Antena apertur merupakan kelas antena penting yang digunakan secara meluas dalam sistem pengukuran gelombang mikro, gelombang milimeter, radar, komunikasi dan antena. Tidak seperti antena wayar, yang memancarkan terutamanya melalui arus yang mengalir di sepanjang elemen konduktif, antena apertur memancarkan tenaga elektromagnet melalui bukaan atau apertur.
Satu contoh biasa ialah pandu gelombang terbuka. Apabila gelombang elektromagnet bergerak melalui pandu gelombang dan mencapai hujung terbuka, sebahagian daripada tenaga berpandu dipancarkan ke ruang bebas. Dengan mengawal geometri apertur, taburan medan dan struktur sekeliling, jurutera boleh menambah baik lagi padanan impedans, arah, gandaan dan ciri-ciri sinaran.
Antena jenis apertur biasa termasukantena pandu gelombang terbuka,antena hon, dan antena slotArtikel rujukan asal juga mengumpulkan ketiga-tiga struktur ini di bawah antena apertur.
1. Apakah Antena Apertur?
Dalam kejuruteraan antena, apertur boleh dianggap sebagai bukaan di mana medan elektromagnet berganding dari struktur berpandu ke ruang bebas.
Pandu gelombang direka bentuk untuk mengurung dan membimbing tenaga elektromagnet. Jika pandu gelombang ditamatkan oleh dinding konduktif, tenaga kekal terkurung atau dipantulkan mengikut keadaan penamatan. Walau bagaimanapun, apabila pandu gelombang dibuka, medan elektromagnet pada apertur boleh memancar ke ruang bebas.
Oleh itu, apertur bertindak sebagai kawasan peralihan antara mod elektromagnet berpandu dan gelombang elektromagnet yang dipancarkan.
Ciri-ciri sinaran sebenar bergantung kepada beberapa faktor, termasuk:
- Dimensi dan bentuk apertur
- Panjang gelombang operasi
- Mod pandu gelombang
- Pengagihan medan elektrik dan magnet
- Bebibir atau struktur pengalir sekeliling
- Padanan impedans pada apertur
Kajian ke atas pandu gelombang segi empat tepat terbuka menunjukkan bahawa kedua-dua medan apertur dan pembelauan daripada tepi bebibir di sekeliling boleh menyumbang kepada medan sinaran yang terhasil.
Rajah 1. Contoh struktur pandu gelombang segi empat tepat yang digunakan untuk menggambarkan sinaran apertur.
2. Bagaimanakah Pandu Gelombang Berhujung Terbuka Menyinar?
Apabila mod pandu gelombang perambatan mencapai apertur terbuka, keadaan sempadan elektromagnet berubah secara tiba-tiba. Medan tidak lagi dihadkan sepenuhnya oleh dinding pengalir, membolehkan sebahagian daripada tenaga elektromagnet memancar ke ruang bebas.
Pada masa yang sama, peralihan dari pandu gelombang ke ruang bebas secara amnya tidak sepadan dengan sempurna. Oleh itu, sebahagian tenaga mungkin dipantulkan kembali ke dalam pandu gelombang.
Hubungan antara inisinaran dan pantulanmerupakan bahagian penting dalam reka bentuk antena apertur.
Pandu gelombang terbuka yang ringkas boleh berfungsi sebagai antena, tetapi kecekapan sinaran, padanan impedans, gandaan dan ciri-ciri pancarannya mungkin tidak optimum untuk setiap aplikasi. Jurutera boleh mengubah suai geometri apertur untuk mendapatkan prestasi yang lebih baik. Salah satu contoh yang paling biasa ialahantena hon, di mana pandu gelombang secara beransur-ansur mengembang ke arah apertur.
3. Frekuensi Operasi Antena Apertur
Tiada julat frekuensi operasi universal tunggal untuk semua antena apertur.
Julat frekuensi yang boleh digunakan bagi antena apertur berasaskan pandu gelombang ditentukan terutamanya olehdimensi pandu gelombang, jenis pandu gelombang, mod perambatan yang disokong dan frekuensi pemotongan.
Oleh itu, saiz pandu gelombang piawai yang berbeza digunakan untuk jalur frekuensi gelombang mikro dan milimeter yang berbeza.
Ini amat penting terutamanya dalam sistem RF frekuensi tinggi. Apabila frekuensi meningkat dan panjang gelombang menjadi lebih pendek, dimensi pandu gelombang dan apertur juga menjadi lebih kecil, membolehkan antena apertur digunakan secara berkesan dalam sistem gelombang mikro, gelombang milimeter dan juga sub-THz.
4. Corak Sinaran Antena Apertur
Corak sinaran antena apertur sangat bergantung pada saiz apertur, taburan medan, mod operasi, panjang gelombang dan struktur sekeliling.
Pandu gelombang terbuka secara amnya menghasilkan pancaran yang agak luas, tetapi ia tidak boleh digambarkan secara automatik sebagai antena omnidirectional. Ciri-ciri sinaran satah-E dan satah-Hnya ditentukan oleh taburan medan elektromagnet pada apertur.
Bebibir di sekeliling juga boleh mempengaruhi corak sinaran yang terhasil kerana medan yang terbelau dari tepinya menyumbang kepada jumlah medan radiasi. Kajian analitikal moden secara eksplisit mengambil kira kedua-dua sinaran apertur dan pembelauan tepi bebibir apabila mengira tingkah laku medan jauh.
Meningkatkan saiz apertur berkesan secara amnya boleh memberikan arah yang lebih tinggi dan pancaran utama yang lebih sempit, yang merupakan salah satu sebab antena hon dan struktur apertur yang lebih besar biasanya digunakan apabila gandaan yang lebih tinggi diperlukan.
Corak Sinaran Bukan Arahan
5. Jenis Utama Antena Apertur
Antena Pandu Gelombang Terbuka
Pandu gelombang terbuka merupakan salah satu radiator apertur paling ringkas. Struktur padat dan keserasian langsungnya dengan sistem pandu gelombang menjadikannya berguna dalam makmal gelombang mikro dan gelombang milimeter, pengukuran antena, prob, suapan dan sistem RF yang lain.
Antena Hon
Antena horn boleh dianggap sebagai pandu gelombang yang keratan rentasnya secara beransur-ansur mengembang ke arah apertur pancaran. Peralihan beransur-ansur ini meningkatkan transformasi daripada gelombang berpandu kepada sinaran ruang bebas dan boleh memberikan padanan impedans yang lebih baik, gandaan yang lebih tinggi dan corak sinaran yang lebih terkawal.
Antena hon digunakan secara meluas dalam pengukuran antena, ujian EMC, radar, sistem komunikasi, sistem suapan dan aplikasi gelombang milimeter.
Antena Slot
Antena slot menggunakan bukaan atau slot yang dipotong pada permukaan pengalir untuk memancarkan tenaga elektromagnet. Bergantung pada geometri slot, pengujaan dan struktur sekeliling, antena slot boleh dilaksanakan secara individu atau digabungkan ke dalam tatasusunan.
Ia digunakan secara meluas dalam sistem gelombang mikro di mana struktur berprofil rendah, integrasi atau konfigurasi tatasusunan diperlukan.
6. Antena Apertur dalam Kejuruteraan RF dan Gelombang Mikro
Oleh kerana antena apertur berintegrasi secara semula jadi dengan struktur penghantaran pandu gelombang, ia amat penting pada frekuensi gelombang mikro dan gelombang milimeter.
Aplikasi tipikal termasuk:
- Pengukuran gandaan antena dan corak sinaran
- Ujian EMC dan EMI
- Sistem radar
- Komunikasi gelombang mikro dan gelombang milimeter
- Sistem suapan antena
- Pengukuran makmal RF
- Penghantaran dan penerimaan berarah
- Sistem ujian dan penentukuran
Bagi jurutera antena, memilih antena apertur yang sesuai memerlukan lebih daripada sekadar mempertimbangkan frekuensi. Parameter seperti gandaan, lebar pancaran, polarisasi, VSWR, saiz pandu gelombang, jenis bebibir, pengendalian kuasa dan dimensi mekanikal semuanya mungkin mempengaruhi prestasi sistem.
Kesimpulan
Antena apertur menyediakan cara yang cekap untuk mengubah tenaga elektromagnet berpandu kepada sinaran ruang bebas, menjadikannya kategori antena asas dalam kejuruteraan gelombang mikro dan milimeter.
Daripada pandu gelombang terbuka yang ringkas kepada struktur hon dan slot yang dioptimumkan, antena apertur boleh direka bentuk untuk kombinasi gandaan, lebar pancaran, polarisasi, julat frekuensi dan keperluan penyepaduan sistem yang berbeza.
Oleh itu, memahami bagaimana saiz apertur, taburan medan elektromagnet, mod pandu gelombang dan struktur sekeliling mempengaruhi prestasi sinaran adalah penting apabila memilih atau mereka bentuk antena untuk sistem pengujian RF, komunikasi, radar dan pengukuran.
Masa siaran: 14 Ogos 2026
