito da imagem: Schwarzbeck Mess-Elektronik, Schwarzbeck BBHA 9120 D, CC BY-SA 3.0

Pontos para discussão: antena de chifre

• Introdução
• Uso de antena em forma de chifre
• Elementos de uma antena em forma de chifre e Tipos de antena em forma de chifre
• Design de antena de chifre
• Diretividade da antena em forma de chifre
• Padrão de radiação da antena da corneta
• Ganho da antena da corneta
• Largura do feixe da antena da corneta
• Poucos problemas matemáticos relacionados à antena de chifre

Introdução

Para definir uma antena em forma de chifre, devemos saber a definição adequada da antena. De acordo com as definições padrão IEEE de antenas,

“Uma antena é um meio de irradiar ou receber ondas de rádio”.

A antena tipo corneta é o tipo mais popular de antena de abertura. As antenas de abertura são especialmente projetadas para frequências de microondas. Esses tipos de antenas de abertura são amplamente usados ​​e a maioria sem adornos, exceto qualquer outro tipo.

Embora o uso da antena de chifre tenha sido iniciado em 1800, o aplicativo rápido foi criado na década de 1930. Essas antenas também sofreram modificações drásticas durante esse período. Numerosas teses e pesquisas foram feitas para descrever o design da antena de chifre, descobrir o padrão de radiação da antena de chifre e aplicações em diferentes setores. o aplicações em micro-ondas e domínio de transmissão de guia de onda tornou a antena de chifres famosa. É por isso que as antenas de chifre são frequentemente interpretadas como uma antena de chifre de micro-ondas.

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Uso de antena de chifre

Antenas de chifre encontraram aplicações impactantes como elementos de alimentação para radioastronomia robusta, rastreamento de satélite, antenas de comunicação e muitos outros lugares. Ele é usado como um feed de refletor e lentes e também usado em matrizes de fase. Essas antenas são preferidas aos diferentes tipos de antenas de abertura, devido ao seu design justo e direto, melhor ganho, versatilidade e desempenho geral.

Elementos de uma antena em forma de chifre

A antena de chifre é um tubo ressonante de vários designs que pode ser moldado para fazer uma abertura maior. O desempenho geral da antena é afetado pela direção, quantidade de conicidade e diretividade.

Tipos de antena corneta

Antenas de chifre têm diferentes formas de operação. Eles são -

· Antena Setorial de Chifre

• E-avião
• H-Plano

· Antena de chifre piramidal

· Antena Cônica de Chifre

· Antena tipo chifre ondulado

· Antena de chifre diagonal

· Antena em forma de chifre estriada

· Antena cônica em forma de chifre dual

· Antena de chifre de septo

· Antena tipo corneta com abertura limitada

Projeto da antena de chifre (antena de chifre piramidal)

A antena tipo corneta piramidal é o tipo mais usado e popular de antena tipo corneta. É conhecido como um chifre de ganho padrão (é por isso que escolhemos o chifre piramidal para descrever). O padrão de radiação do chifre piramidal é a combinação de antenas de chifre setoriais E e H. Vamos discutir o projeto de uma antena tipo chifre piramidal.

projeto Procedimento

• O designer / engenheiro deve saber o ganho (G₀). Também as medidas de 'a', 'b', do quadrilátero Guia de ondas (usado como ração) deve ser conhecido.  
• O projeto visa derivar dimensões como - um₁, b₁,ρ_e,ρ_h, P_e, P_h. O cálculo deve levar o projetista ao ganho ideal da antena tipo corneta.
• A seleção de a1 e b1 também deve ser guiada para que ajudem a encontrar o ganho ideal e possamos derivar as equações de projeto.
• A eficiência de uma antena tipo corneta incluindo as aberturas é de cerca de 50%. Agora, sabemos que -

a₁ ≈ √ (3λρ₂)

b₁ ≈ √ (2λρ₁)

A diretividade é dada como - D₀

D₀ = A_em [4π / λ²]

A_em é a área efetiva máxima e tem relação com a área física (abreviado como A_p).

A_em = ε_ap A_p

ε_ap é a eficiência da abertura, 0 ≤ ε_ap ≤ 1

Ganho = G₀

G₀ = (1/2) * (4π/λ²) * (uma₁ b₁)

Ou, G₀ = (2π/λ²) * √ (3λρ₂) * √ (2λρ₁)

Ou, G₀ ≈ (2π /λ²) * √ (3λρ_h * 2λρ_e) - (1)

Como assumimos ρ₂ ≈ρ_h e ρ₁ ≈ρ_e para antenas de chifre longas.

Agora, para perceber a antena em forma de chifre física, P_e e P_h deve ser igual.

Nós sabemos isso,

P_e = (b₁ - b) [(ρ_e /b₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / uma₁)² - ¼]^1/2

Agora, podemos reescrever a equação (1) como abaixo.

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

Onde,

ρ_e / λ = χ e,

ρ_h /λ = G₀² /8π³χ

A equação (2) é conhecida como equação de projeto de antena chifre.

Diretividade da antena de chifre

Antes de começarmos a descobrir a diretividade de uma antena tipo corneta, deixe-nos saber a diretividade de uma antena. A diretividade de uma antena é definida como a razão entre a intensidade de radiação de uma antena em uma direção específica e a intensidade de radiação média em todas as direções. A diretividade é considerada um parâmetro para o cálculo da figura de mérito da antena.

A seguinte expressão matemática descreve a diretividade.

D = você / você₀ = 4πU/P_rad

Quando a direção não é fornecida, a direção padrão é a direção da intensidade máxima de radiação.

D_max = D₀ =U_max / VOCÊ₀ = 4πU_max / P_rad

Aqui, 'D' é a diretividade e não tem direção, pois é uma razão. U é a intensidade da radiação. você_max é a intensidade máxima de radiação. você₀ é a intensidade de radiação da fonte isotrópica. P_rad é a potência total irradiada. Sua unidade é Watt (W).

Como já foi dito, a antena tipo corneta é de três tipos. Todas as classes têm diretividade diferente. Vamos discutir todos eles.

Buzina Setorial de E-Plane

A expressão a seguir fornece a diretividade da antena de chifre do E-Plane.

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

Onde, | F (t) | = [C²b₁ / √ (2λρ₁) +S²b₁ / √ (2λρ₁)]

Buzina Setorial H-Plane

A expressão a seguir fornece a diretividade da antena em forma de chifre setorial de plano H.

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

Onde,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/uma₁ + Um₁/ √ (λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/uma₁ - Um₁/ √ (λρ₂)}]

Antena de chifre piramidal

A diretividade da antena corneta piramidal depende da diretividade da corneta setorial plana E e H. A equação é fornecida abaixo.

D_P = 4πU_max /P_rad = [8πρ₁ρ₂ /a₁b₁] * {[C (u) - C (v)]² + [S (u) - S (v)]²} * {[C²b₁ / √ (2λρ₁) +S²b₁ / √ (2λρ₁)]}

Pode ser escrito como -

D_P = [πλ² / 32ab] *D_ED_H

Padrão de radiação de antena de chifre

Padrão de radiação é a dependência angular da força das ondas de rádio de qualquer fonte eletromagnética. A imagem abaixo mostra o padrão de radiação de uma antena tipo corneta piramidal.

Imagem que descreve o padrão de radiação da antena de chifre

Ganho de antena de chifre

O ganho de uma antena seria referido como a razão entre a intensidade em uma direção específica e a intensidade da radiação se a antena fosse irradiada isotopicamente. É um parâmetro essencial para medir o desempenho de uma antena e tem uma relação estreita com a diretividade da antena. O ganho de uma antena tipo corneta fica em torno de 25 dBi e o intervalo é normalmente de 10 a 20 dBi.

Largura do feixe da antena da corneta

A largura de banda da antena é a distância angular entre dois pontos correspondentes no verso do contorno supremo. A largura do feixe da antena em forma de chifre diminui se a frequência do processo aumenta.

A largura de banda de uma antena tipo corneta prática fica na faixa de 10: 1 a 20: 1.

Poucos problemas matemáticos relacionados à antena de chifre

1. Encontre a diretividade da antena em forma de chifre setorial do plano E. Os detalhes da antena são fornecidos a seguir. a = 0.5λ, b = 0.25λ, b₁ = 6λ,ρ₁ = 6λ

Alternativa?

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

Uma parte do gráfico Integral de Fresnel; Crédito de imagem - A. VAN WIJNGAARDEN e WL SCHEEN

Agora, [C (1.73)]² = (0.32)² = 0.1024 [do gráfico de integrais de Fresnel]

E, [S (1.73)]² = (0.54)² = 0.2916 [do gráfico de integrais de Fresnel]

Nós sabemos disso, D_E = 4πU_max /P_rad = (64aρ₁ * | F (t) | ²) / πλb₁

Onde, | F (t) | = [C²b₁ / √ (2λρ₁) +S²b₁ / √ (2λρ₁)]

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

Ou D_E = 4.01 dB.

Portanto, a diretividade da antena de chifre setorial do E-Plane fornecida é 4.01 dB.

2. Encontre a diretividade da antena chifre setorial do plano H. Os detalhes da antena são fornecidos abaixo. a = 0.5λ, b = 0.25λ, a₁ = 6λ,ρ₂ = 6λ

Alternativa?

Nós sabemos isso,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/uma₁ + Um₁/ √ (λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/uma₁ - Um₁/ √ (λρ₂)}]

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

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

Usando integrais de Fresnel,

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

Nós sabemos que a diretividade da antena setorial do plano H é 

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

Ou D_H = [4π (0.25) 6/6] * [(0.488 + 0.543)² + (0.343 + 0.713)²]

Ou D_H = (3.141) * (1.0629 + 1.1151)

Ou D_H = 6.84 dB

Portanto, a diretividade da antena de chifre setorial de plano H fornecida é 6.84 dB.

3. Os detalhes do projeto de uma antena tipo chifre piramidal são fornecidos abaixo. ρ₂ = 6λ = ρ₁ = 6λ; a = 0.5λ, b = 0.25λ; uma₁ = 6λ =b₁ = 6λ; Verifique se uma antena tipo corneta prática pode ser projetada com esses detalhes. Além disso, descubra a diretividade da antena em forma de chifre piramidal.

Alternativa?

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

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

Nós sabemos isso,

P_e = (b₁ - b) [(ρ_e /b₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / uma₁)² - ¼]^1/2

Agora, P_e = (6λ– 0.25λ) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.74λ

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

Como podemos ver, P_e não é igual a P_h, portanto, o design não é possível implementar.

            Sabemos que a diretividade de uma antena em forma de chifre piramidal é 

D_P = [πλ² / 32ab] *D_ED_H

            Agora, D_P = [π / 32 * (0.5) * (0.25)] * 6.84 * 4.01]

            [O valor de D_ED_{H é} foi calculado anteriormente]

            Ou D_P = 21.54

            Convertendo para o valor dB, D_P = 10log21.54 = 13.33 dB

Portanto, a diretividade da antena de chifre piramidal fornecida é de 13.33 dB.

Sudipta Roy

Olá, meu nome é Sudipta Roy. Eu fiz B. Tecnologia em Eletrônica. Sou um entusiasta da eletrônica e atualmente me dedico à área de Eletrônica e Comunicações. Tenho grande interesse em explorar tecnologias modernas, como IA e aprendizado de máquina. Meus escritos são dedicados a fornecer dados precisos e atualizados a todos os alunos. Ajudar alguém a adquirir conhecimento me dá imenso prazer.
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