Qu'est-ce qu'une antenne cornet : 9 concepts importants

Crédit d'image: Schwarzbeck Mess-Elektronik, Schwarzbeck BBHA 9120 D, CC BY-SA 3.0

Points de discussion: Antenne corne

• Introduction
• Utilisation d'une antenne cornet
• Éléments d'une antenne cône et types d'antenne cône
• Conception d'antenne cornet
• Directivité de l'antenne cornet
• Diagramme de rayonnement de l'antenne cornet
• Gain d'antenne corne
• Largeur de faisceau de l'antenne cornet
• Quelques problèmes mathématiques liés à l'antenne corne

Introduction

Pour définir une antenne cornet, nous devons connaître la définition correcte de l'antenne. Selon les définitions standard des antennes IEEE,

«Une antenne est un moyen pour émettre ou recevoir des ondes radio».

L'antenne corne est le type d'antenne Aperture le plus populaire. Les antennes à ouverture sont spécialement conçues pour les fréquences micro-ondes. Ces types d'antennes à ouverture sont largement utilisés et la plupart sans ornements autres que tous les types.

Bien que l'utilisation de l'antenne cornet ait commencé dans les années 1800, l'application rapide a été créée dans les années 1930. Ces antennes avaient également subi des modifications drastiques pendant cette période. De nombreuses thèses et recherches ont été réalisées pour décrire la conception de l'antenne cornet, découvrir le diagramme de rayonnement de l'antenne cornet et les applications dans différents secteurs. Le applications au micro-ondes et le domaine de transmission du guide d'ondes a rendu célèbre l'antenne à cornes. C'est pourquoi les antennes cornet sont souvent interprétées comme une antenne cornet hyperfréquence.

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Utilisation de l'antenne corne

Les antennes à corne ont trouvé des applications percutantes en tant qu'éléments d'alimentation pour la radioastronomie lourde, le suivi par satellite, les antennes de communication et bien d'autres endroits. Il est utilisé comme alimentation pour le réflecteur et les lentilles et également utilisé dans les réseaux phasés. Ces antennes sont préférées aux différents types d'antennes à ouverture, en raison de leur conception juste et simple, de leur meilleur gain, de leur polyvalence et de leurs performances globales.

Éléments d'une antenne cornet

L'antenne corne est un tube résonnant de différentes conceptions qui peut être formé pour faire une plus grande ouverture. La performance globale de l'antenne est affectée par la direction, la valeur de la conicité, la directivité.

Types d'antenne cône

Les antennes à corne ont différentes formes d'opérations. Elles sont -

· Antenne à corne sectorielle

• Avion électronique
• Avion en H

· Antenne à corne pyramidale

· Antenne à corne conique

· Antenne corne ondulée

· Antenne cornet diagonale

· Antenne cornet striée

· Antenne cône conique bimode

· Antenne corne septum

· Antenne cône à ouverture limitée

Conception de l'antenne cornet (antenne cornet pyramidale)

L'antenne cône pyramidale est le type d'antenne cône le plus utilisé et le plus populaire. Il est connu comme une corne à gain standard (c'est pourquoi nous choisissons une corne pyramidale pour la description). Le diagramme de rayonnement du cornet pyramidal est la combinaison d'antennes cornes sectorielles E et H. Discutons de la conception d'une antenne-corne pyramidale.

Procédure de conception

• Le concepteur / ingénieur doit connaître le gain (G₀). Aussi les mesures de 'a', 'b', du quadrilatère guide d'ondes (utilisés comme aliments pour animaux) doivent être connus.  
• La conception vise à dériver des dimensions telles que - un₁, b₁,_e,_h, P_e, P_h. Le calcul doit conduire le concepteur au gain optimal de l'antenne cône.
• La sélection de a1 et b1 devrait également se faire de manière guidée afin qu'ils aident à trouver le gain optimal, et nous pouvons dériver les équations de conception.
• L'efficacité d'une antenne cornet comprenant les ouvertures est d'environ 50%. Maintenant, nous savons que -

a₁ √ (3λρ₂)

b₁ √ (2λρ₁)

La directivité est donnée par - D₀

D₀ = A_em [4π / λ²]

A_em est la surface efficace maximale et a une relation avec la surface physique (abrégée en A_p).

A_em =_ap A_p

ε_ap est l'efficacité d'ouverture, 0 ≤ ε_ap ≤ 1

Gain = G₀

G₀ = (1/2) * (4π / λ²) * (une₁ b₁)

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

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

Comme nous supposons ρ₂ ρ_h et ρ₁ ρ_e pour les antennes à cornet longues.

Maintenant, pour réaliser l'antenne corne physique, P_e et P_h doit être égal.

Nous savons que,

P_e = (b₁ - b) [(ρ_e / b₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / une₁)² - ¼]^1/2

Maintenant, nous pouvons réécrire l'équation (1) comme ci-dessous.

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

Où,

ρ_e / λ = χ et,

ρ_h / = G₀² / 8π³χ

L'équation (2) est connue sous le nom d'équation de conception d'antenne cornet.

Directivité de l'antenne corne

Avant d'entrer dans la recherche de la directivité d'une antenne cône, laissez-nous savoir la directivité d'une antenne? La directivité d'une antenne est définie comme le rapport de l'intensité de rayonnement d'une antenne dans une direction particulière à l'intensité de rayonnement moyenne dans toutes les directions. La directivité est considérée comme un paramètre pour le calcul de la valeur de mérite de l'antenne.

L'expression mathématique suivante décrit la directivité.

D = U / U₀ = 4πU/P_rad

Lorsque la direction n'est pas donnée, la direction par défaut est la direction de l'intensité maximale du rayonnement.

D_max = D₀ =U_max /u₀ = 4πU_max / P_rad

Ici, «D» est la directivité, et il n'a pas de direction car c'est un rapport. U est l'intensité du rayonnement. U_max est l'intensité maximale du rayonnement. U₀ est l'intensité de rayonnement de la source isotrope. P_rad est la puissance totale rayonnée. Son unité est le Watt (W).

Comme indiqué précédemment, l'antenne cône est de trois types. Toutes les classes ont une directivité différente. Discutons-en tous.

Corne Sectorielle E-Plane

L'expression suivante donne la directivité de l'antenne cornet E-Plane.

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

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

Corne sectorielle H-Plane

L'expression suivante donne la directivité de l'antenne cornet sectorielle du plan H.

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

Où,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/une₁ + Une₁/ (λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/une₁ - Un₁/ (λρ₂)}]

Antenne à corne pyramidale

La directivité de l'antenne-corne pyramidale dépend à la fois de la directivité de la corne sectorielle du plan E & H. L'équation est donnée ci-dessous.

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

Il peut s'écrire -

D_P = [π λ² / 32ab] *D_ED_H

Modèle de rayonnement d'antenne de corne

Le diagramme de rayonnement est la dépendance angulaire de la force des ondes radio de toute source électromagnétique. L'image ci-dessous montre le diagramme de rayonnement d'une antenne en corne pyramidale.

Image représentant le diagramme de rayonnement de l'antenne en corne

Gain d'antenne en corne

Le gain d'une antenne serait le rapport de l'intensité dans une direction particulière à l'intensité du rayonnement si l'antenne était rayonnée de manière isotopique. C'est un paramètre essentiel pour mesurer les performances d'une antenne et a une relation étroite avec la directivité de l'antenne. Le gain d'une antenne cône se situe autour de 25 dBi et la plage est généralement de 10 à 20 dBi.

Largeur de faisceau de l'antenne cornet

La largeur de bande de l'antenne est la distance angulaire entre deux points correspondants sur la face arrière du contour suprême. L'ouverture du faisceau de l'antenne corne diminue si la fréquence du processus augmente.

La bande passante d'une antenne cône pratique reste dans une plage de 10: 1 à 20: 1.

Quelques problèmes mathématiques liés à l'antenne corne

1. Trouvez la directivité de l'antenne cornet sectorielle du plan E. Les détails de l'antenne sont donnés ci-dessous. a = 0.5λ, b = 0.25λ, b₁ = 6λ,₁ = 6λ

Solution:

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

Une partie de Fresnel Integral Chart; Crédit d'image - A. VAN WIJNGAARDEN et WL SCHEEN

Maintenant, [C (1.73)]² = (0.32)² = 0.1024 [du graphique des intégrales de Fresnel]

Et, [S (1.73)]² = (0.54)² = 0.2916 [du graphique des intégrales de Fresnel]

Nous savons que, D_E = 4πU_max /P_rad = (64aρ₁ * | F (t) | ²) / πλb₁

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

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

Ou, D_E = 4.01 dB.

Ainsi, la directivité de l'antenne à corne sectorielle E-Plane donnée est de 4.01 dB.

2. Trouvez la directivité de l'antenne cornet sectorielle du plan H. Les détails de l'antenne sont donnés ci-dessous. a = 0.5λ, b = 0.25λ, a₁ = 6λ,₂ = 6λ

Solution:

Nous savons que,

u = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/une₁ + Une₁/ (λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{√ (λρ₂)/une₁ - Un₁/ (λρ₂)}]

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

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

Utilisation des intégrales 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

Nous savons que la directivité de l'antenne cornet sectorielle du plan H est 

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

Ainsi, la directivité de l'antenne à corne sectorielle du plan H donnée est de 6.84 dB.

3. Les détails de conception d'une antenne cornet pyramidale sont donnés ci-dessous. ρ₂ = 6λ = ρ₁ = 6λ; a = 0.5λ, b = 0.25λ; une₁ = 6λ = b₁ = 6λ ; Vérifiez si une antenne cône pratique peut être conçue avec ces détails. Découvrez également la directivité de l'antenne cône pyramidale.

Solution:

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

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

Nous savons que,

P_e = (b₁ - b) [(ρ_e / b₁)² - ¼]^1/2

P_h = (a₁ - a) [(ρ_h / une₁)² - ¼]^1/2

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

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

Comme nous pouvons le voir, P_e n'est pas égal à P_h, de sorte que la conception n'est pas possible à mettre en œuvre.

            Nous savons que la directivité d'une antenne-corne pyramidale est 

D_P = [π λ² / 32ab] *D_ED_H

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

            [La valeur de D_ED_Son a été calculé précédemment]

            Ou, D_P = 21.54

            Conversion en valeur dB, D_P = 10log21.54 = 13.33 dB

Ainsi, la directivité de l'antenne Pyramidal Horn donnée est de 13.33 dB.

Sudipta Roy

Bonjour, je m'appelle Sudipta Roy. J'ai fait un B. Tech en électronique. Je suis un passionné d'électronique et je me consacre actuellement au domaine de l'électronique et des communications. J'ai un vif intérêt pour l'exploration des technologies modernes telles que l'IA et l'apprentissage automatique. Mes écrits sont consacrés à fournir des données précises et mises à jour à tous les apprenants. Aider quelqu'un à acquérir des connaissances me procure un immense plaisir.
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