Trychtýřový zářič
Obrázek 1: Trychtýřový zářič, zde podomácku vyrobená (měkce pájená) konstrukce s amatérskými prostředky
Obrázek 1: Trychtýřový zářič, zde podomácku vyrobená (měkce pájená) konstrukce s amatérskými prostředky
Co je to trychtýřový zářič?
Trychtýřový zářič
Trychtýřový zářič je speciální konstrukce antény pro vyšší frekvenční pásma. Tvarem víceméně připomíná zvukový výstup dechového nástroje, například loveckého rohu. Tato trychtýřovitá konstrukce pak ústí do vlnovodu. Trychtýřové zářiče se používají jako samostatné antény nebo jako primární zářiče pro napájení reflektorové antény, například parabolické antény. Možný frekvenční rozsah tohoto typu antény je omezen pouze mechanickými rozměry a začíná přibližně od rozsahu UHF a v současné době není omezen směrem nahoru.
vlnovodu
Obrázek 2: Čáry elektrického pole ve vlnovodu, přechod z vedené vlny na prostorovou vlnu
vlnovodu
Obrázek 2: Čáry elektrického pole ve vlnovodu, přechod z vedené vlny na prostorovou vlnu
vlnovodu
Obrázek 2: Čáry elektrického pole ve vlnovodu, přechod z vedené vlny na prostorovou vlnu
Funkce trychtýřovitého zářiče
Vlnovod lze samozřejmě na jednom konci jednoduše nechat otevřený, aby se elektromagnetická vlna mohla vyzařovat do volného prostoru. Protože však charakteristická impedance vzduchu má jinou hodnotu než vlnovod, dojde v tomto místě v důsledku nesouladu ke škodlivým odrazům, které zhorší poměr stojatých vln. Proto se mechanické rozměry vlnovodu v místě požadovaného výstupu elektromagnetické vlny rozšíří, aby se dosáhlo postupného přechodu. Délka této oblasti by měla být mnohem větší než vlnová délka. Apertura rohu by měla být nejméně dvakrát větší než rozměry vlnovodu. Otvor rohu se nazývá apertura a považuje se za vyzařovací plochu A.
Vlastnosti
Trychtýřové zářiče mají dobré směrové vlastnosti, které závisí na konstrukci. Čím větší jsou geometrické rozměry hornového zářiče, tím lepší je směrovost a následně vyšší zisk. Smysluplné zisky antén s trychtýřovým zářičem se pohybují v rozmezí 20 až 23 dB. Další zvýšení znamená, že zdvojnásobení délky zářiče by vedlo k dodatečnému zisku 3 dB. V určitém okamžiku se geometrické rozměry trychtýřového zářiče stanou velmi těžkopádnými. Pak je lepší instalovat trychtýřový zářič před fokusační reflektor. Trychtýřové zářiče mají relativně malé ztráty, takže směrovost D a zisk G jsou přibližně stejné.
Jak je u aperturních zářičů obvyklé, směrovost a zisk antény rostou s rostoucí plochou apertury a lze je přibližně vypočítat podle následujícího vzorce:
D ≈ 10 log | 10 A | s | A = plocha apertury λ = vlnová délka [m] |
(1) |
λ2 |
Různá provedení
Apertura nálevkového zářiče je často utěsněna dielektrickým materiálem (např. nehygroskopicky utěsněným expandovaným polystyrenem). Pokud ve vlnovodném systému vzniká přetlak, používají se jako těsnicí materiály keramické materiály nebo křemenné sklo.
Pyramidální trychtýřový zářič
Teoretické základní tvary trychtýřového zářiče by měly být otvor pouze v rovině E a otvor pouze v rovině H. Tyto základní tvary („E-rovina“ nebo „H-rovina“ sektorového zářiče) se však v praxi nepodařilo prosadit. Obvykle se používá trychtýřový zářič, který se otevírá jak v rovině E, tak v rovině H (viz obr. 1). Tento trychtýřový zářič se pak nazývá pyramidový trychtýřový zářič. Stupeň otevření se může lišit, což vede k nesymetrickým anténním obrazcům. Šířka pásma tohoto typu je přibližně půl oktávy.
Exponenciální trychtýřový zářič
Exponenciální trychtýřový zářič je trychtýřový zářič, jehož plocha průřezu otvoru je popsána exponenciální funkcí. Výsledkem je plynulý přechod impedance z hodnoty uvnitř vlnovodu na hodnotu ve volném prostoru. V ideálním případě je odrazivost díky této konstrukci velmi nízká a většina energie je vyzářena.
Exponenciální trychtýřové zářiče mohou mít buď obdélníkový (pyramidální), nebo kulatý (kuželový) základní tvar.
Trychtýřový zářič s tyčí
Trychtýřový zářič s tyčí je speciální typ trychtýřového zářiče. Často se jeho anglický název Double-ridged waveguide horn překládá lineárně jako dvojitý vlnovodný trubice..
Uprostřed horní a dolní strany „a“ jsou exponenciálně směrem ven se otevírající kovové hřebeny. Plošnou variantou vlnovodného rohu je Vivaldiho anténa.
Kuželové trychtýřové zářiče
Kuželové trychtýřové zářiče jsou kruhové konstrukce a obvykle se rovněž připojují ke kruhovým vlnovodům. Stejně jako pyramidální tvar jsou otevřené jak v rovině E, tak v rovině H.
Drážkované trychtýřové antény
Drážkované trychtýřové antény v širokém provedení mají téměř konstantní a rovnoměrný úhel vyzařování v rovině E i H. Soustružené drážky o hloubce λ/4 mohou zlepšit symetrii diagramu a polarizační čistotu. Zvláštními vlastnostmi této antény jsou vysoký útlum bočních laloků a nízké vnitřní ztráty. Výsledkem úzké konstrukce je frekvenčně závislý a také v rovině E a H rovnoměrný vyzařovací diagram. Šířka pásma této antény je jedna oktáva. Díky kruhové symetrii lze tyto trychtýřové antény použít pro všechny typy polarizace.
Drážkované trychtýřové antény se používají především v technologii satelitního příjmu.
TEM trychtýřový zářič
TEM (Transverse Electro-Magnetic Horn) je speciální typ trychtýřového zářiče. Skládá se z kombinace dvou kovových ploch, které se přibližují tvaru exponenciálního trychtýře a jsou vzájemně elektricky izolovány. Tento tvar se používá především jako velmi širokopásmová zkušební anténa pro mikrovlny, kde není důležitá velká směrovost, ale rovnoměrné vlastnosti antény ve velmi širokém frekvenčním rozsahu.
Galerie obrázků trychtýřový zářič
Obrázek 4: Trychtýřový zářič BBHA 9120 A od společnosti Schwarzbeck Mess-Elektronik (datový list) Šířka pásma: 800 MHz - 5 GHz (datový list) Šířka pásma: 800 MHz - 5 GHz
Obrázek 6: TEM-vlnovodný zářič od společnosti ETS-Lindgreen (datový list) Šířka pásma: 750 MHz - 40 GHz
Obrázek 8: Monopulsní trychtýř obsahuje čtyři nezávislé rohy.
Další informace:
- Love, A. W. (Fd.): Electromagnetic horn antennas. New York: IEEE Antennas and Propagation Society 1976.
- Rudge. A.W.; Milne, K.; Olver. A.D.; Knight, P. (Eds.): The handbook of antenna design, Vol. I. London: Peter Peregrinus Ltd. 1982.
- Silver, S.: Microwave antenna theory and design. New York: McGraw-Hill 3949