حرفه ای
آنتن هورن تیغه‌ای (Ridged Horn)
اردیبهشت
مشخصات کلی آنتن هورن تیغه‌ای
| پارامتر | مقدار معمول | حداقل | حداکثر |
| پلاریزاسیون | خطی – دایروی | – | – |
| پترن | بیم مدادی | – | – |
| بهره | ۱۲dBi | – | – |
| پهنای باند | ۱۰:۱ | ۳:۱ | ۱۲:۱ |
| پیچیدگی | زیاد | – | – |
| امپدانس | ۵۰ اهم | – | – |
| بالون | نیاز ندارد | – | – |
مقدمه
آنتن‌های هورن در ابعاد و شکل‌های مختلف ساخته می‌شوند. این آنتن‌ها برای کاربردهای حس‌گرهای الکترومغناطیسی، گرمایش RF، مهندسی پزشکی، تغذیه رفلکتورها و همچنین به‌عنوان یک آنتن تست مرجع استفاده می‌شوند. در برخی کاربردها، لازم است که آنتن هورن در بازه وسیع فرکانسی (UWB) کار کند.
آنتن‌های هورن آج‌دار (Corrugated Horn Antenna) می‌توانند در بازه فرکانسی ۲٫۴:۱ کار کنند. وقتی پهنای باند به چند اکتاو می‌رسد، تطبیق امپدانس ورودی و رفتار پترن تشعشعی پارامترهایی هستند که باید به‌صورت UWB تعریف شوند.
یکی از تکنیک‌های متداول در پهنای باند چند اکتاوی، استفاده از تیغه باز شونده در دهانه هورن است. به‌این‌ترتیب تغییر امپدانس بین هورن و فضای آزاد به‌تدریج اتفاق می‌افتد. ساختار دوتیغه‌ای برای پلاریزاسیون خطی و ساختار ۴ تیغه‌ای برای پلاریزاسیون دایروی یا دو پلاریزاسیون خطی استفاده می‌شود.
نکته اصلی در طراحی آنتن هورن تیغه‌ای (Ridged Horn Antenna) ، ایجاد تغییرات آرام امپدانسی بین ورودی (که معمولا تبدیل کواکسیال به موج‌بر است) و دهانه هورن برای داشتن تطبیق مناسب است.
این نوع هورن به خاطر پهنای باند زیادش، معمولا برای اندازه‌گیری‌های EMC و کالیبراسیون استفاده می‌شود.
توصیف فیزیکی
تیغه‌ها عموما دارای مشخصی نمایی یا sin^2 هستند. دقت پیاده‌سازی مکانیکی برای رسیدن به بیشترین پهنای باند، بسیار اهمیت دارد. فاصله باریک بین تیغه‌ها، کمترین فرکانس را تعیین می‌کند. فاصله نزدیک‌تر، پهنای باند بیشتری را نتیجه می‌دهد. یعنی ساخت آنتن‌های هورن پهن باند، مشکل است.
عملکرد آنتن
آنتن هورن به‌عنوان یک تبدیل بین مود موج‌بری و مود فضای آزاد عمل می‌کند. با کاهش امواج بازگشتی و تاکید بر امواج رونده، رفتار پهن باند و VSR پایین قابل‌دسترس خواهد بود. برای هورن‌های مود غالب مانند آنتن موردبحث، معمولا فرکانس قطع مود غالب را با توجه به فاصله اولیه تیغه‌ها، ثابت نگه می‌دارند. همچنین استفاده از موج‌بر تیغه‌ای در بخش تغذیه به کاهش فرکانس قطع کمک می‌کند.
به این نکته توجه کنید که ساختار هورن باید از مود غالب به‌عنوان کمترین فرکانس پشتیبانی کند. در غیر این صورت، کوپلینگ‌های ناپایدار می‌تواند منجر به عدم تطبیق امپدانس ورودی و کاهش بهره شود.
مشخصه امپدانسی
ضریب بازگشتی به‌طور خاص به‌دقت ساخت تغذیه حساس است، اما با میزان بازشدگی تیغه‌ها نیز تاثیر می‌پذیرد. در شکل زیر مقدار S11 یک هورن که برای پهنای باند ۱۰:۱ بهینه‌سازی شده است را می‌بینید.
مشخصه تشعشعی
در فرکانس‌های بالاتر خطای فاز بزرگ ایجادشده در دهانه، پترن تشعشعی را خراب می‌کند. اگر طول آنتن زیاد باشد، خطای فاز کمتر بوده و پترن بهتری خواهیم داشت. شکل زیر پترن آنتن هورن با پهنای باند ۱۰:۱ را در فرکانس‌های مختلف نشان می‌دهد.
نکاتی برای طراحی بهتر هورن تیغه‌ای (Ridged Horn)
۱٫ طول کوتاه تیغه منجر به عدم تطبیق امپدانس می‌شود. طول تیغه‌ها باید حداقل چهار برابر طول‌موج کوچک‌ترین فرکانس باشد.
۲٫ کوتاه کردن طول تیغه‌ها به حدود یک طول‌موج، پهنای باند ۳:۱ با بیشترین تلفات بازگشتی ۶dB را نتیجه می‌دهد.
۳٫ کمترین فاصله بین تیغه‌ها، فرکانس کاری پایین آنتن را تعیین می‌کند. فاصله نزدیک‌تر تیغه‌ها باعث افزایش پهنای باند می‌شود.