Мүйізді антенналар микротолқынды және миллиметрлік толқынды инженерияда ең кең таралған бағытты антенналардың қатарына жатады. Олардың қарапайым механикалық құрылымы, болжамды сәулелену сипаттамалары, салыстырмалы түрде төмен шағылысу және орташадан жоғары күшейтуге қол жеткізу қабілеті оларды антеннаны өлшеуде, электромагниттік үйлесімділік сынағында, радарда, байланыс жүйелерінде, қоректендіру жүйелерінде және радиожиілікті зертханаларда құнды етеді.
Мүйізді антеннаны негізінен келесідей қарастыруға боладыбіртіндеп кеңейетін диафрагмасы бар толқын өткізгішЭлектромагниттік толқындардың толқын өткізгіштен бос кеңістікке кенеттен ауысуына жол берудің орнына, жалтыратылған бөлік біртіндеп түрлендіруді қамтамасыз етеді. Бұл импеданс сәйкестігін жақсартуға көмектеседі және электромагниттік энергияның көп бөлігін бақыланатын сәулелену сәулесіне бағыттайды.
Толқын бағыттаушы геометриясына және саңылаудың кеңею бағытына байланысты мүйізді антенналарды бірнеше түрде жобалауға болады, соның ішіндесекторлық мүйіздер, пирамидалық мүйіздер және конус тәрізді мүйіздерБастапқы анықтамалық мақалада мүйізді антенна құрылымдарына негізгі кіріспе ретінде осы үш конфигурация пайдаланылады.
1. Сигнал антеннасы қалай жұмыс істейді?
Толқын өткізгіш электромагниттік энергияны өткізгіш құрылым ішінде шектейді. Бағытталған толқын ашық ұшқа жеткенде, энергияның бір бөлігі бос кеңістікке сәулеленеді, ал бір бөлігі толқын өткізгіш пен бос кеңістік кедергілері арасындағы ауысуға байланысты шағылысуы мүмкін.
Мүйізді антенна толқын өткізгіштің көлденең қимасын саңылауға қарай біртіндеп арттыру арқылы бұл ауысудың кенеттендігін азайтады.
Электромагниттік толқын жалтыраған бөлік арқылы таралған кезде, өріс үлкенірек саңылауға кеңейеді. Содан кейін саңылау бос кеңістікке сәулеленіп, бағыттаушы сәуле шығарады.
Сондықтан, лампа екі маңызды мақсатқа қызмет етеді:
- Бұл толқын өткізгіш пен бос кеңістік арасында тегіс ауысуды қамтамасыз етеді.
- Ол тиімді сәулелену диафрагмасын арттырады, бұл бағыттылықты және күшейтуді арттырады.
Мүйіздің істейтінін ескеру маңыздышағылыстарды немесе тұрған толқындарды толығымен жоймаңызОның орнына, тиісті түрде жасалған сигнал шағылысуды азайтып, жақсы импеданс сәйкестігін қамтамасыз ете алады, бұл әдетте салыстырмалы түрде төмен VSWR-де көрінеді.
1-сурет. Біртіндеп жанып тұрған толқын бағыттаушы саңылауы бар типтік мүйізді антенна.
2. Мүйізді антенналардың жұмыс жиілігі
Мүйізді антенналарда бірыңғай әмбебап жиілік диапазоны жоқ.
Олардың жұмыс жиілігі көбінесе анықталадытолқын бағыттаушының өлшемдері, толқын бағыттаушы режимі, диафрагма геометриясы, беріліс құрылымы және мақсатты өткізу қабілеттілігі.
Дәстүрлі мүйізді антенналар әсіресе микротолқынды және миллиметрлік толқын жиіліктерінде кең таралған, себебі толқын ұзындығы азайған сайын толқын бағыттаушы өлшемдері практикалық бола түседі. Дегенмен, арнайы жасалған кеңжолақты мүйізді құрылымдар төменгі жиіліктерде де жұмыс істей алады, ал дәлдіктегі толқын бағыттаушы мүйіздер миллиметрлік толқынды және THz-ден төмен диапазондарға дейін созыла алады.
Мысалы, мүйізді антенналардың конструкцияларын жүздеген мегагерц диапазонынан 100 ГГц-тен әлдеқайда жоғары жиіліктерге дейін табуға болады. RF MISO қазіргі уақытта жұмыс істейтін кеңжолақты мүйізді конфигурацияларды ұсынады.300–750 МГц, сондай-ақ конус тәрізді мүйізді антенналарды жабады220–325 ГГц, бұл антенна тұқымдасының практикалық жиілік диапазоны қаншалықты кең болуы мүмкін екенін көрсетеді.
3. Мүйізді антенналардың негізгі түрлері
3.1 Секторлық мүйізді антенна
Тікбұрышты толқын өткізгіш тек бір жазықтықта жанған кезде секторлық мүйіз пайда болады.
Егер толқын өткізгіш кеңейтілсеЭлектр ұшағы, құрылым деп аталадыЕ-жазықтығы бар секторлық мүйізЕгер кеңею ... ішінде болса.H-жазықтығы, ол деп аталадыH-жазықтық секторлық мүйіз.
Диафрагма өлшемі тек бір жазықтықта ұлғаятындықтан, сәуленің пішіні сол сәйкес жазықтықта айқынырақ болады.
3.2 Пирамидалық мүйізді антенна
Пирамидалық мүйіз тікбұрышты толқын өткізгішті E жазықтығы мен H жазықтығының бағыттарында жағу кезінде пайда болады.
Алынған құрылым қысқартылған пирамидаға ұқсайды және екі өлшемде де саңылаудың кеңеюін қамтамасыз етеді.
Пирамидалық мүйіздер кеңінен қолданыладыстандартты күшейту сигналдары және анықтамалық антенналарсебебі олардың күшейту және сәулелену үлгілерін дәл сипаттауға болады.
Мысалы, RF MISO көптеген микротолқынды және миллиметрлік толқын диапазондарында стандартты күшейту мүйізді антенналарын ұсынады. Оның WR10 стандартты күшейту мүйізді отбасына келесі модельдер кіреді:75-тен 110 ГГц-ке дейін, көрсетілген күшейту, VSWR, поляризация және сәуле ені сипаттамаларымен.
3.3 Конус тәрізді мүйізді антенна
Конус тәрізді мүйіз әдетте дөңгелек толқын өткізгішті дөңгелек саңылауға қарай біртіндеп кеңейту арқылы пайда болады.
Тікбұрышты толқын өткізгіштен пайда болатын пирамидалық мүйізден айырмашылығы, конус тәрізді мүйіз айналмалы симметриялы геометрияға ие.
Конус тәрізді мүйізді антенналар микротолқынды, миллиметрлік толқынды, беру және өлшеу қолданбаларында кеңінен қолданылады. Беру құрылымы мен поляризация желісіне байланысты олар мамандандырылған поляризация конфигурацияларын да қолдай алады.
2-сурет. Мүйізді антеннаның типтік конфигурациялары: Е-жазықты секторлық, H-жазықты секторлық, пирамидалық және конустық мүйіздер.
4. Жарық бұрышы, диафрагма өлшемі және мүйіз ұзындығы
Сигналдың геометриясы оның электромагниттік жұмысына тікелей әсер етеді.
Дизайнның үш маңызды параметрі:
жарқыл бұрышы, диафрагма өлшемі және мүйіз ұзындығы.
Үлкенірек диафрагма әдетте жоғары бағытталуды және тар сәулені қамтамасыз ете алады, бірақ жай ғана жарқырау бұрышын арттыру автоматты түрде жақсы өнімділікті қамтамасыз етпейді.
Егер сигнал берілген диафрагма өлшемі үшін тым қысқа болса, диафрагмада шамадан тыс фазалық ауытқулар пайда болуы мүмкін. Бұл диафрагма тиімділігін төмендетеді және сәулелену үлгісін нашарлатуы мүмкін.
Керісінше, мүйізді тым ұзын ету механикалық өлшем мен салмақты арттырады, бірақ өнімділікті пропорционалды түрде жақсартпайды.
Сондықтан мүйіз дизайны теңдестіруді қамтиды:
- Диафрагма өлшемі
- Жарық бұрышы
- Ұзындығы
- Фазалық қателік
- Пайда
- Сәуле ені
- Механикалық өлшемдер
5. Сәулелену үлгісі және сәулелік сипаттамалары
Мүйізді антенналар, әдетте, бағыттаушы радиаторлар болып табылады.
Электромагниттік энергия негізінен саңылау арқылы алға қарай шоғырланады, бұл бүйірлік бөліктермен бірге айқын анықталған негізгі сәулені тудырады.
Радиациялық үлгінің екі кесіндісі ерекше маңызды:
- Е-жазықтық сәулелену үлгісі
- H-жазықтық сәулелену үлгісі
The3 дБ сәуле енісәулелену қуаты оның максималды мәнінен 3 дБ төмен түсетін екі нүкте арасындағы негізгі сәуленің бұрыштық енін сипаттау үшін әдетте қолданылады.
Жалпы алғанда, тиімді диафрагманы толқын ұзындығына қатысты арттыру бағыттаушылықты арттырады және сәуленің тарылуына әкеледі.
Бұл байланысты практикалық миллиметрлік толқынды мүйізді антенналарда да байқауға болады. Мысалы, RF MISO 75–110 ГГц стандартты күшейту мүйіздері күшейту және VSWR деректерімен бірге E-жазықтығы мен H-жазықтығының сәуле енінің сипаттамаларын көрсетеді.
3-сурет. Мүйізді саңылау арқылы электромагниттік толқындардың кеңеюі мен сәулеленуінің иллюстрациясы.
6. Мүйізді антенналардың артықшылықтары
Радиожиілік және микротолқынды жүйелер үшін мүйізді антенналар бірнеше артықшылықтарды ұсынады:
Жақсы бағыттылық
Үлкейтілген диафрагма сәулеленуді алға қарай шоғырландырады.
Болжамды радиациялық сипаттамалар
Жақсы жасалған мүйізді антенналар тұрақты және жақсы анықталған E-жазықтығы мен H-жазықтығының үлгілерін қамтамасыз ете алады.
Жақсы импеданс сәйкестігі
Толқын өткізгіштен бос кеңістікке біртіндеп ауысу шағылысуды азайтып, төмен VSWR-ді қолдауы мүмкін.
Орташадан жоғарыға дейін күшейеді
Әртүрлі күшейту деңгейлерін қамтамасыз ету үшін әртүрлі диафрагма өлшемдері мен мүйіз ұзындықтарын жобалауға болады.
Салыстырмалы түрде қарапайым құрылым
Көптеген күрделі жоғары күшейткішті антенна архитектураларымен салыстырғанда, кәдімгі мүйіздер механикалық тұрғыдан қарапайым және берік.
Жоғары жиілікті өлшеуге жарамды
Олардың толқын өткізгішіне негізделген архитектурасы мүйізді антенналарды микротолқынды және миллиметрлік толқынды өлшеу жүйелерінде ерекше құнды етеді.
7. Дизайнға қатысты ескеретін жайттар мен шектеулер
Мүйізді антенналар бірнеше инженерлік компромисстерді де қамтиды.
Жоғары күшейту әдетте үлкенірек электрлік диафрагманы қажет етеді, бұл антеннаның физикалық өлшемдерін арттыруы мүмкін.
Диафрагма өлшемі, мүйіз ұзындығы және жарқыл бұрышы арасындағы байланыс тесік бойынша қолайлы фазалық таралуды сақтау үшін мұқият бақылануы керек.
Өте жоғары жиіліктерде өңдеу дәлдігі, бетінің сапасы, толқын өткізгіштің өлшемдері және фланецті туралау маңызды бола түседі, себебі тіпті салыстырмалы түрде шағын механикалық қателіктер толқын ұзындығының айтарлықтай бөлігін құрауы мүмкін.
Сондықтан инженерлер тек күшейту мен жиілік диапазонын ғана емес, сонымен қатар мыналарды да бағалауы керек:
VSWR, поляризация, айқас поляризация өнімділігі, сәуле ені, бүйірлік деңгей, РФ интерфейсі, қуатты басқару және механикалық төзімділік.
8. Мүйізді антенналардың қолданылуы
Бағытталған сәулеленуіне, тұрақты сипаттамаларына және толқын бағыттау жүйелерімен үйлесімділігіне байланысты мүйізді антенналар келесі салаларда кеңінен қолданылады:
- Антеннаның күшейтуін өлшеу
- Радиациялық үлгіні өлшеу
- Электромагниттік үйлесімділік және электромагниттік үйлесімділік сынағы
- Радарлық жүйелер
- Микротолқынды және миллиметрлік толқындық байланыс
- Спутниктік антеннаны сынау
- Бағытты анықтау және бақылау
- Анехой камерасын өлшеу
- Рефлекторлы антенна берілімдері
- Радиожиілікті зерттеу және зертханалық жүйелер
- Калибрлеу және анықтамалық антеннаны қолдану
Кең жолақты сигналдық жүйелер өлшеу және бақылау жүйелері үшін кең жұмыс өткізу қабілеттілігін қамтамасыз ете алады. Мысалы, RF MISO 18–40 ГГц кең жолақты сигналдық антенналары микротолқынды сынақтан өткізу, антеннаны өлшеу, спутниктік антеннаны сынау, бағытты анықтау, бақылау және электромагниттік үйлесімділікке қатысты өлшеулер сияқты қолданбаларға арналған.
Қорытынды
Мүйізді антенна бағытталған электромагниттік толқынды біртіндеп кеңейетін толқын бағыттаушы саңылау арқылы бағытталған бос кеңістіктік сәулеленуге түрлендіреді.
Оның комбинациясыжақсы импеданс сәйкестігі, бағытталған сәулелену, болжамды сәуле сипаттамалары, пайдалы күшейту және салыстырмалы түрде қарапайым құрылыммүйізді микротолқынды және миллиметрлік толқындық инженериядағы ең маңызды антенна құрылымдарының біріне айналдырды.
Секторлық және пирамидалық мүйіздерден бастап конустық және кеңжолақты конструкцияларға дейін әртүрлі құрылымдарды белгілі бір жиілік диапазондарына, поляризация талаптарына, күшейту деңгейлеріне және өлшеу орталарына оңтайландыруға болады.
Мүйізді антеннаны таңдайтын инженерлер үшін жиілік диапазоны тек бастапқы нүкте болып табылады. Күшейту, VSWR, сәуле ені, поляризация, толқын өткізгіш немесе коаксиалды интерфейс, қуатты басқару және механикалық өлшемдер толық RF жүйесінің талаптарына сәйкес бағалануы керек.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 21 тамыз
