Radar Basics

Radiatore a tromba

Il radiatore a tromba o antenna a tromba è un progetto di antenna speciale per gamme di frequenza più alte. La forma ricorda più o meno l’uscita del suono di uno strumento a fiato, per esempio un corno da caccia. Questa costruzione a forma di imbuto conduce poi in una guida d'onda. I radiatori a tromba sono usati sia come antenne indipendenti che come radiatori primari per alimentare un'antenna riflettente, per esempio un'antenna parabolica. La gamma di frequenza possibile per questo tipo di antenna è limitata solo dalle dimensioni meccaniche e parte approssimativamente dalla gamma UHF ed è attualmente aperta verso l’alto.

Guida d'onda

Onda condotta

Radiatore a tromba

Espansione della
guida d'onda

Onda spaziale

Figura 2: Linee di campo elettrico in una guida d'onda, transizione da onda condotta a onda spaziale

Guida d'onda

Onda condotta

Radiatore a tromba

Espansione della
guida d'onda

Onda spaziale

Figura 2: Linee di campo elettrico in una guida d'onda, transizione da onda condotta a onda spaziale

Guida d'onda

Onda condotta

Radiatore
a tromba

Espansione della
guida d'onda

Onda spaziale

Figura 2: Linee di campo elettrico in una guida d'onda, transizione da onda condotta a onda spaziale

Funzione di un radiatore a tromba

Naturalmente, una guida d'onda può essere semplicemente lasciata aperta ad un'estremità per permettere all’onda elettromagnetica di irradiarsi nello spazio libero. Tuttavia, poiché l’impedenza caratteristica dell’aria ha un valore diverso da quello della guida d'onda, in questo punto si verificheranno riflessioni dannose a causa del mismatch. Pertanto, le dimensioni meccaniche della guida d'onda sono estese nel punto di uscita desiderato dell’onda elettromagnetica per ottenere una transizione graduale. La lunghezza di quest'area dovrebbe essere molto maggiore della lunghezza d'onda. L’apertura del radiatore a tromba dovrebbe essere almeno il doppio delle dimensioni della guida d'onda. L’apertura della tromba è chiamata apertura ed è considerata l’area radiante A.

Proprietà

I radiatori a tromba hanno buone caratteristiche direzionali, che dipendono dal design. Più lunghe sono le dimensioni geometriche del radiatore a tromba, migliore è la direttività e di conseguenza maggiore è il guadagno. I guadagni d'antenna ragionevoli con un radiatore a tromba sono nell’intervallo da 20 a 23 dB. Un ulteriore aumento significa che ogni raddoppio della lunghezza del radiatore a tromba porterebbe un guadagno aggiuntivo di 3 dB. A un certo punto, le dimensioni geometriche del radiatore a tromba diventano molto ingombranti. Allora è meglio installare il radiatore a tromba davanti a un riflettore di messa a fuoco. I radiatori a tromba hanno perdite relativamente basse, quindi la direttività e il guadagno sono approssimativamente uguali.

Come al solito con i radiatori ad apertura, la direttività e il guadagno dell’antenna aumentano con l’aumentare dell’area di apertura e possono essere calcolati approssimativamente con la seguente formula:

Diversi disegni

L’apertura del radiatore a tromba è spesso sigillata con un materiale dielettrico (ad esempio polistirolo espanso non igroscopico). Se si crea una sovrapressione nel sistema della guida d'onda, i materiali ceramici o il vetro di quarzo sono usati come sigillanti.

Radiatore a tromba piramidale

Le forme teoriche di base di un radiatore a tromba sono l’apertura solo nel piano E e l’apertura solo nel piano H. Tuttavia, queste forme di base („corno settoriale del piano E“ o „corno settoriale del piano H“) non hanno potuto affermarsi nella pratica. Di solito, si usa un radiatore a tromba che si apre sia nel piano E che nel piano H (vedi figura 1). Questo radiatore a tromba è quindi chiamato radiatore a tromba piramidale. Il grado di apertura può differire, dando luogo a schemi d'antenna asimmetrici. La larghezza di banda di questo tipo è di circa mezza ottava.

Radiatore a tromba esponenziale

EUn radiatore a tromba esponenziale è un radiatore a tromba la cui area della sezione trasversale dell’apertura è descritta da una funzione esponenziale. Questo risulta in una transizione graduale dell’impedenza dal valore all’interno della guida d'onda al valore nello spazio libero. Idealmente, la riflessione è molto bassa grazie a questo design e la maggior parte dell’energia viene irradiata.

I radiatori a tromba esponenziali possono avere una forma di base rettangolare (piramidale) o rotonda (conica).

Radiatore a tromba a doppia guida d'onda

Il radiatore a tromba a doppia guida d'onda è un tipo speciale di radiatore a tromba. Al centro del lato superiore e inferiore „a“ ci sono creste metalliche che si aprono esponenzialmente verso l’esterno. Una variante planare del radiatore a tromba di cresta è l’antenna Vivaldi.

Radiatori a tromba conici

I radiatori a tromba conici hanno un design rotondo e sono solitamente collegati a guide d'onda rotonde. Come la forma piramidale, sono aperti sia nel piano E che nel piano H.

Radiatore a tromba corrugata

I radiatori a tromba corrugata e conici in un design ampio hanno un angolo del fascio quasi costante e uniforme in entrambi i piani E e H. Le scanalature tornite profonde λ/4 possono migliorare la simmetria del diagramma e la purezza della polarizzazione. Le caratteristiche speciali di questa antenna sono l’alta attenuazione del lobo laterale e le basse perdite interne. Il design stretto si traduce in un modello di radiazione uniforme in funzione della frequenza e anche nel piano E e H. La larghezza di banda di questa antenna è di un'ottava. Grazie alla simmetria circolare, questi radiatori a tromba possono essere utilizzati per tutti i tipi di polarizzazione.

I radiatori a tromba corrugata sono utilizzati principalmente nella tecnologia di ricezione satellitare.

Radiatore a tromba TEM

Un radiatore a tromba TEM (da Transverse Electro-Magnetic Horn) è un tipo speciale di radiatore a tromba. Consiste in una combinazione di due superfici metalliche che approssimano la forma di un imbuto esponenziale e sono elettricamente isolate l’una dall’altra. Questa forma è usata principalmente come antenna di prova a banda molto larga per le microonde, dove non è importante avere una grande direttività, ma avere caratteristiche d'antenna uniformi in una gamma di frequenza molto ampia.