मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर-वेव्ह अभियांत्रिकीमध्ये हॉर्न अँटेना हे सर्वाधिक वापरल्या जाणाऱ्या दिशात्मक अँटेनांपैकी एक आहेत. त्यांची साधी यांत्रिक रचना, अपेक्षित प्रारण वैशिष्ट्ये, तुलनेने कमी परावर्तन आणि मध्यम ते उच्च गेन मिळवण्याची क्षमता यांमुळे ते अँटेना मापन, EMC चाचणी, रडार, संचार प्रणाली, फीड प्रणाली आणि RF प्रयोगशाळांमध्ये मौल्यवान ठरतात.
हॉर्न अँटेना मूलतः एकहळूहळू पसरणाऱ्या छिद्रासह वेव्हगाइडविद्युतचुंबकीय लहरींना वेव्हगाईडमधून मोकळ्या जागेत अचानक संक्रमण होऊ देण्याऐवजी, पसरलेला भाग अधिक हळूहळू रूपांतरण घडवून आणतो. यामुळे इम्पेडन्स मॅचिंग सुधारण्यास मदत होते आणि अधिक विद्युतचुंबकीय ऊर्जा एका नियंत्रित रेडिएशन बीममध्ये निर्देशित केली जाते.
वेव्हगाईडच्या भूमितीवर आणि ज्या दिशेने ॲपर्चर विस्तारले जाते त्यावर अवलंबून, हॉर्न अँटेना अनेक स्वरूपांमध्ये डिझाइन केले जाऊ शकतात, ज्यामध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:क्षेत्रीय शिंगे, पिरॅमिडल शिंगे आणि शंकूच्या आकाराची शिंगेमूळ संदर्भ लेखात हॉर्न अँटेना संरचनांची मुख्य ओळख करून देण्यासाठी या तीन रचनांचा वापर केला आहे.
१. हॉर्न अँटेना कसा काम करतो?
वेव्हगाईड विद्युतचुंबकीय ऊर्जेला एका वाहक संरचनेत बंदिस्त करतो. जेव्हा मार्गदर्शित तरंग एका खुल्या टोकापर्यंत पोहोचतो, तेव्हा ऊर्जेचा काही भाग मोकळ्या अवकाशात उत्सर्जित होतो, तर वेव्हगाईड आणि मोकळ्या अवकाशातील प्रतिबाधांमधील संक्रमणामुळे काही भाग परावर्तित होऊ शकतो.
हॉर्न अँटेना ॲपर्चरच्या दिशेने वेव्हगाईडचा क्रॉस सेक्शन हळूहळू वाढवून या संक्रमणाची तीव्रता कमी करतो.
विद्युतचुंबकीय तरंग पसरलेल्या भागातून पुढे जात असताना, त्याचे क्षेत्र मोठ्या छिद्रावर विस्तारते. त्यानंतर ते छिद्र मोकळ्या अवकाशात विकिरण करते आणि एक दिशात्मक किरणपुंज निर्माण करते.
त्यामुळे फ्लेअर दोन महत्त्वाचे उद्देश पूर्ण करते:
- त्यामुळे वेव्हगाईड आणि मोकळी जागा यांच्यात अधिक सुलभ संक्रमण होते.
- त्यामुळे प्रभावी रेडिएटिंग ॲपर्चर वाढते, परिणामी अधिक डायरेक्टिव्हिटी आणि गेन मिळतो.
हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की शिंग करतेपरावर्तन किंवा स्थिर लहरी पूर्णपणे नाहीसे करू शकत नाहीत्याऐवजी, योग्यरित्या डिझाइन केलेला हॉर्न परावर्तन कमी करू शकतो आणि चांगले इम्पेडन्स मॅचिंग प्रदान करू शकतो, जे सामान्यतः तुलनेने कमी VSWR मध्ये दिसून येते.
आकृती १. हळूहळू पसरट होत जाणाऱ्या वेव्हगाईड छिद्रासह असलेला एक प्रातिनिधिक हॉर्न अँटेना.
२. हॉर्न अँटेनाची ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी
हॉर्न अँटेनांची कोणतीही एक सार्वत्रिक फ्रिक्वेन्सी श्रेणी नसते.
त्यांची कार्य करण्याची वारंवारता मुख्यत्वे यावर अवलंबून असतेवेव्हगाईडचे परिमाण, वेव्हगाईड मोड, ॲपर्चरची भूमिती, फीडची रचना आणि अपेक्षित बँडविड्थ.
पारंपारिक हॉर्न अँटेना विशेषतः मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर-वेव्ह फ्रिक्वेन्सीवर सामान्यपणे वापरले जातात, कारण तरंगलांबी कमी झाल्यावर वेव्हगाईडचे आकारमान सोयीस्कर होते. तथापि, विशेषतः डिझाइन केलेल्या ब्रॉडबँड हॉर्न संरचना कमी फ्रिक्वेन्सीवर देखील कार्य करू शकतात, तर प्रिसिजन वेव्हगाईड हॉर्न मिलिमीटर-वेव्ह आणि सब-THz बँडपर्यंत विस्तारू शकतात.
उदाहरणार्थ, हॉर्न अँटेना डिझाइन्स शेकडो मेगाहर्ट्झच्या श्रेणीपासून ते १०० गिगाहर्ट्झच्या पलीकडील श्रेणीत आढळतात. RF MISO सध्या ब्रॉडबँड हॉर्न कॉन्फिगरेशन्स उपलब्ध करून देते, जे येथून कार्यरत असतात.३००–७५० मेगाहर्ट्झतसेच शंकूच्या आकाराचे हॉर्न अँटेना झाकणारे२२०–३२५ गिगाहर्ट्झया अँटेना कुटुंबाचा व्यावहारिक वारंवारता विस्तार किती विस्तृत असू शकतो हे यावरून दिसून येते.
३. हॉर्न अँटेनाचे मुख्य प्रकार
३.१ क्षेत्रीय हॉर्न अँटेना
जेव्हा आयताकृती वेव्हगाईडला फक्त एकाच प्रतलात पसरवले जाते, तेव्हा सेक्टोरल हॉर्न तयार होतो.
जर वेव्हगाईडचा विस्तार केला तरई-प्लेनया रचनेला म्हणतातई-प्लेन सेक्टरल हॉर्नजर विस्तार मध्ये होत असेल तरएच-प्लेनयाला म्हणतातएच-प्लेन सेक्टरल हॉर्न.
छिद्राचे आकारमान केवळ एकाच प्रतलात वाढत असल्यामुळे, त्या संबंधित प्रतलात शलाका-आकारण अधिक ठळकपणे दिसून येते.
३.२ पिरॅमिडल हॉर्न अँटेना
जेव्हा आयताकृती वेव्हगाईडला E-प्लेन आणि H-प्लेन या दोन्ही दिशांमध्ये पसरवले जाते, तेव्हा पिरॅमिडल हॉर्न तयार होतो.
परिणामी रचना एका कापलेल्या पिरॅमिडसारखी दिसते आणि दोन्ही दिशांमध्ये छिद्राचा विस्तार घडवून आणते.
पिरॅमिडल शिंगे मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातातमानक गेन हॉर्न आणि संदर्भ अँटेनाकारण त्यांच्या गेन आणि रेडिएशन पॅटर्नचे अचूकपणे वर्णन केले जाऊ शकते.
उदाहरणार्थ, RF MISO अनेक मायक्रोवेव्ह आणि मिलीमीटर-वेव्ह बँड्सवर स्टँडर्ड गेन हॉर्न अँटेना उपलब्ध करून देते. त्यांच्या WR10 स्टँडर्ड गेन हॉर्न फॅमिलीमध्ये खालील मॉडेल्सचा समावेश आहे:७५ ते ११० गिगाहर्ट्झनिर्दिष्ट गेन, VSWR, पोलरायझेशन आणि बीमविड्थ वैशिष्ट्यांसह.
३.३ शंकूच्या आकाराचा हॉर्न अँटेना
साधारणपणे, एका वर्तुळाकार वेव्हगाईडचा वर्तुळाकार छिद्राच्या दिशेने हळूहळू विस्तार करून शंकूच्या आकाराचे हॉर्न तयार केले जाते.
आयताकृती वेव्हगाईडमधून निर्माण होणाऱ्या पिरॅमिडल हॉर्नच्या विपरीत, कोनिकल हॉर्नची भूमिती परिवलनदृष्ट्या सममित असते.
शंकूच्या आकाराचे हॉर्न अँटेना सामान्यतः मायक्रोवेव्ह, मिलिमीटर-वेव्ह, फीड आणि मापन अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात. फीडची रचना आणि ध्रुवीकरण नेटवर्कवर अवलंबून, ते अधिक विशेष ध्रुवीकरण संरचनांना देखील समर्थन देऊ शकतात.
आकृती २. हॉर्न अँटेनाचे ठराविक प्रकार: ई-प्लेन सेक्टोरल, एच-प्लेन सेक्टोरल, पिरॅमिडल आणि कोनिकल हॉर्न.
४. फ्लेअर अँगल, ॲपर्चरचा आकार आणि हॉर्नची लांबी
हॉर्नच्या भूमितीचा त्याच्या विद्युतचुंबकीय कार्यक्षमतेवर थेट प्रभाव पडतो.
तीन महत्त्वाचे डिझाइन मापदंड आहेत:
फ्लेअर अँगल, ॲपर्चरचा आकार आणि हॉर्नची लांबी.
मोठ्या छिद्रामुळे साधारणपणे अधिक दिशात्मकता आणि अरुंद किरणपुंज मिळू शकतो, परंतु केवळ प्रज्वलन कोन वाढवल्याने आपोआपच उत्तम कामगिरी मिळत नाही.
दिलेल्या छिद्राच्या आकारासाठी हॉर्न खूप लहान असल्यास, छिद्रभर अत्यधिक कला भिन्नता दिसू शकते. यामुळे छिद्राची कार्यक्षमता कमी होते आणि प्रारण आकृतिबंधाची गुणवत्ता खालावू शकते.
याउलट, हॉर्नला अत्याधिक लांब केल्याने त्याचा यांत्रिक आकार आणि वजन वाढते, परंतु त्यामुळे त्याच्या कार्यक्षमतेत प्रमाणात सुधारणा होईलच असे नाही.
त्यामुळे हॉर्नच्या रचनेत संतुलन साधणे समाविष्ट असते:
- छिद्राचा आकार
- फ्लेअर अँगल
- लांबी
- फेज त्रुटी
- फायदा
- बीमरुंदी
- यांत्रिक परिमाणे
५. विकिरण आकृतिबंध आणि शलाकेची वैशिष्ट्ये
हॉर्न अँटेना हे सामान्यतः दिशादर्शक रेडिएटर असतात.
विद्युतचुंबकीय ऊर्जा प्रामुख्याने छिद्रातून पुढच्या दिशेने केंद्रित होते, ज्यामुळे उपकिरणांसहित एक सुस्पष्ट मुख्य किरणपुंज तयार होतो.
दोन रेडिएशन पॅटर्न कट विशेषतः महत्त्वाचे आहेत:
- ई-प्लेन रेडिएशन पॅटर्न
- एच-प्लेन रेडिएशन पॅटर्न
३ डीबी बीमविड्थज्या दोन बिंदूंवर उत्सर्जित शक्ती तिच्या कमाल मूल्यापेक्षा 3 dB ने कमी होते, त्यांमधील मुख्य बीमच्या कोनीय रुंदीचे वर्णन करण्यासाठी सामान्यतः वापरले जाते.
सर्वसाधारणपणे, तरंगलांबीच्या तुलनेत प्रभावी छिद्र वाढवल्याने दिशात्मकता वाढते आणि शलाका अरुंद होण्याची प्रवृत्ती असते.
हा संबंध व्यावहारिक मिलीमीटर-वेव्ह हॉर्न अँटेनामध्ये देखील दिसून येतो. उदाहरणार्थ, RF MISO चे 75–110 GHz मानक गेन हॉर्न, गेन आणि VSWR डेटासह E-प्लेन आणि H-प्लेन बीमविड्थ वैशिष्ट्ये निर्दिष्ट करतात.
आकृती ३. हॉर्नच्या छिद्रातून विद्युत चुंबकीय लहरींचा विस्तार आणि प्रारण यांचे चित्रण.
६. हॉर्न अँटेनाचे फायदे
हॉर्न अँटेना आरएफ आणि मायक्रोवेव्ह सिस्टीमसाठी अनेक फायदे देतात:
चांगली दिशात्मकता
मोठे केलेले छिद्र प्रारण पुढच्या दिशेकडे केंद्रित करते.
अंदाज लावता येण्याजोग्या किरणोत्सर्गाची वैशिष्ट्ये
चांगल्या प्रकारे डिझाइन केलेले हॉर्न अँटेना स्थिर आणि सुस्पष्ट ई-प्लेन आणि एच-प्लेन पॅटर्न देऊ शकतात.
चांगले इम्पेडन्स मॅचिंग
वेव्हगाईडपासून मोकळ्या जागेपर्यंतचे हळूहळू होणारे संक्रमण परावर्तन कमी करू शकते आणि कमी VSWR ला समर्थन देऊ शकते.
मध्यम ते उच्च लाभ
वेगवेगळ्या गेन पातळ्या मिळवण्यासाठी वेगवेगळ्या ॲपर्चर आकारांची आणि हॉर्न लांबींची रचना केली जाऊ शकते.
तुलनेने साधी रचना
अनेक गुंतागुंतीच्या उच्च-लाभ अँटेना रचनांच्या तुलनेत, पारंपरिक हॉर्न यांत्रिकदृष्ट्या सरळ आणि मजबूत असतात.
उच्च-वारंवारता मापनासाठी उपयुक्त
त्यांच्या वेव्हगाईड-आधारित रचनेमुळे हॉर्न अँटेना मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर-वेव्ह मापन प्रणालींमध्ये विशेषतः मौल्यवान ठरतात.
७. डिझाइनमधील विचार आणि मर्यादा
हॉर्न अँटेनामध्ये देखील अनेक अभियांत्रिकी तडजोडी कराव्या लागतात.
जास्त गेनसाठी सामान्यतः मोठ्या इलेक्ट्रिकल ॲपर्चरची आवश्यकता असते, ज्यामुळे अँटेनाचा भौतिक आकार वाढू शकतो.
संपूर्ण अ‍ॅपर्चरमध्ये स्वीकारार्ह फेज वितरण राखण्यासाठी, अ‍ॅपर्चरचा आकार, हॉर्नची लांबी आणि फ्लेअर कोन यांच्यातील संबंधावर देखील काळजीपूर्वक नियंत्रण ठेवणे आवश्यक आहे.
अति उच्च वारंवारतेवर, मशीनिंगची अचूकता, पृष्ठभागाची गुणवत्ता, वेव्हगाईडचे आकारमान आणि फ्लॅंजचे संरेखन अधिकाधिक महत्त्वाचे ठरतात, कारण तुलनेने लहान यांत्रिक चुका देखील तरंगलांबीचा एक महत्त्वपूर्ण भाग असू शकतात.
त्यामुळे अभियंत्यांना केवळ गेन आणि फ्रिक्वेन्सी रेंजचेच नव्हे, तर खालील बाबींचेही मूल्यांकन करणे आवश्यक आहे:
VSWR, ध्रुवीकरण, क्रॉस-पोलरायझेशन कार्यक्षमता, बीमविड्थ, साइडलोब लेव्हल, RF इंटरफेस, पॉवर हँडलिंग आणि मेकॅनिकल टॉलरन्स.
८. हॉर्न अँटेनाचे उपयोग
त्यांच्या दिशात्मक प्रारणामुळे, स्थिर वैशिष्ट्यांमुळे आणि वेव्हगाईड प्रणालींशी सुसंगततेमुळे, हॉर्न अँटेनांचा वापर खालील ठिकाणी मोठ्या प्रमाणावर केला जातो:
- अँटेना गेन मापन
- विकिरण नमुना मापन
- ईएमसी आणि ईएमआय चाचणी
- रडार प्रणाली
- मायक्रोवेव्ह आणि मिलीमीटर-वेव्ह संप्रेषण
- उपग्रह अँटेना चाचणी
- दिशा शोधणे आणि पाळत ठेवणे
- अ‍ॅनेकोइक चेंबर मापन
- रिफ्लेक्टर अँटेना फीड्स
- आरएफ संशोधन आणि प्रयोगशाळा प्रणाली
- कॅलिब्रेशन आणि संदर्भ अँटेना अनुप्रयोग
ब्रॉडबँड हॉर्न डिझाइन मापन आणि देखरेख प्रणालींसाठी विस्तृत ऑपरेटिंग बँडविड्थ देखील प्रदान करू शकतात. उदाहरणार्थ, RF MISO चे १८-४० GHz ब्रॉडबँड हॉर्न अँटेना मायक्रोवेव्ह चाचणी, अँटेना मापन, उपग्रह अँटेना चाचणी, दिशा शोधणे, निगराणी आणि EMC-संबंधित मापन यांसारख्या अनुप्रयोगांसाठी निर्दिष्ट केले जातात.
निष्कर्ष
हॉर्न अँटेना हळूहळू विस्तारणाऱ्या वेव्हगाईड ॲपर्चरद्वारे मार्गदर्शित विद्युतचुंबकीय लहरीचे दिशात्मक मुक्त-अवकाश प्रारणामध्ये रूपांतर करतो.
त्याच्या संयोजनाचाउत्तम इम्पेडन्स मॅचिंग, दिशात्मक रेडिएशन, अंदाज लावता येण्याजोगी बीम वैशिष्ट्ये, उपयुक्त गेन आणि तुलनेने सोपी रचनात्यामुळे हॉर्न हे मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर-वेव्ह अभियांत्रिकीमधील सर्वात महत्त्वाच्या अँटेना संरचनांपैकी एक बनले आहे.
सेक्टरल आणि पिरॅमिडल हॉर्नपासून ते कोनिकल आणि ब्रॉडबँड डिझाइनपर्यंत, विशिष्ट फ्रिक्वेन्सी रेंज, पोलरायझेशन आवश्यकता, गेन लेव्हल्स आणि मापन वातावरणासाठी वेगवेगळ्या संरचना ऑप्टिमाइझ केल्या जाऊ शकतात.
हॉर्न अँटेना निवडणाऱ्या अभियंत्यांसाठी, फ्रिक्वेन्सी रेंज हा केवळ एक प्रारंभबिंदू असतो. संपूर्ण आरएफ सिस्टीमच्या आवश्यकतांनुसार गेन, व्हीएसडब्ल्यूआर, बीमविड्थ, पोलरायझेशन, वेव्हगाईड किंवा कोॲक्सिअल इंटरफेस, पॉवर हँडलिंग आणि यांत्रिक परिमाणे या सर्वांचे मूल्यांकन केले पाहिजे.
पोस्ट करण्याची वेळ: २१ ऑगस्ट २०२६
