Podstawy radiolokacji

Antena tubowa

Antena tubowa jest specjalną konstrukcją anteny dla wyższych zakresów częstotliwości. Kształtem przypomina mniej więcej wylot dźwięku instrumentu dętego, na przykład rogu myśliwskiego. Ta konstrukcja w kształcie lejka prowadzi następnie do falowodu. Anteny tubowe są używane zarówno jako samodzielne anteny lub jako anteny pierwotne do zasilania anteny reflektorowej, na przykład anteny parabolicznej. Możliwy zakres częstotliwości dla tego typu anteny jest ograniczony jedynie przez wymiary mechaniczne i zaczyna się mniej więcej od pasma UHF i jest obecnie otwarty w górę.

Falowód

Fala przewodzona

Antena tubowa

Rozszerzenie
falowodu

Fala
przestrzenna

Rysunek 2: Linie pola elektrycznego w falowodzie, przejście od fali przewodzonej do fali przestrzennej

Falowód

Fala przewodzona

Antena tubowa

Rozszerzenie
falowodu

Fala
przestrzenna

Rysunek 2: Linie pola elektrycznego w falowodzie, przejście od fali przewodzonej do fali przestrzennej

Falowód

Fala przewodzona

Antena tubowa

Rozszerzenie
falowodu

Fala
przestrzenna

Rysunek 2: Linie pola elektrycznego w falowodzie, przejście od fali przewodzonej do fali przestrzennej

Funkcja anteny tubowej

Oczywiście, można po prostu pozostawić falowód otwarty na jednym końcu i pozwolić fali elektromagnetycznej promieniować w wolną przestrzeń. Jednakże, ponieważ impedancja charakterystyczna powietrza ma inną wartość niż falowodu, w tym miejscu wystąpią szkodliwe odbicia spowodowane niedopasowaniem. Dlatego mechaniczne wymiary falowodu są rozszerzone w miejscu pożądanego wyjścia fali elektromagnetycznej, aby osiągnąć stopniowe przejście. Długość tego obszaru powinna być znacznie większa niż długość fali. Otwór anteny tubowej powinien być co najmniej dwa razy większy od wymiarów falowodu. Otwór w tubie nazywany jest aperturą i jest uważany za obszar promieniowania A.

Właściwości

Anteny tubowe mają dobre charakterystyki kierunkowe, które zależą od konstrukcji. Im większe są wymiary geometryczne anteny tubowej, tym lepsza jest jej kierunkowość, a co za tym idzie większy zysk. Rozsądne zyski anteny z anteną tubową są w zakresie od 20 do 23 dB. Dalsze zwiększenie oznacza, że każde podwojenie długości anteny tubowej przyniosłoby dodatkowy zysk 3 dB. W pewnym momencie wymiary geometryczne anteny tubowej stają się bardzo nieporęczne. Wtedy lepiej jest zainstalować antenę tubową przed reflektorem skupiającym. Anteny tubowe mają stosunkowo niskie straty, więc kierunkowość D i zysk G są mniej więcej takie same.

Jak zwykle w przypadku anten aperturowych, kierunkowość i zysk anteny wzrastają wraz ze wzrostem powierzchni apertury i mogą być w przybliżeniu obliczone przy pomocy następującego wzoru:

Różne wzory

Otwór anteny tubowej jest często uszczelniony materiałem dielektrycznym (np. niehigroskopijnym polistyrenem ekspandowanym). Jeśli w systemie falowodu powstanie nadciśnienie, jako uszczelniacze stosuje się materiały ceramiczne lub szkło kwarcowe.

Piramidalna antena tubowa

Teoretyczne podstawowe kształty anteny tubowej to otwór tylko w płaszczyźnie E i otwór tylko w płaszczyźnie H. Te podstawowe formy („tuba sektorowa typu H“ lub „tuba sektorowa typu E“) nie zdołały jednak utrwalić się w praktyce. Zazwyczaj stosuje się antenę tubową, która otwiera się zarówno w płaszczyźnie E, jak i w płaszczyźnie H (patrz Rys. 1). Taka antena tubowa nazywana jest wówczas anteną tubową piramidalną. Stopień otwarcia może być różny, co skutkuje asymetrycznymi wzorami antenowymi. Szerokość pasma tego typu wynosi około pół oktawy.

Wykładnicza antena tubowa

Wykładnicza antena tubowa to antena tubowa, której pole przekroju poprzecznego apertury jest opisane funkcją wykładniczą. Powoduje to płynne przejście impedancji z wartości wewnątrz falowodu do wartości w wolnej przestrzeni. W idealnej sytuacji, dzięki takiej konstrukcji, odbicie jest bardzo niskie, a większość energii jest wypromieniowywana.

Wykładnicze anteny tubowe mogą mieć zarówno prostokątny (piramidalny) jak i okrągły (stożkowy) kształt podstawowy.

Tubą prążkowany

Antena tubą prążkowany jest specjalną konstrukcją anteny tubowej. W środku górnej i dolnej strony „a“ znajdują się wykładniczo otwierające się na zewnątrz metaliczne grzbiety. Planarną odmianą falowodowej anteny tubowej jest antena Vivaldi.

Antena z tubą stożkową

Stożkowe anteny tubowe mają okrągłą konstrukcję i są zwykle podłączane do okrągłych falowodów. Podobnie jak w przypadku kształtu piramidalnego, są one otwarte zarówno w płaszczyźnie E jak i H.

Anteną tubową użebrowaną

Anteną tubową użebrowaną (w języku angielskim: Corrugated Conical Horn Antenna) w szerokim wykonaniu ma prawie stały i równomierny kąt promieniowania zarówno w płaszczyźnie E jak i H. Wtopione rowki o głębokości λ/4 mogą poprawić symetrię diagramu i czystość polaryzacji. Szczególną cechą tej anteny jest wysokie tłumienie listków bocznych oraz niskie straty wewnętrzne. Dzięki wąskiej konstrukcji uzyskano zależną od częstotliwości, a także jednolitą charakterystykę promieniowania w płaszczyźnie E i H. Szerokość pasma tej anteny wynosi jedną oktawę. Ze względu na symetrię kołową, antena tubowa może być stosowana dla wszystkich typów polaryzacji.

Anteną tubową użebrowaną znajdują zastosowanie głównie w technice odbioru satelitarnego.

Antena tubowa TEM

Antena tubowa TEM (od Transverse Electro-Magnetic Horn) jest specjalnym typem anteny tubowej. Składa się on z połączenia dwóch metalowych powierzchni o kształcie zbliżonym do lejka wykładniczego, które są od siebie elektrycznie izolowane. Ta forma jest głównie używana jako bardzo szerokopasmowa antena testowa dla mikrofal, gdzie nie jest ważna duża kierunkowość, ale jednolita charakterystyka anteny w bardzo szerokim zakresie częstotliwości.