हर्न एन्टेनाहरू माइक्रोवेभ र मिलिमिटर-वेभ इन्जिनियरिङमा सबैभन्दा धेरै प्रयोग हुने दिशात्मक एन्टेनाहरू मध्ये एक हुन्। तिनीहरूको सरल मेकानिकल संरचना, अनुमानित विकिरण विशेषताहरू, अपेक्षाकृत कम परावर्तन, र मध्यम देखि उच्च लाभ प्राप्त गर्ने क्षमताले तिनीहरूलाई एन्टेना मापन, EMC परीक्षण, राडार, सञ्चार प्रणाली, फिड प्रणाली, र RF प्रयोगशालाहरूमा मूल्यवान बनाउँछ।
हर्न एन्टेनालाई अनिवार्य रूपमा a को रूपमा मान्न सकिन्छबिस्तारै फ्लेयर गरिएको एपर्चर भएको वेभगाइड। विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूलाई वेभगाइडबाट खाली ठाउँमा अचानक संक्रमणको सामना गर्न अनुमति दिनुको सट्टा, फ्लेर्ड सेक्सनले थप क्रमिक रूपान्तरण प्रदान गर्दछ। यसले प्रतिबाधा मिलान सुधार गर्न मद्दत गर्दछ र विद्युत चुम्बकीय ऊर्जालाई नियन्त्रित विकिरण बीममा निर्देशित गर्दछ।
वेभगाइड ज्यामिति र एपर्चर विस्तार गरिएको दिशामा निर्भर गर्दै, हर्न एन्टेनाहरू धेरै रूपहरूमा डिजाइन गर्न सकिन्छ, जसमासेक्टोरल सिङ, पिरामिडल सिङ, र शंक्वाकार सिङहरू। मूल सन्दर्भ लेखले हर्न एन्टेना संरचनाहरूको मुख्य परिचयको रूपमा यी तीन कन्फिगरेसनहरू प्रयोग गर्दछ।
१. हर्न एन्टेनाले कसरी काम गर्छ?
एउटा वेभगाइडले विद्युत चुम्बकीय ऊर्जालाई प्रवाहकीय संरचना भित्र सीमित गर्छ। जब निर्देशित तरंग खुला छेउमा पुग्छ, ऊर्जाको केही भाग खाली ठाउँमा विकिरण हुन्छ, जबकि केही भाग वेभगाइड र फ्री-स्पेस प्रतिबाधाहरू बीचको संक्रमणको कारणले परावर्तित हुन सक्छ।
हर्न एन्टेनाले एपर्चर तर्फ वेभगाइड क्रस सेक्सनलाई बिस्तारै बढाएर यो संक्रमणको अचानकतालाई कम गर्छ।
विद्युत चुम्बकीय तरंग ज्वालामुखी खण्ड मार्फत फैलिँदा, क्षेत्र ठूलो एपर्चरमा फैलिन्छ। त्यसपछि एपर्चर खाली ठाउँमा विकिरण हुन्छ र दिशात्मक किरण उत्पादन गर्दछ।
त्यसकारण, ज्वालाले दुई महत्त्वपूर्ण उद्देश्यहरू पूरा गर्दछ:
- यसले वेभगाइड र खाली ठाउँ बीचको सहज संक्रमण प्रदान गर्दछ।
- यसले प्रभावकारी विकिरण गर्ने एपर्चर बढाउँछ, जसले गर्दा बढी निर्देशन र लाभ प्राप्त हुन्छ।
यो ध्यान दिनु महत्त्वपूर्ण छ कि सिङले गर्छप्रतिबिम्ब वा स्थायी छालहरू पूर्ण रूपमा हटाउँदैन। यसको सट्टा, उपयुक्त रूपमा डिजाइन गरिएको हर्नले परावर्तन कम गर्न सक्छ र राम्रो प्रतिबाधा मिलान प्रदान गर्न सक्छ, जुन सामान्यतया अपेक्षाकृत कम VSWR मा प्रतिबिम्बित हुन्छ।
चित्र १. बिस्तारै फ्लेयर भएको वेभगाइड एपर्चर भएको विशिष्ट हर्न एन्टेना।
२. हर्न एन्टेनाको सञ्चालन आवृत्ति
हर्न एन्टेनाहरूमा एउटै विश्वव्यापी फ्रिक्वेन्सी दायरा हुँदैन।
तिनीहरूको सञ्चालन आवृत्ति धेरै हदसम्म द्वारा निर्धारण गरिन्छवेभगाइड आयामहरू, वेभगाइड मोड, एपर्चर ज्यामिति, फिड संरचना, र अभिप्रेत ब्यान्डविथ.
परम्परागत हर्न एन्टेनाहरू विशेष गरी माइक्रोवेभ र मिलिमिटर-वेभ फ्रिक्वेन्सीहरूमा सामान्य छन् किनभने तरंगदैर्ध्य घट्दै जाँदा वेभगाइड आयामहरू व्यावहारिक हुन्छन्। यद्यपि, विशेष रूपमा डिजाइन गरिएको ब्रॉडब्यान्ड हर्न संरचनाहरू कम फ्रिक्वेन्सीहरूमा पनि सञ्चालन गर्न सक्छन्, जबकि सटीक वेभगाइड हर्नहरू मिलिमिटर-वेभ र सब-THz ब्यान्डहरूमा राम्रोसँग विस्तार गर्न सक्छन्।
उदाहरणका लागि, हर्न एन्टेना डिजाइनहरू सयौं-मेगाहर्ट्ज दायरादेखि १०० GHz माथिसम्म पाउन सकिन्छ। RF MISO ले हाल ब्रॉडब्यान्ड हर्न कन्फिगरेसनहरू प्रदान गर्दछ जुन निम्नबाट सञ्चालन हुन्छ:३००–७५० मेगाहर्ट्ज, साथै कोनिकल हर्न एन्टेना कभरिंग२२०–३२५ GHz, यस एन्टेना परिवारको व्यावहारिक फ्रिक्वेन्सी स्प्यान कति फराकिलो हुन सक्छ भनेर चित्रण गर्दै।
३. हर्न एन्टेनाका मुख्य प्रकारहरू
३.१ सेक्टोरल हर्न एन्टेना
एउटा आयताकार वेभगाइडलाई एउटा मात्र समतलमा ज्वालामुखी बनाउँदा सेक्टोरल हर्न उत्पादन हुन्छ।
यदि वेभगाइडलाई मा विस्तार गरिएको छ भनेई-प्लेन, संरचनालाई भनिन्छई-प्लेन सेक्टोरल हर्नयदि विस्तार मा हुन्छ भनेएच-प्लेन, यसलाई भनिन्छएच-प्लेन सेक्टोरल हर्न.
एपर्चर आयाम केवल एउटा समतलमा बढेको हुनाले, त्यो सम्बन्धित समतलमा बीम आकार बढी स्पष्ट हुन्छ।
३.२ पिरामिडल हर्न एन्टेना
जब एक आयताकार वेभगाइड E-प्लेन र H-प्लेन दुवै दिशामा फ्लेयर गरिन्छ तब पिरामिडल हर्न बन्छ।
परिणामस्वरूप संरचना काटिएको पिरामिड जस्तो देखिन्छ र दुवै आयामहरूमा एपर्चर विस्तार प्रदान गर्दछ।
पिरामिडल सिङहरू व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छमानक लाभ हर्न र सन्दर्भ एन्टेनाहरूकिनभने तिनीहरूको लाभ र विकिरण ढाँचाहरू सही रूपमा चित्रण गर्न सकिन्छ।
उदाहरणका लागि, RF MISO ले धेरै माइक्रोवेभ र मिलिमिटर-वेभ ब्यान्डहरूमा मानक गेन हर्न एन्टेनाहरू प्रदान गर्दछ। यसको WR10 मानक गेन हर्न परिवारमा निम्न मोडेलहरू समावेश छन्:७५ देखि ११० GHz, निर्दिष्ट लाभ, VSWR, ध्रुवीकरण र बीमविड्थ विशेषताहरू सहित।
३.३ कोनिकल हर्न एन्टेना
गोलाकार वेभगाइडलाई गोलाकार एपर्चर तर्फ बिस्तारै विस्तार गरेर सामान्यतया शंक्वाकार सिङ बनाइन्छ।
आयताकार वेभगाइडबाट उत्पन्न हुने पिरामिडल हर्नको विपरीत, शंक्वाकार हर्नमा घुमाउरो सममित ज्यामिति हुन्छ।
कोनिकल हर्न एन्टेनाहरू सामान्यतया माइक्रोवेभ, मिलिमिटर-वेभ, फिड र मापन अनुप्रयोगहरूमा प्रयोग गरिन्छ। फिड संरचना र ध्रुवीकरण नेटवर्कमा निर्भर गर्दै, तिनीहरूले थप विशेष ध्रुवीकरण कन्फिगरेसनहरूलाई पनि समर्थन गर्न सक्छन्।
चित्र २. विशिष्ट हर्न एन्टेना कन्फिगरेसनहरू: ई-प्लेन सेक्टोरल, एच-प्लेन सेक्टोरल, पिरामिडल र कोनिकल हर्नहरू।
४. फ्लेयर कोण, एपर्चर साइज र हर्न लम्बाइ
हर्नको ज्यामितिले यसको विद्युत चुम्बकीय कार्यसम्पादनमा प्रत्यक्ष प्रभाव पार्छ।
तीन महत्त्वपूर्ण डिजाइन प्यारामिटरहरू हुन्:
फ्लेयर कोण, एपर्चर आकार, र हर्न लम्बाइ।
ठूलो एपर्चरले सामान्यतया उच्च निर्देशन र साँघुरो बीम प्रदान गर्न सक्छ, तर फ्लेयर कोण बढाउनाले स्वचालित रूपमा राम्रो प्रदर्शन उत्पादन गर्दैन।
यदि दिइएको एपर्चर आकारको लागि हर्न धेरै छोटो छ भने, एपर्चरभरि अत्यधिक चरण भिन्नता देखा पर्न सक्छ। यसले एपर्चर दक्षता घटाउँछ र विकिरण ढाँचालाई घटाउन सक्छ।
यसको विपरीत, हर्नलाई अत्यधिक लामो बनाउनाले प्रदर्शनमा समानुपातिक सुधार प्रदान नगरीकन मेकानिकल आकार र तौल बढ्छ।
त्यसैले हर्नको डिजाइनमा सन्तुलन समावेश छ:
- एपर्चरको आकार
- फ्लेयर कोण
- लम्बाइ
- चरण त्रुटि
- लाभ
- बिमविड्थ
- मेकानिकल आयामहरू
५. विकिरण ढाँचा र किरण विशेषताहरू
हर्न एन्टेनाहरू सामान्यतया दिशात्मक रेडिएटरहरू हुन्।
विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा मुख्यतया एपर्चर मार्फत अगाडिको दिशामा केन्द्रित हुन्छ, जसले साइडलोबहरूसँगै स्पष्ट रूपमा परिभाषित मुख्य किरण उत्पादन गर्दछ।
दुई विकिरण ढाँचा कटौती विशेष गरी महत्त्वपूर्ण छन्:
- ई-प्लेन विकिरण ढाँचा
- एच-प्लेन विकिरण ढाँचा
द३ डीबी बिमविड्थसामान्यतया दुई बिन्दुहरू बीचको मुख्य बीमको कोणीय चौडाइ वर्णन गर्न प्रयोग गरिन्छ जहाँ विकिरणित शक्ति यसको अधिकतम मान 3 dB भन्दा कम हुन्छ।
सामान्यतया, तरंगदैर्ध्यको सापेक्षमा प्रभावकारी एपर्चर बढाउनाले निर्देशन बढ्छ र किरणलाई साँघुरो बनाउँछ।
यो सम्बन्ध व्यावहारिक मिलिमिटर-वेभ हर्न एन्टेनाहरूमा पनि अवलोकन गर्न सकिन्छ। उदाहरणका लागि, RF MISO को ७५–११० GHz मानक गेन हर्नहरूले गेन र VSWR डेटासँगै E-प्लेन र H-प्लेन बीमविड्थ विशेषताहरू निर्दिष्ट गर्दछ।
चित्र ३. हर्न एपर्चर मार्फत विद्युत चुम्बकीय तरंग विस्तार र विकिरणको चित्रण।
६. हर्न एन्टेनाका फाइदाहरू
आरएफ र माइक्रोवेभ प्रणालीहरूको लागि हर्न एन्टेनाले धेरै फाइदाहरू प्रदान गर्दछ:
राम्रो निर्देशन
बढेको एपर्चरले विकिरणलाई अगाडिको दिशातिर केन्द्रित गर्छ।
अनुमानित विकिरण विशेषताहरू
राम्रोसँग डिजाइन गरिएका हर्न एन्टेनाहरूले स्थिर र राम्रोसँग परिभाषित ई-प्लेन र एच-प्लेन ढाँचाहरू प्रदान गर्न सक्छन्।
राम्रो प्रतिबाधा मिलान
वेभगाइडबाट खाली ठाउँमा क्रमिक संक्रमणले परावर्तन कम गर्न र कम VSWR लाई समर्थन गर्न सक्छ।
मध्यम देखि उच्च लाभ
विभिन्न एपर्चर आकार र हर्न लम्बाइहरू विभिन्न लाभ स्तरहरू प्रदान गर्न डिजाइन गर्न सकिन्छ।
अपेक्षाकृत सरल संरचना
धेरै जटिल उच्च-लाभ एन्टेना आर्किटेक्चरहरूको तुलनामा, परम्परागत हर्नहरू यान्त्रिक रूपमा सीधा र बलियो हुन्छन्।
उच्च-फ्रिक्वेन्सी मापनको लागि उपयुक्त
तिनीहरूको वेभगाइड-आधारित वास्तुकलाले हर्न एन्टेनालाई माइक्रोवेभ र मिलिमिटर-वेभ मापन प्रणालीहरूमा विशेष रूपमा मूल्यवान बनाउँछ।
७. डिजाइन विचार र सीमाहरू
हर्न एन्टेनामा धेरै इन्जिनियरिङ ट्रेड-अफहरू पनि समावेश हुन्छन्।
उच्च लाभको लागि सामान्यतया ठूलो विद्युतीय एपर्चर चाहिन्छ, जसले एन्टेनाको भौतिक आयाम बढाउन सक्छ।
एपर्चरभरि स्वीकार्य चरण वितरण कायम राख्न एपर्चरको आकार, हर्नको लम्बाइ र फ्लेयर कोण बीचको सम्बन्धलाई पनि सावधानीपूर्वक नियन्त्रण गर्नुपर्छ।
धेरै उच्च फ्रिक्वेन्सीहरूमा, मेसिनिङ शुद्धता, सतहको गुणस्तर, वेभगाइड आयाम र फ्ल्यान्ज पङ्क्तिबद्धता बढ्दो रूपमा महत्त्वपूर्ण हुँदै जान्छ किनभने अपेक्षाकृत साना मेकानिकल त्रुटिहरूले पनि तरंगदैर्ध्यको महत्त्वपूर्ण अंश प्रतिनिधित्व गर्न सक्छन्।
त्यसकारण इन्जिनियरहरूले लाभ र फ्रिक्वेन्सी दायरा मात्र नभई निम्न कुराहरूको पनि मूल्याङ्कन गर्न आवश्यक छ:
VSWR, ध्रुवीकरण, क्रस-ध्रुवीकरण प्रदर्शन, बीमविड्थ, साइडलोब स्तर, RF इन्टरफेस, पावर ह्यान्डलिंग र मेकानिकल सहिष्णुता।
८. हर्न एन्टेनाको प्रयोग
तिनीहरूको दिशात्मक विकिरण, स्थिर विशेषताहरू र वेभगाइड प्रणालीहरूसँग अनुकूलताको कारण, हर्न एन्टेनाहरू व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ:
- एन्टेना लाभ मापन
- विकिरण ढाँचा मापन
- EMC र EMI परीक्षण
- राडार प्रणालीहरू
- माइक्रोवेभ र मिलिमिटर-तरंग सञ्चार
- स्याटेलाइट एन्टेना परीक्षण
- दिशा पत्ता लगाउने र निगरानी
- एनेकोइक चेम्बर मापन
- परावर्तक एन्टेना फिडहरू
- आरएफ अनुसन्धान र प्रयोगशाला प्रणालीहरू
- क्यालिब्रेसन र सन्दर्भ एन्टेना अनुप्रयोगहरू
ब्रोडब्यान्ड हर्न डिजाइनहरूले मापन र अनुगमन प्रणालीहरूको लागि फराकिलो अपरेटिङ ब्यान्डविथ पनि प्रदान गर्न सक्छन्। उदाहरणका लागि, RF MISO को १८–४० GHz ब्रोडब्यान्ड हर्न एन्टेनाहरू माइक्रोवेभ परीक्षण, एन्टेना मापन, उपग्रह एन्टेना परीक्षण, दिशा पत्ता लगाउने, निगरानी र EMC-सम्बन्धित मापन लगायतका अनुप्रयोगहरूको लागि निर्दिष्ट गरिएका छन्।
निष्कर्ष
हर्न एन्टेनाले क्रमशः विस्तार हुँदै गएको वेभगाइड एपर्चर मार्फत निर्देशित विद्युत चुम्बकीय तरंगलाई दिशात्मक मुक्त-अन्तरिक्ष विकिरणमा रूपान्तरण गर्दछ।
यसको संयोजनराम्रो प्रतिबाधा मिलान, दिशात्मक विकिरण, अनुमानित बीम विशेषताहरू, उपयोगी लाभ र अपेक्षाकृत सरल निर्माणमाइक्रोवेभ र मिलिमिटर-वेभ इन्जिनियरिङमा हर्नलाई सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण एन्टेना संरचनाहरू मध्ये एक बनाएको छ।
सेक्टोरल र पिरामिडल हर्नदेखि कोनिकल र ब्रॉडब्यान्ड डिजाइनहरूसम्म, विशिष्ट फ्रिक्वेन्सी दायराहरू, ध्रुवीकरण आवश्यकताहरू, लाभ स्तरहरू र मापन वातावरणहरूको लागि विभिन्न संरचनाहरूलाई अनुकूलित गर्न सकिन्छ।
हर्न एन्टेना छनौट गर्ने इन्जिनियरहरूका लागि, फ्रिक्वेन्सी दायरा केवल सुरुवात बिन्दु हो। गेन, VSWR, बीमविड्थ, ध्रुवीकरण, वेभगाइड वा कोएक्सियल इन्टरफेस, पावर ह्यान्डलिङ र मेकानिकल आयामहरू सबै पूर्ण RF प्रणालीको आवश्यकताहरू अनुसार मूल्याङ्कन गरिनुपर्छ।
पोस्ट समय: अगस्ट-२१-२०२६
