માઇક્રોવેવ અને મિલિમીટર-વેવ એન્જિનિયરિંગમાં હોર્ન એન્ટેના સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ડાયરેક્શનલ એન્ટેનામાંના એક છે. તેમની સરળ યાંત્રિક રચના, અનુમાનિત કિરણોત્સર્ગ લાક્ષણિકતાઓ, પ્રમાણમાં ઓછું પ્રતિબિંબ અને મધ્યમથી ઉચ્ચ લાભ પ્રાપ્ત કરવાની ક્ષમતા તેમને એન્ટેના માપન, EMC પરીક્ષણ, રડાર, સંચાર પ્રણાલીઓ, ફીડ સિસ્ટમ્સ અને RF પ્રયોગશાળાઓમાં મૂલ્યવાન બનાવે છે.
હોર્ન એન્ટેનાને મૂળભૂત રીતે a તરીકે ગણી શકાયધીમે ધીમે ભડકતા છિદ્ર સાથે વેવગાઇડ. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને વેવગાઇડથી મુક્ત જગ્યામાં અચાનક સંક્રમણનો સામનો કરવા દેવાને બદલે, ભડકતો વિભાગ વધુ ક્રમિક પરિવર્તન પૂરું પાડે છે. આ અવબાધ મેચિંગને સુધારવામાં મદદ કરે છે અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાને નિયંત્રિત રેડિયેશન બીમમાં દિશામાન કરે છે.
વેવગાઇડ ભૂમિતિ અને છિદ્ર કઈ દિશામાં વિસ્તૃત થાય છે તેના આધારે, હોર્ન એન્ટેનાને અનેક સ્વરૂપોમાં ડિઝાઇન કરી શકાય છે, જેમાં શામેલ છેસેક્ટોરલ શિંગડા, પિરામિડલ શિંગડા અને શંકુ આકારના શિંગડા. મૂળ સંદર્ભ લેખ હોર્ન એન્ટેના સ્ટ્રક્ચર્સના મુખ્ય પરિચય તરીકે આ ત્રણ રૂપરેખાંકનોનો ઉપયોગ કરે છે.
1. હોર્ન એન્ટેના કેવી રીતે કામ કરે છે?
વેવગાઇડ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાને વાહક માળખામાં મર્યાદિત કરે છે. જ્યારે માર્ગદર્શિત તરંગ ખુલ્લા છેડા સુધી પહોંચે છે, ત્યારે ઊર્જાનો એક ભાગ મુક્ત અવકાશમાં ફેલાય છે, જ્યારે એક ભાગ તરંગગાઇડ અને મુક્ત-અવકાશ અવરોધો વચ્ચેના સંક્રમણને કારણે પ્રતિબિંબિત થઈ શકે છે.
હોર્ન એન્ટેના છિદ્ર તરફ વેવગાઇડ ક્રોસ સેક્શનને ધીમે ધીમે વધારીને આ સંક્રમણની અચાનકતાને ઘટાડે છે.
જેમ જેમ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ ભડકેલા વિભાગમાંથી ફેલાય છે, તેમ તેમ ક્ષેત્ર મોટા છિદ્ર પર વિસ્તરે છે. પછી છિદ્ર મુક્ત જગ્યામાં ફેલાય છે અને દિશાત્મક બીમ ઉત્પન્ન કરે છે.
તેથી, જ્વાળા બે મહત્વપૂર્ણ હેતુઓ પૂરા પાડે છે:
- તે વેવગાઇડ અને ખાલી જગ્યા વચ્ચે સરળ સંક્રમણ પૂરું પાડે છે.
- તે અસરકારક રેડિયેટિંગ એપરચર વધારે છે, જેનાથી વધુ ડાયરેક્ટિવિટી અને ગેઇન મળે છે.
એ નોંધવું મહત્વપૂર્ણ છે કે હોર્ન કરે છેપ્રતિબિંબ અથવા સ્થાયી તરંગોને સંપૂર્ણપણે દૂર કરશો નહીં. તેના બદલે, યોગ્ય રીતે ડિઝાઇન કરાયેલ હોર્ન પ્રતિબિંબ ઘટાડી શકે છે અને સારી અવબાધ મેચિંગ પ્રદાન કરી શકે છે, જે સામાન્ય રીતે પ્રમાણમાં ઓછા VSWR માં પ્રતિબિંબિત થાય છે.
આકૃતિ 1. ધીમે ધીમે ભડકતા વેવગાઇડ છિદ્ર સાથે લાક્ષણિક હોર્ન એન્ટેના.
2. હોર્ન એન્ટેનાની ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સી
હોર્ન એન્ટેનામાં એક સાર્વત્રિક આવર્તન શ્રેણી હોતી નથી.
તેમની ઓપરેટિંગ આવર્તન મોટે ભાગે દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છેવેવગાઇડ પરિમાણો, વેવગાઇડ મોડ, છિદ્ર ભૂમિતિ, ફીડ માળખું અને હેતુવાળી બેન્ડવિડ્થ.
પરંપરાગત હોર્ન એન્ટેના ખાસ કરીને માઇક્રોવેવ અને મિલિમીટર-વેવ ફ્રીક્વન્સીઝ પર સામાન્ય છે કારણ કે તરંગલંબાઇ ઘટતા વેવગાઇડ પરિમાણો વ્યવહારુ બને છે. જો કે, ખાસ ડિઝાઇન કરાયેલ બ્રોડબેન્ડ હોર્ન સ્ટ્રક્ચર્સ ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર પણ કાર્ય કરી શકે છે, જ્યારે ચોકસાઇ વેવગાઇડ હોર્ન મિલિમીટર-વેવ અને સબ-THz બેન્ડમાં સારી રીતે વિસ્તરી શકે છે.
ઉદાહરણ તરીકે, હોર્ન એન્ટેના ડિઝાઇન સેંકડો-મેગાહર્ટ્ઝ રેન્જથી લઈને 100 GHz થી ઉપર સુધી મળી શકે છે. RF MISO હાલમાં બ્રોડબેન્ડ હોર્ન ગોઠવણીઓ પ્રદાન કરે છે જે અહીંથી કાર્યરત છે૩૦૦–૭૫૦ મેગાહર્ટ્ઝ, તેમજ શંકુ આકારના હોર્ન એન્ટેના આવરણ૨૨૦–૩૨૫ ગીગાહર્ટ્ઝ, આ એન્ટેના પરિવારનો વ્યવહારુ આવર્તન અવકાશ કેટલો વ્યાપક હોઈ શકે છે તે દર્શાવે છે.
3. હોર્ન એન્ટેનાના મુખ્ય પ્રકારો
૩.૧ સેક્ટરલ હોર્ન એન્ટેના
જ્યારે એક લંબચોરસ વેવગાઇડ ફક્ત એક જ પ્લેનમાં ભડકે છે ત્યારે સેક્ટોરલ હોર્ન ઉત્પન્ન થાય છે.
જો વેવગાઇડને માં વિસ્તૃત કરવામાં આવે તોઈ-પ્લેન, રચનાને એક કહેવામાં આવે છેઇ-પ્લેન સેક્ટોરલ હોર્ન. જો વિસ્તરણ થાય તોએચ-પ્લેન, તેને એક કહેવામાં આવે છેએચ-પ્લેન સેક્ટોરલ હોર્ન.
કારણ કે છિદ્ર પરિમાણ ફક્ત એક જ સમતલમાં વધે છે, તે અનુરૂપ સમતલમાં બીમ આકાર વધુ સ્પષ્ટ થાય છે.
૩.૨ પિરામિડલ હોર્ન એન્ટેના
જ્યારે ઇ-પ્લેન અને એચ-પ્લેન બંને દિશામાં લંબચોરસ વેવગાઇડ ભડકે છે ત્યારે પિરામિડલ હોર્ન બને છે.
પરિણામી માળખું કાપેલા પિરામિડ જેવું લાગે છે અને બંને પરિમાણોમાં છિદ્ર વિસ્તરણ પૂરું પાડે છે.
પિરામિડલ શિંગડાનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છેસ્ટાન્ડર્ડ ગેઇન હોર્ન અને રેફરન્સ એન્ટેનાકારણ કે તેમના ગેઇન અને રેડિયેશન પેટર્નને ચોક્કસ રીતે દર્શાવી શકાય છે.
ઉદાહરણ તરીકે, RF MISO, અસંખ્ય માઇક્રોવેવ અને મિલિમીટર-વેવ બેન્ડમાં સ્ટાન્ડર્ડ ગેઇન હોર્ન એન્ટેના ઓફર કરે છે. તેના WR10 સ્ટાન્ડર્ડ ગેઇન હોર્ન પરિવારમાં ઓપરેટિંગ મોડેલ્સનો સમાવેશ થાય છે૭૫ થી ૧૧૦ ગીગાહર્ટ્ઝ, ઉલ્લેખિત ગેઇન, VSWR, ધ્રુવીકરણ અને બીમવિડ્થ લાક્ષણિકતાઓ સાથે.
૩.૩ કોનિકલ હોર્ન એન્ટેના
શંકુ આકારનું શિંગડું સામાન્ય રીતે ગોળાકાર વેવગાઇડને ગોળાકાર છિદ્ર તરફ ધીમે ધીમે વિસ્તૃત કરીને રચાય છે.
લંબચોરસ વેવગાઇડમાંથી ઉદ્ભવતા પિરામિડલ હોર્નથી વિપરીત, શંકુ આકારના હોર્નમાં પરિભ્રમણ સપ્રમાણ ભૂમિતિ હોય છે.
કોનિકલ હોર્ન એન્ટેનાનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે માઇક્રોવેવ, મિલિમીટર-વેવ, ફીડ અને માપન એપ્લિકેશનોમાં થાય છે. ફીડ સ્ટ્રક્ચર અને ધ્રુવીકરણ નેટવર્કના આધારે, તેઓ વધુ વિશિષ્ટ ધ્રુવીકરણ રૂપરેખાંકનોને પણ સમર્થન આપી શકે છે.
આકૃતિ 2. લાક્ષણિક હોર્ન એન્ટેના રૂપરેખાંકનો: ઇ-પ્લેન સેક્ટરલ, એચ-પ્લેન સેક્ટરલ, પિરામિડલ અને શંકુ આકારના હોર્ન.
4. ફ્લેર એંગલ, એપરચરનું કદ અને હોર્ન લંબાઈ
હોર્નની ભૂમિતિ તેના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રભાવ પર સીધી અસર કરે છે.
ત્રણ મહત્વપૂર્ણ ડિઝાઇન પરિમાણો છે:
ફ્લેર એંગલ, બાકોરું કદ અને હોર્ન લંબાઈ.
મોટું બાકોરું સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ દિશા અને સાંકડું બીમ પ્રદાન કરી શકે છે, પરંતુ ફક્ત ફ્લેર એંગલ વધારવાથી આપમેળે વધુ સારું પ્રદર્શન થતું નથી.
જો આપેલ છિદ્ર કદ માટે હોર્ન ખૂબ ટૂંકું હોય, તો છિદ્રમાં અતિશય તબક્કાની વિવિધતા દેખાઈ શકે છે. આ છિદ્ર કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે અને રેડિયેશન પેટર્નને બગાડી શકે છે.
તેનાથી વિપરીત, હોર્નને વધુ પડતું લાંબુ બનાવવાથી યાંત્રિક કદ અને વજનમાં વધારો થાય છે, પરંતુ કામગીરીમાં પ્રમાણસર સુધારો થતો નથી.
તેથી, હોર્ન ડિઝાઇનમાં સંતુલન શામેલ છે:
- બાકોરું કદ
- ફ્લેર એંગલ
- લંબાઈ
- તબક્કા ભૂલ
- ગેઇન
- બીમવિડ્થ
- યાંત્રિક પરિમાણો
5. રેડિયેશન પેટર્ન અને બીમ લાક્ષણિકતાઓ
હોર્ન એન્ટેના સામાન્ય રીતે દિશાત્મક રેડિએટર્સ હોય છે.
ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જા મુખ્યત્વે છિદ્ર દ્વારા આગળની દિશામાં કેન્દ્રિત થાય છે, જે સાઇડલોબ્સ સાથે સ્પષ્ટ રીતે વ્યાખ્યાયિત મુખ્ય બીમ ઉત્પન્ન કરે છે.
બે રેડિયેશન પેટર્ન કટ ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે:
- ઇ-પ્લેન રેડિયેશન પેટર્ન
- એચ-પ્લેન રેડિયેશન પેટર્ન
આ૩ ડીબી બીમવિડ્થસામાન્ય રીતે બે બિંદુઓ વચ્ચેના મુખ્ય બીમની કોણીય પહોળાઈનું વર્ણન કરવા માટે વપરાય છે જ્યાં રેડિયેટેડ પાવર તેના મહત્તમ મૂલ્યથી 3 ડીબી નીચે આવે છે.
સામાન્ય રીતે, તરંગલંબાઇની તુલનામાં અસરકારક છિદ્ર વધારવાથી દિશા વધે છે અને બીમ સાંકડી થાય છે.
આ સંબંધ વ્યવહારુ મિલિમીટર-વેવ હોર્ન એન્ટેનામાં પણ જોઈ શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, RF MISO ના 75–110 GHz સ્ટાન્ડર્ડ ગેઇન હોર્ન ગેઇન અને VSWR ડેટા સાથે E-પ્લેન અને H-પ્લેન બીમવિડ્થ લાક્ષણિકતાઓનો ઉલ્લેખ કરે છે.
આકૃતિ 3. હોર્ન એપરચર દ્વારા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ વિસ્તરણ અને કિરણોત્સર્ગનું ચિત્ર.
6. હોર્ન એન્ટેનાના ફાયદા
હોર્ન એન્ટેના RF અને માઇક્રોવેવ સિસ્ટમ માટે ઘણા ફાયદા આપે છે:
સારી દિશાનિર્દેશકતા
મોટું છિદ્ર આગળની દિશા તરફ કિરણોત્સર્ગને કેન્દ્રિત કરે છે.
અનુમાનિત કિરણોત્સર્ગ લાક્ષણિકતાઓ
સારી રીતે ડિઝાઇન કરેલા હોર્ન એન્ટેના સ્થિર અને સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત ઇ-પ્લેન અને એચ-પ્લેન પેટર્ન પ્રદાન કરી શકે છે.
સારી અવબાધ મેચિંગ
વેવગાઇડથી મુક્ત જગ્યામાં ક્રમિક સંક્રમણ પ્રતિબિંબ ઘટાડી શકે છે અને નીચા VSWR ને ટેકો આપી શકે છે.
મધ્યમથી ઊંચો લાભ
વિવિધ ગેઇન લેવલ પ્રદાન કરવા માટે વિવિધ છિદ્ર કદ અને હોર્ન લંબાઈ ડિઝાઇન કરી શકાય છે.
પ્રમાણમાં સરળ રચના
ઘણા જટિલ હાઇ-ગેઇન એન્ટેના આર્કિટેક્ચરની તુલનામાં, પરંપરાગત હોર્ન યાંત્રિક રીતે સીધા અને મજબૂત હોય છે.
ઉચ્ચ-આવર્તન માપન માટે યોગ્ય
તેમની વેવગાઇડ-આધારિત આર્કિટેક્ચર હોર્ન એન્ટેનાને માઇક્રોવેવ અને મિલિમીટર-વેવ માપન પ્રણાલીઓમાં ખાસ કરીને મૂલ્યવાન બનાવે છે.
7. ડિઝાઇન વિચારણાઓ અને મર્યાદાઓ
હોર્ન એન્ટેનામાં અનેક એન્જિનિયરિંગ ટ્રેડ-ઓફ પણ સામેલ છે.
વધુ ગેઇન માટે સામાન્ય રીતે મોટા વિદ્યુત છિદ્રની જરૂર પડે છે, જે એન્ટેનાના ભૌતિક પરિમાણોમાં વધારો કરી શકે છે.
છિદ્રના કદ, હોર્ન લંબાઈ અને ફ્લેર એંગલ વચ્ચેના સંબંધને પણ કાળજીપૂર્વક નિયંત્રિત કરવો આવશ્યક છે જેથી છિદ્રમાં સ્વીકાર્ય તબક્કા વિતરણ જાળવી શકાય.
ખૂબ ઊંચી ફ્રીક્વન્સીઝ પર, મશીનિંગ ચોકસાઈ, સપાટીની ગુણવત્તા, વેવગાઇડ પરિમાણો અને ફ્લેંજ ગોઠવણી વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ બની જાય છે કારણ કે પ્રમાણમાં નાની યાંત્રિક ભૂલો પણ તરંગલંબાઇના નોંધપાત્ર અંશનું પ્રતિનિધિત્વ કરી શકે છે.
તેથી, ઇજનેરોએ ફક્ત ગેઇન અને ફ્રીક્વન્સી રેન્જનું જ નહીં, પણ:
VSWR, ધ્રુવીકરણ, ક્રોસ-ધ્રુવીકરણ પ્રદર્શન, બીમવિડ્થ, સાઇડલોબ સ્તર, RF ઇન્ટરફેસ, પાવર હેન્ડલિંગ અને યાંત્રિક સહિષ્ણુતા.
8. હોર્ન એન્ટેનાના ઉપયોગો
તેમના દિશાત્મક કિરણોત્સર્ગ, સ્થિર લાક્ષણિકતાઓ અને વેવગાઇડ સિસ્ટમ્સ સાથે સુસંગતતાને કારણે, હોર્ન એન્ટેનાનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે:
- એન્ટેના ગેઇન માપન
- રેડિયેશન પેટર્ન માપન
- EMC અને EMI પરીક્ષણ
- રડાર સિસ્ટમ્સ
- માઇક્રોવેવ અને મિલિમીટર-તરંગ સંચાર
- સેટેલાઇટ એન્ટેના પરીક્ષણ
- દિશા શોધ અને દેખરેખ
- એનેકોઇક ચેમ્બર માપન
- રિફ્લેક્ટર એન્ટેના ફીડ્સ
- આરએફ સંશોધન અને પ્રયોગશાળા પ્રણાલીઓ
- કેલિબ્રેશન અને સંદર્ભ એન્ટેના એપ્લિકેશનો
બ્રોડબેન્ડ હોર્ન ડિઝાઇન માપન અને દેખરેખ પ્રણાલીઓ માટે વિશાળ ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થ પણ પ્રદાન કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, RF MISO ના 18-40 GHz બ્રોડબેન્ડ હોર્ન એન્ટેના માઇક્રોવેવ પરીક્ષણ, એન્ટેના માપન, સેટેલાઇટ એન્ટેના પરીક્ષણ, દિશા શોધ, દેખરેખ અને EMC-સંબંધિત માપન સહિત એપ્લિકેશનો માટે નિર્દિષ્ટ છે.
નિષ્કર્ષ
હોર્ન એન્ટેના ધીમે ધીમે વિસ્તરતા વેવગાઇડ છિદ્ર દ્વારા માર્ગદર્શિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગને દિશાત્મક મુક્ત-અવકાશ રેડિયેશનમાં પરિવર્તિત કરે છે.
તેનું સંયોજનસારી અવબાધ મેચિંગ, દિશાત્મક કિરણોત્સર્ગ, અનુમાનિત બીમ લાક્ષણિકતાઓ, ઉપયોગી લાભ અને પ્રમાણમાં સરળ બાંધકામમાઇક્રોવેવ અને મિલિમીટર-વેવ એન્જિનિયરિંગમાં હોર્નને સૌથી મહત્વપૂર્ણ એન્ટેના માળખામાંનું એક બનાવ્યું છે.
સેક્ટોરલ અને પિરામિડલ હોર્નથી લઈને કોનિકલ અને બ્રોડબેન્ડ ડિઝાઇન સુધી, ચોક્કસ ફ્રીક્વન્સી રેન્જ, ધ્રુવીકરણ જરૂરિયાતો, ગેઇન લેવલ અને માપન વાતાવરણ માટે વિવિધ માળખાંને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે.
હોર્ન એન્ટેના પસંદ કરતા એન્જિનિયરો માટે, ફ્રીક્વન્સી રેન્જ ફક્ત શરૂઆતનો બિંદુ છે. ગેઇન, VSWR, બીમવિડ્થ, ધ્રુવીકરણ, વેવગાઇડ અથવા કોએક્સિયલ ઇન્ટરફેસ, પાવર હેન્ડલિંગ અને યાંત્રિક પરિમાણોનું મૂલ્યાંકન સંપૂર્ણ RF સિસ્ટમની જરૂરિયાતો અનુસાર થવું જોઈએ.
પોસ્ટ સમય: ઓગસ્ટ-21-2026
