Hornloftnet eru meðal mest notuðu stefnuloftnetanna í örbylgju- og millímetrabylgjutækni. Einföld vélræn uppbygging þeirra, fyrirsjáanleg geislunareiginleikar, tiltölulega lítil endurskin og geta til að ná miðlungs til mikilli ávinningi gerir þau verðmæt í loftnetsmælingum, rafsegulfræðilegum samskiptaprófum, ratsjárkerfum, samskiptakerfum, fóðurkerfum og RF-rannsóknarstofum.
Hornloftnet má í raun líta á sembylgjuleiðari með smám saman útvíkkandi ljósopiÍ stað þess að leyfa rafsegulbylgjum að lenda í snöggri umbreytingu frá bylgjuleiðaranum út í tómt rými, þá veitir útvíkkaða hlutinn stigvaxandi umbreytingu. Þetta hjálpar til við að bæta viðnámsjöfnun og beinir meira af rafsegulorkunni í stýrðan geislunargeisla.
Eftir því hvaða lögun bylgjuleiðarans er og í hvaða átt ljósopið er stækkað, er hægt að hanna hornloftnet á nokkra vegu, þar á meðalSectorhorn, píramídahorn og keilulaga hornUpprunalega tilvísunargreinin notar þessar þrjár stillingar sem aðalkynningu á uppbyggingu hornloftneta.
1. Hvernig virkar hornloftnet?
Bylgjuleiðari heldur rafsegulorku inni í leiðandi byggingu. Þegar stýrða bylgjan nær opnum enda geislar hluti orkunnar út í tómarúmið, en hluti getur endurkastast vegna umskipta á milli bylgjuleiðarans og tómarúmsviðnámsins.
Hornloftnet dregur úr skyndileika þessarar umskipta með því að auka smám saman þversnið bylgjuleiðarans í átt að ljósopinu.
Þegar rafsegulbylgjan berst í gegnum útvíkkaða hlutann þenst sviðið út yfir stærra ljósop. Ljósopið geislar síðan út í tómarúmið og framleiðir stefnubundna geisla.
Blossinn þjónar því tveimur mikilvægum tilgangi:
- Það veitir mýkri umskipti milli bylgjuleiðarans og tómarúmsins.
- Það eykur virka geislunaropið, sem gerir kleift að auka stefnumörkun og ávinning.
Það er mikilvægt að hafa í huga að horn gerir þaðekki útrýma endurspeglunum eða standandi bylgjum alvegÍ staðinn getur rétt hannað horn dregið úr endurspeglun og veitt góða viðnámssamsvörun, sem endurspeglast almennt í tiltölulega lágri VSWR.
Mynd 1. Dæmigerð hornloftnet með smám saman útvíkkandi bylgjuleiðaraop.
2. Rekstrartíðni hornloftneta
Hornloftnet hafa ekki eitt alhliða tíðnisvið.
Rekstrartíðni þeirra er að miklu leyti ákvörðuð afbylgjuleiðarastærðir, bylgjuleiðarahamur, ljósopsgeometri, straumuppbygging og fyrirhuguð bandvídd.
Hefðbundin hornloftnet eru sérstaklega algeng á örbylgju- og millímetrabylgjutíðni þar sem stærð bylgjuleiðara verður hagnýt eftir því sem bylgjulengdin minnkar. Hins vegar geta sérhönnuð breiðbandshorn einnig virkað á lægri tíðnum, en nákvæm bylgjuleiðarahorn geta náð vel inn í millímetrabylgju- og undir-THz böndin.
Til dæmis er hægt að finna hönnun á hornloftnetum frá hundruðum megahertz upp í vel yfir 100 GHz. RF MISO býður nú upp á breiðbandshornstillingar sem starfa frá300–750 MHz, sem og keilulaga hornloftnet sem þekja220–325 GHz, sem sýnir fram á hversu breitt tíðnisvið þessarar loftnetsfjölskyldu getur verið í raun.
3. Helstu gerðir hornloftneta
3.1 Geirahornloftnet
Geirahorn myndast þegar rétthyrndur bylgjuleiðari er aðeins beygður út í eitt plan.
Ef bylgjuleiðarinn er stækkaður íE-flugvél, uppbyggingin kallastE-plans geirahornEf útvíkkunin á sér stað íH-plan, það er kallaðH-plans geirahorn.
Þar sem ljósopið eykst aðeins í einu plani er geislamótun meira áberandi í því plani.
3.2 Pýramídalaga hornloftnet
Pýramídahorn myndast þegar rétthyrndur bylgjuleiðari er útvíkkaður bæði í E-plan og H-plan átt.
Þessi uppbygging líkist styttri pýramída og veitir opnunarþenslu í báðum víddum.
Pýramídahorn eru mikið notuð semstaðlaðar horn og viðmiðunarloftnetvegna þess að hægt er að greina nákvæmlega magn þeirra og geislunarmynstur.
RF MISO býður til dæmis upp á hornloftnet með stöðluðum styrk fyrir fjölmörg örbylgju- og millímetrabylgjusvið. WR10 hornfjölskyldan þeirra með stöðluðum styrk inniheldur gerðir sem starfa frá ...75 til 110 GHz, með tilgreindum eiginleikum fyrir styrk, VSWR, pólun og geislabreidd.
3.3 Keilulaga hornloftnet
Keilulaga horn myndast almennt með því að smám saman stækka hringlaga bylgjuleiðara í átt að hringlaga opnun.
Ólíkt píramídalaga horni, sem á uppruna sinn í rétthyrndum bylgjuleiðara, hefur keilulaga horn snúningssamhverfa rúmfræði.
Keilulaga hornloftnet eru almennt notuð í örbylgju-, millimetrabylgju-, fóðrunar- og mælingaforritum. Þau geta einnig stutt sérhæfðari pólunarstillingar, allt eftir fóðrunaruppbyggingu og skautunarneti.
Mynd 2. Dæmigerðar stillingar hornloftneta: E-plans geiralaga, H-plans geiralaga, píramídalaga og keilulaga horn.
4. Blosshorn, ljósopsstærð og hornlengd
Rúmfræði horns hefur bein áhrif á rafsegulfræðilega virkni þess.
Þrjár mikilvægar hönnunarbreytur eru:
bjartsýnishorn, ljósopsstærð og hornlengd.
Stærra ljósop getur almennt gefið meiri stefnu og þrengri geisla, en það að auka ljósopshornið þýðir ekki sjálfkrafa betri afköst.
Ef hornið er of stutt fyrir tiltekna ljósopsstærð getur of mikil fasabreyting myndast yfir ljósopið. Þetta dregur úr skilvirkni ljósopsins og getur rýrt geislunarmynstrið.
Aftur á móti eykur það vélræna stærð og þyngd ef hornið er of langt án þess að það leiði endilega til hlutfallslegrar bættrar afköstar.
Hönnun horns felur því í sér jafnvægi:
- Ljósopsstærð
- Blosshorn
- Lengd
- Fasavilla
- Hagnaður
- Geislabreidd
- Vélrænar víddir
5. Geislunarmynstur og geislaeinkenni
Hornloftnet eru almennt stefnugeislar.
Rafsegulorka einbeitist aðallega í framávið í gegnum ljósopið, sem framleiðir skýrt afmarkaðan aðalgeisla ásamt hliðarsnúningum.
Tvær skurðir á geislunarmynstrum eru sérstaklega mikilvægar:
- Geislunarmynstur E-plans
- Geislunarmynstur H-plans
Hinn3 dB geislabreidder almennt notað til að lýsa hornbreidd aðalgeislans milli þeirra tveggja punkta þar sem geislað afl fellur 3 dB undir hámarksgildi sitt.
Almennt séð eykur aukning á virku ljósopi miðað við bylgjulengd stefnuvirkni og hefur tilhneigingu til að þrengja geislann.
Þetta samband má einnig sjá í hagnýtum millímetrabylgjuhornloftnetum. Til dæmis tilgreina staðlaðar 75–110 GHz hornloftnet frá RF MISO geislabreiddareiginleika í E-plani og H-plani ásamt gögnum um gagnamagn og VSWR.
Mynd 3. Mynd af útbreiðslu rafsegulbylgna og geislun í gegnum hornop.
6. Kostir hornloftneta
Hornloftnet bjóða upp á nokkra kosti fyrir RF- og örbylgjukerfi:
Góð stefnuvirkni
Stækkað ljósop einbeitir geisluninni í átt að framávið.
Fyrirsjáanleg geislunareiginleikar
Vel hönnuð hornloftnet geta veitt stöðug og vel skilgreind E-plans- og H-plansmynstur.
Góð viðnámssamsvörun
Smám saman umskipti frá bylgjuleiðara yfir í frjálst rými geta dregið úr endurspeglun og stutt lágt VSWR.
Miðlungs til mikill ávinningur
Hægt er að hanna mismunandi ljósopsstærðir og hornlengdir til að veita mismunandi styrkingarstig.
Tiltölulega einföld uppbygging
Í samanburði við margar flóknar loftnetsarkitektúrar með mikilli ávinningi eru hefðbundin horn vélrænt einföld og sterk.
Hentar fyrir hátíðnimælingar
Bylgjuleiðarabygging þeirra gerir hornloftnet sérstaklega verðmæt í örbylgju- og millímetrabylgjumælingakerfum.
7. Hönnunaratriði og takmarkanir
Hornloftnet fela einnig í sér nokkrar verkfræðilegar málamiðlanir.
Meiri ávinningur krefst almennt stærri rafmagnsopnunar, sem getur aukið efnislega stærð loftnetsins.
Einnig verður að hafa nákvæmt eftirlit með sambandi milli ljósopsstærðar, hornlengdar og bjartsýnishorns til að viðhalda ásættanlegri fasadreifingu yfir ljósopið.
Við mjög háar tíðnir verða nákvæmni vinnslu, yfirborðsgæði, bylgjuleiðaravíddir og flansstilling sífellt mikilvægari því jafnvel tiltölulega lítil vélræn mistök geta táknað verulegan hluta af bylgjulengdinni.
Því þurfa verkfræðingar ekki aðeins að meta ávinning og tíðnisvið, heldur einnig:
VSWR, skautun, víxlskautunarafköst, geislabreidd, hliðarspólunarstig, RF-viðmót, aflstjórnun og vélræn þol.
8. Notkun hornloftneta
Vegna stefnubundinnar geislunar sinnar, stöðugra eiginleika og samhæfni við bylgjuleiðarakerfi eru hornloftnet mikið notuð í:
- Mæling á loftnetsstyrk
- Mæling á geislunarmynstri
- EMC og EMS prófanir
- Ratsjárkerfi
- Örbylgju- og millimetrabylgjusamskipti
- Prófun á gervihnattaloftneti
- Leiðarleit og eftirlit
- Mæling á bergmálslausu hólfi
- Loftnetsstraumar endurskins
- RF rannsóknar- og rannsóknarstofukerfi
- Kvörðunar- og viðmiðunarloftnetsforrit
Breiðbandshornahönnun getur einnig boðið upp á breitt rekstrarbandvídd fyrir mæli- og eftirlitskerfi. Til dæmis eru 18–40 GHz breiðbandshornloftnet RF MISO sérhæfð fyrir notkun eins og örbylgjuprófanir, loftnetsmælingar, gervihnattaloftnetsprófanir, stefnuleit, eftirlit og mælingar tengdar rafsegulsviði.
Niðurstaða
Hornloftnet umbreytir stýrðri rafsegulbylgju í stefnubundna frírýmisgeislun í gegnum smám saman stækkandi bylgjuleiðaraop.
Samsetning þess afgóð viðnámssamræming, stefnubundin geislun, fyrirsjáanlegir geislaeiginleikar, gagnlegur ávinningur og tiltölulega einföld smíðihefur gert hornið að einni mikilvægustu loftnetsbyggingu í örbylgju- og millímetrabylgjuverkfræði.
Frá geira- og píramídalaga hornum til keilulaga og breiðbands hönnunar, er hægt að fínstilla mismunandi mannvirki fyrir tiltekin tíðnibil, pólunarkröfur, magnstig og mæliumhverfi.
Fyrir verkfræðinga sem velja hornloftnet er tíðnisviðið aðeins upphafspunkturinn. Gagnaaukning, VSWR, geislabreidd, skautun, bylgjuleiðara- eða koaxialviðmót, aflstýring og vélrænar víddir ættu öll að vera metin í samræmi við kröfur alls RF-kerfisins.
Birtingartími: 21. ágúst 2026
