Antena hon adalah antara antena berarah yang paling banyak digunakan dalam kejuruteraan gelombang mikro dan milimeter. Struktur mekanikalnya yang ringkas, ciri-ciri sinaran yang boleh diramal, pantulan yang agak rendah dan keupayaan untuk mencapai gandaan sederhana hingga tinggi menjadikannya berharga dalam pengukuran antena, ujian EMC, radar, sistem komunikasi, sistem suapan dan makmal RF.
Antena hon pada asasnya boleh dianggap sebagaipandu gelombang dengan apertur yang mengembang secara beransur-ansurDaripada membiarkan gelombang elektromagnet menghadapi peralihan mendadak dari pandu gelombang ke ruang bebas, bahagian yang melebar memberikan transformasi yang lebih beransur-ansur. Ini membantu meningkatkan pemadanan impedans dan mengarahkan lebih banyak tenaga elektromagnet ke dalam pancaran sinaran terkawal.
Bergantung pada geometri pandu gelombang dan arah apertur dikembangkan, antena hon boleh direka bentuk dalam beberapa bentuk, termasuktanduk sektoral, tanduk piramidal, dan tanduk konArtikel rujukan asal menggunakan ketiga-tiga konfigurasi ini sebagai pengenalan utama kepada struktur antena hon.
1. Bagaimanakah Antena Hon Berfungsi?
Pandu gelombang mengurung tenaga elektromagnet dalam struktur pengalir. Apabila gelombang berpandu mencapai hujung terbuka, sebahagian daripada tenaga memancar ke ruang bebas, manakala sebahagian lagi mungkin dipantulkan kerana peralihan antara impedans pandu gelombang dan ruang bebas.
Antena hon mengurangkan kejatuhan peralihan ini dengan meningkatkan keratan rentas pandu gelombang secara beransur-ansur ke arah apertur.
Apabila gelombang elektromagnet merambat melalui bahagian yang melebar, medan mengembang ke atas apertur yang lebih besar. Apertur kemudiannya memancar ke ruang bebas dan menghasilkan pancaran berarah.
Oleh itu, suar itu mempunyai dua tujuan penting:
- Ia menyediakan peralihan yang lebih lancar antara pandu gelombang dan ruang kosong.
- Ia meningkatkan apertur pancaran berkesan, membolehkan arah dan gandaan yang lebih besar.
Adalah penting untuk diperhatikan bahawa tanduk tidaktidak menghapuskan sepenuhnya pantulan atau gelombang pegunSebaliknya, hon yang direka bentuk dengan betul boleh mengurangkan pantulan dan memberikan padanan impedans yang baik, yang biasanya dipantulkan dalam VSWR yang agak rendah.
Rajah 1. Antena hon tipikal dengan apertur pandu gelombang yang mengembang secara beransur-ansur.
2. Frekuensi Operasi Antena Hon
Antena hon tidak mempunyai satu julat frekuensi universal.
Kekerapan operasi mereka sebahagian besarnya ditentukan olehdimensi pandu gelombang, mod pandu gelombang, geometri apertur, struktur suapan dan lebar jalur yang dimaksudkan.
Antena hon tradisional amat biasa digunakan pada frekuensi gelombang mikro dan gelombang milimeter kerana dimensi pandu gelombang menjadi praktikal apabila panjang gelombang berkurangan. Walau bagaimanapun, struktur hon jalur lebar yang direka khas juga boleh beroperasi pada frekuensi yang lebih rendah, manakala hon pandu gelombang ketepatan boleh memanjang dengan baik ke dalam jalur gelombang milimeter dan sub-THz.
Contohnya, reka bentuk antena hon boleh didapati dari julat ratusan megahertz hingga melebihi 100 GHz. RF MISO kini menawarkan konfigurasi hon jalur lebar yang beroperasi dari300–750 MHz, serta antena tanduk kon yang meliputi220–325 GHz, menggambarkan betapa luasnya julat frekuensi praktikal keluarga antena ini.
3. Jenis Utama Antena Hon
3.1 Antena Hon Sektoral
Hon sektoral dihasilkan apabila pandu gelombang segi empat tepat diluaskan hanya pada satu satah.
Jika pandu gelombang dikembangkan dalamE-pesawat, struktur itu dipanggilHon sektoral satah-EJika pengembangan berlaku dalamSatah-H, ia dipanggilTanduk sektoral satah-H.
Oleh kerana dimensi apertur hanya meningkat dalam satu satah, pembentukan rasuk lebih ketara dalam satah yang sepadan itu.
3.2 Antena Tanduk Piramid
Tanduk piramid terbentuk apabila pandu gelombang segi empat tepat diluaskan dalam kedua-dua arah satah-E dan satah-H.
Struktur yang terhasil menyerupai piramid terpotong dan memberikan pengembangan apertur dalam kedua-dua dimensi.
Tanduk piramid digunakan secara meluas sebagaihon gandaan piawai dan antena rujukankerana corak gandaan dan sinaran mereka boleh dicirikan dengan tepat.
RF MISO, sebagai contoh, menawarkan antena hon gandaan standard merentasi pelbagai jalur gelombang mikro dan milimeter. Keluarga hon gandaan standard WR10nya merangkumi model yang beroperasi dari75 hingga 110 GHz, dengan ciri-ciri gandaan, VSWR, polarisasi dan lebar pancaran yang dinyatakan.
3.3 Antena Tanduk Kon
Tanduk kon biasanya dibentuk dengan mengembangkan pandu gelombang bulat secara beransur-ansur ke arah apertur bulat.
Tidak seperti tanduk piramid, yang berasal dari pandu gelombang segi empat tepat, tanduk kon mempunyai geometri simetri putaran.
Antena tanduk kon biasanya digunakan dalam aplikasi gelombang mikro, gelombang milimeter, suapan dan pengukuran. Bergantung pada struktur suapan dan rangkaian pengkutuban, ia juga boleh menyokong konfigurasi pengkutuban yang lebih khusus.
Rajah 2. Konfigurasi antena horn biasa: Sektoral satah-E, sektoral satah-H, horn piramid dan kon.
4. Sudut Suar, Saiz Apertur dan Panjang Tanduk
Geometri hon mempunyai pengaruh langsung terhadap prestasi elektromagnetnya.
Tiga parameter reka bentuk penting ialah:
sudut suar, saiz apertur dan panjang tanduk.
Apertur yang lebih besar secara amnya boleh memberikan arah yang lebih tinggi dan pancaran yang lebih sempit, tetapi hanya meningkatkan sudut suar tidak secara automatik menghasilkan prestasi yang lebih baik.
Jika hon terlalu pendek untuk saiz apertur yang diberikan, variasi fasa yang berlebihan mungkin muncul merentasi apertur. Ini mengurangkan kecekapan apertur dan boleh merendahkan corak sinaran.
Sebaliknya, menjadikan hon terlalu panjang akan meningkatkan saiz dan berat mekanikal tanpa semestinya memberikan peningkatan prestasi yang berkadar.
Oleh itu, reka bentuk tanduk melibatkan pengimbangan:
- Saiz apertur
- Sudut suar
- Panjang
- Ralat fasa
- Keuntungan
- Lebar pancaran
- Dimensi mekanikal
5. Corak Sinaran dan Ciri-ciri Pancaran
Antena hon biasanya merupakan radiator berarah.
Tenaga elektromagnet tertumpu terutamanya ke arah hadapan melalui apertur, menghasilkan pancaran utama yang jelas bersama-sama dengan cuping sisi.
Dua pemotongan corak radiasi amat penting:
- Corak sinaran satah-E
- Corak sinaran satah-H
YangLebar pancaran 3 dBbiasanya digunakan untuk menggambarkan lebar sudut pancaran utama antara dua titik di mana kuasa radiasi jatuh 3 dB di bawah nilai maksimumnya.
Secara umum, meningkatkan apertur berkesan relatif kepada panjang gelombang meningkatkan kearah dan cenderung menyempitkan pancaran.
Hubungan ini juga boleh diperhatikan dalam antena hon gelombang milimeter praktikal. Contohnya, hon gandaan piawai RF MISO 75–110 GHz menyatakan ciri-ciri lebar pancaran satah-E dan satah-H bersama-sama dengan data gandaan dan VSWR.
Rajah 3. Ilustrasi pengembangan gelombang elektromagnet dan sinaran melalui bukaan hon.
6. Kelebihan Antena Tanduk
Antena hon menawarkan beberapa kelebihan untuk sistem RF dan gelombang mikro:
Kearah yang baik
Apertur yang diperbesarkan menumpukan sinaran ke arah hadapan.
Ciri-ciri sinaran yang boleh diramal
Antena hon yang direka bentuk dengan baik boleh memberikan corak satah-E dan satah-H yang stabil dan jelas.
Padanan impedans yang baik
Peralihan secara beransur-ansur daripada pandu gelombang kepada ruang bebas boleh mengurangkan pantulan dan menyokong VSWR yang rendah.
Keuntungan sederhana hingga tinggi
Saiz apertur dan panjang hon yang berbeza boleh direka bentuk untuk memberikan tahap gandaan yang berbeza.
Struktur yang agak mudah
Berbanding dengan banyak seni bina antena bergain tinggi yang kompleks, hon konvensional adalah mudah dan teguh secara mekanikal.
Sesuai untuk pengukuran frekuensi tinggi
Seni bina berasaskan pandu gelombang mereka menjadikan antena hon amat berharga dalam sistem pengukuran gelombang mikro dan milimeter.
7. Pertimbangan dan Had Reka Bentuk
Antena hon juga melibatkan beberapa pertukaran kejuruteraan.
Gain yang lebih tinggi biasanya memerlukan apertur elektrik yang lebih besar, yang boleh meningkatkan dimensi fizikal antena.
Hubungan antara saiz apertur, panjang hon dan sudut suar juga mesti dikawal dengan teliti untuk mengekalkan taburan fasa yang boleh diterima merentasi apertur.
Pada frekuensi yang sangat tinggi, ketepatan pemesinan, kualiti permukaan, dimensi pandu gelombang dan penjajaran bebibir menjadi semakin penting kerana ralat mekanikal yang agak kecil pun boleh mewakili sebahagian besar panjang gelombang.
Oleh itu, jurutera perlu menilai bukan sahaja julat gandaan dan frekuensi, tetapi juga:
VSWR, pengkutuban, prestasi pengkutuban silang, lebar pancaran, aras cuping sisi, antara muka RF, pengendalian kuasa dan toleransi mekanikal.
8. Aplikasi Antena Hon
Disebabkan oleh sinaran berarah, ciri-ciri stabil dan keserasian dengan sistem pandu gelombang, antena hon digunakan secara meluas dalam:
- Pengukuran gandaan antena
- Pengukuran corak sinaran
- Ujian EMC dan EMI
- Sistem radar
- Komunikasi gelombang mikro dan gelombang milimeter
- Pengujian antena satelit
- Mencari arah dan pengawasan
- Pengukuran ruang anekoik
- Suapan antena reflektor
- Sistem penyelidikan dan makmal RF
- Aplikasi antena penentukuran dan rujukan
Reka bentuk hon jalur lebar juga boleh menyediakan lebar jalur operasi yang luas untuk sistem pengukuran dan pemantauan. Contohnya, antena hon jalur lebar 18–40 GHz RF MISO ditentukan untuk aplikasi termasuk ujian gelombang mikro, pengukuran antena, ujian antena satelit, pencarian arah, pengawasan dan pengukuran berkaitan EMC.
Kesimpulan
Antena hon mengubah gelombang elektromagnet berpandu kepada sinaran ruang bebas berarah melalui apertur pandu gelombang yang mengembang secara beransur-ansur.
Gabungannyapemadanan impedans yang baik, sinaran berarah, ciri-ciri pancaran yang boleh diramal, gandaan berguna dan pembinaan yang agak mudahtelah menjadikan hon sebagai salah satu struktur antena yang paling penting dalam kejuruteraan gelombang mikro dan milimeter.
Daripada tanduk sektoral dan piramid kepada reka bentuk kon dan jalur lebar, struktur yang berbeza boleh dioptimumkan untuk julat frekuensi tertentu, keperluan polarisasi, tahap gandaan dan persekitaran pengukuran.
Bagi jurutera yang memilih antena hon, julat frekuensi hanyalah titik permulaan. Gain, VSWR, lebar pancaran, polarisasi, pandu gelombang atau antara muka sepaksi, pengendalian kuasa dan dimensi mekanikal semuanya harus dinilai mengikut keperluan sistem RF yang lengkap.
Masa siaran: 21 Ogos 2026
