हॉर्न एंटीना क्या है: 9 महत्वपूर्ण अवधारणाएं

छवि क्रेडिट: श्वार्ज़बेक मेस-इलेक्ट्रॉनिक, श्वार्जबेक बीबीएचए 9120 डी, सीसी द्वारा एसए 3.0

चर्चा के लिए अंक: हॉर्न एंटीना

• परिचय
• हॉर्न एंटीना का उपयोग
• हॉर्न एंटीना के प्रकार और हॉर्न एंटीना के प्रकार
• सींग एंटीना डिजाइन
• सींग एंटीना की दिशा
• हॉर्न एंटीना रेडिएशन पैटर्न
• हॉर्न एंटीना का लाभ
• सींग का एंटीना
• हॉर्न एंटीना से संबंधित कुछ गणितीय समस्याएं

परिचय

एक सींग एंटीना को परिभाषित करने के लिए, हमें एंटीना की उचित परिभाषा पता होनी चाहिए। एंटेना की आईईईई मानक परिभाषा के अनुसार,

"एक एंटीना रेडियो तरंगों को विकिरण या प्राप्त करने का एक साधन है"।

हॉर्न एंटीना एपर्चर एंटीना का सबसे लोकप्रिय प्रकार है। एपर्चर एंटेना विशेष रूप से माइक्रोवेव आवृत्तियों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इस प्रकार के एपर्चर एंटेना का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और किसी भी प्रकार के अलावा अन्य सबसे अलौकिक हैं।

हालांकि हॉर्न एंटेना का उपयोग 1800 के दशक में शुरू किया गया था, लेकिन तेजी से आवेदन 1930 के दशक में बनाया गया था। इस समय के दौरान इन एंटेना में भी भारी संशोधन हुआ था। हॉर्न-एंटीना के डिजाइन का वर्णन करने, हॉर्न-एंटीना के विकिरण पैटर्न का पता लगाने और विभिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोगों का वर्णन करने के लिए कई थीसिस और शोध किए गए। माइक्रोवेव में अनुप्रयोग और वेवगाइड ट्रांसमिशन डोमेन ने हॉर्न एंटेना को प्रसिद्ध बना दिया। इसीलिए हॉर्न-एंटेना की व्याख्या अक्सर माइक्रोवेव हॉर्न-एंटीना के रूप में की जाती है।

ट्रांसमिशन लाइन क्या है? यह एंटीना से कैसे संबंधित है? यहां जानिए!

हॉर्न एंटीना का उपयोग

हॉर्न-एंटेना में प्रभावशाली रेडियो खगोल विज्ञान, उपग्रह ट्रैकिंग, संचार व्यंजन और कई अन्य स्थानों के लिए फ़ीड तत्वों के रूप में प्रभावशाली अनुप्रयोग पाए गए हैं। यह परावर्तक और लेंस के लिए एक फ़ीड के रूप में उपयोग किया जाता है और चरणबद्ध सरणियों में भी उपयोग किया जाता है। इन एंटेना को विभिन्न प्रकार के एपर्चर एंटेना पर पसंद किया जाता है, क्योंकि इसकी निष्पक्ष और सीधी डिजाइन, बेहतर लाभ, बहुमुखी प्रतिभा और समग्र प्रदर्शन।

एक सींग एंटीना के तत्व

हॉर्न एंटीना विभिन्न डिजाइनों का एक गूंजने वाला पाइप होता है, जिसे बड़ा उद्घाटन करने के लिए आकार दिया जा सकता है। ऐन्टेना का समग्र प्रदर्शन दिशा, शंकु की मात्रा, प्रत्यक्षता से प्रभावित होता है।

हॉर्न एंटीना के प्रकार

ऑपरेशन के लिए हॉर्न-एंटेना के अलग-अलग रूप हैं। वो हैं -

· सेक्टोरल हॉर्न एंटीना

• ई प्लेन
• एच विमान

· पिरामिड हॉर्न एंटीना

· शंक्वाकार हॉर्न एंटीना

· नालीदार सींग एंटीना

· विकर्ण सींग का एंटीना

· सींग वाला एंटीना

· दोहरे मोड शंक्वाकार हॉर्न एंटीना

· सेप्टम हॉर्न एंटीना

· एपर्चर-सीमित हॉर्न एंटीना

हॉर्न एंटीना डिजाइन (पिरामिड हॉर्न एंटीना)

पिरामिड हॉर्न-एंटीना हॉर्न-एंटीना का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला और लोकप्रिय प्रकार है। इसे एक मानक लाभ सींग के रूप में जाना जाता है (यही कारण है कि हम वर्णन करने के लिए पिरामिड हॉर्न चुनते हैं)। पिरामिड हॉर्न का रेडिएशन पैटर्न E- और H- सेक्टोरल हॉर्न-एंटेना का संयोजन है। आइए हम पिरामिड-हॉर्न-एंटीना के डिजाइन पर चर्चा करें।

डिजाइन की प्रक्रिया

• डिजाइनर / इंजीनियर को लाभ (G) जानना चाहिए₀) साथ ही चतुर्भुज के 'ए', 'बी' की माप वेवगाइड (फ़ीड के रूप में प्रयुक्त) ज्ञात होना चाहिए।  
• डिजाइनिंग का उद्देश्य आयामों को प्राप्त करना है जैसे - ए₁, बी₁,_e,_h, पी_e, पी_h। गणना को डिजाइनर को सींग-एंटीना के इष्टतम लाभ तक ले जाना चाहिए।
• ए 1 और बी 1 का चयन भी एक निर्देशित तरीके से होना चाहिए ताकि वे इष्टतम लाभ खोजने में मदद करें, और हम डिजाइन समीकरणों को प्राप्त कर सकें।
• हॉर्न-एंटिना सहित एपर्चर की दक्षता लगभग 50% है। अब, हम जानते हैं कि -

a₁ 3 XNUMX (XNUMXλρ)₂)

b₁ 2 XNUMX (XNUMXλρ)₁)

निर्देशन के रूप में दिया गया है - डी₀

D₀ = ए_em [४ [/ λ²]

A_em अधिकतम प्रभावी क्षेत्र है और इसका भौतिक क्षेत्र के साथ संबंध है (संक्षिप्त रूप में ए_p).

A_em =_ap A_p

ε_ap एपर्चर दक्षता है, 0 ε_ap ≤ 1

लाभ = जी₀

G₀ = (1/2) * (4π / λ)²) * (ए₁ b₁)

या, जी₀ = (2 / λ²) * 3 (XNUMXλρ)₂) * 2 (XNUMXλρ)₁)

या, जी₀ ≈ (2π /²) * 3 (XNUMXλρ)_h *2λρ_e) - (1)

जैसा कि हम मानते हैं₂ मैं_h और ρ₁ मैं_e लंबे सींग-एंटेना के लिए।

अब, शारीरिक सींग को महसूस करने के लिए- एंटीना, पी_e और पी_h बराबर होना चाहिए।

हम जानते हैं कि,

P_e = (बी)₁ - बी) [(ρ_e / बी₁)² - ¼]^1/2

P_h = (ए₁ - ए) [(ρ_h / ए₁)² - ¼]^1/2

अब, हम नीचे के रूप में समीकरण (1) को फिर से लिख सकते हैं।

[[(2√) - बी / λ]² (2 (-1) = [{(जी₀ / 2 /) * √ (3 / 2π√χ)} - (ए / λ)]² * [(जी₀² / 6 /³χ) - 1] - (2)

कहा पे,

ρ_e / λ = χ और,

ρ_h / λ = जी₀² / 8 /³χ

समीकरण (2) को सींग-एंटीना डिजाइन समीकरण के रूप में जाना जाता है।

हॉर्न एंटीना की दिशा

इससे पहले कि हम हॉर्न-एंटिना की डायरेक्टिविटी का पता लगाते हैं, आइए जानते हैं एंटीना की डायरेक्टिविटी? एक ऐन्टेना की प्रत्यक्षता को ऐन्टेना की विकिरण की तीव्रता के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो सभी दिशाओं में औसत विकिरण की तीव्रता के लिए होता है। एंटीना की योग्यता के आंकड़े की गणना के लिए दिशा को एक पैरामीटर माना जाता है।

निम्नलिखित गणितीय अभिव्यक्ति प्रत्यक्षता का वर्णन करती है।

डी = यू / यू₀ = 4 =U / पी_रेड

जब दिशा नहीं दी जाती है, तो डिफ़ॉल्ट दिशा अधिकतम विकिरण तीव्रता की दिशा है।

D_{मैक्स} = डी₀ = यू_{मैक्स} / यू₀ = 4 =U_{मैक्स} / पी_रेड

यहाँ, 'D' डायरेक्टिविटी है, और इसकी कोई दिशा नहीं है क्योंकि यह एक अनुपात है। यू विकिरण की तीव्रता है। यू_{मैक्स} अधिकतम विकिरण की तीव्रता है। यू₀ आइसोट्रोपिक स्रोत की विकिरण तीव्रता है। पी_रेड कुल विकीर्ण शक्ति है। इसकी इकाई वाट (डब्ल्यू) है।

जैसा कि पहले कहा गया था, सींग-एंटीना तीन प्रकार के होते हैं। सभी वर्गों के पास अलग-अलग निर्देशन है। आइए हम उन सभी पर चर्चा करें।

ई-प्लेन सेक्टोरल हॉर्न

निम्नलिखित अभिव्यक्ति ई-प्लेन हॉर्न-एंटीना की प्रत्यक्षता देती है।

D_E = 4 =U_{मैक्स} /P_रेड = (64aXNUMX)₁ * एफ (टी) | ²) / πλ बी₁

कहाँ | एफ (टी) | = [सी²b₁ / Λ (2λρ)₁) + स²b₁ / Λ (2λρ)₁)]

एच-प्लेन सेक्टोरल हॉर्न

निम्नलिखित अभिव्यक्ति एच-प्लेन सेक्टोरल हॉर्न-एंटीना की प्रत्यक्षता देती है।

D_H = 4 =U_{मैक्स} /P_रेड = [4ρbρ₂ /a₁ λ] * {[सी (यू) - सी (वी)]² + [एस (यू) - एस (वी)]²}

कहा पे,

u = (1 / √2) * [{(λρ)₂)/ए₁ + A₁/ / (Λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{(λρ)₂)/ए₁ - एक₁/ / (Λρ₂)}]

पिरामिड हॉर्न एंटीना

पिरामिड हॉर्न- एंटीना की प्रत्यक्षता E & H प्लेन सेक्टोरल हॉर्न की डायरेक्टिविटी दोनों पर निर्भर करती है। समीकरण नीचे दिया गया है।

D_P = 4 =U_{मैक्स} /P_रेड = [8πXNUMX₁ρ₂ /a₁b₁] * {[C (u) - C (v)]² + [एस (यू) - एस (वी)]²} * {[सी²b₁ / Λ (2λρ)₁) + स²b₁ / Λ (2λρ)₁)]}

इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है -

D_P = [λ λ² / 32ab] * डी_ED_H

हॉर्न एंटीना रेडिएशन पैटर्न

विकिरण पैटर्न किसी भी विद्युत चुम्बकीय स्रोत से रेडियो तरंगों की ताकत का कोणीय निर्भरता है। नीचे की छवि एक पिरामिड हॉर्न-एंटीना के विकिरण पैटर्न को दिखाती है।

हॉर्न एंटीना विकिरण पैटर्न को दर्शाने वाली छवि

हॉर्न एंटीना गेन

ऐन्टेना के आइसोटोपिक रूप से विकिरणित होने पर ऐन्टेना का लाभ किसी विशेष दिशा में तीव्रता के अनुपात के रूप में संदर्भित होता है। यह ऐन्टेना के प्रदर्शन को मापने के लिए एक आवश्यक पैरामीटर है और ऐन्टेना की प्रत्यक्षता के साथ निकट संबंध है। एक हॉर्न-एंटीना का लाभ लगभग 25 डीबीआई है और रेंज आमतौर पर 10 - 20 डीबीआई है।

सींग का एंटीना

एंटीना बैंडविड्थ आउटलाइन सर्वोच्च के रिवर्स साइड पर दो मिलान बिंदुओं के बीच कोणीय दूरी है। यदि प्रक्रिया की आवृत्ति बढ़ जाती है, तो हॉर्न-एंटीना बीमवर्क कम हो जाता है।

एक व्यावहारिक हॉर्न-एंटीना की बैंडविड्थ 10: 1 से 20: 1 की सीमा में रहती है।

हॉर्न एंटीना से संबंधित कुछ गणितीय समस्याएं

1. ई-प्लेन सेक्टोरल हॉर्न-एंटीना की प्रत्यक्षता का पता लगाएं। एंटीना के लिए विवरण नीचे दिया गया है। ए = 0.5λ, बी = 0.25λ, बी₁ = 6λ,₁ = 6 λ

उपाय:

b₁ / Λ (2λρ)₁) = 6λ / √ (2λ * 6λ) = 6 / =12 = 1.73

फ्रेसेल इंटीग्रल चार्ट का एक हिस्सा; छवि क्रेडिट - ए। वान WIJNGAARDEN और WL SCHEEN

अब, [C (1.73)]² = (0.32)² = 0.1024 [फ्रेसेल इंटीग्रल के चार्ट से]

और, [एस (1.73)]² = (0.54)² = 0.2916 [फ्रेसेल इंटीग्रल के चार्ट से]

हम जानते हैं कि, डी_E = 4 =U_{मैक्स} /P_रेड = (64aXNUMX)₁ * एफ (टी) | ²) / πλb₁

कहाँ | एफ (टी) | = [सी²b₁ / Λ (2λρ)₁) + स²b₁ / Λ (2λρ)₁)]

D_E = [{64 (0.5) * 6 * (0.1024 + 0.2916)} / 6 XNUMX]

या, डी_E = 4.01 डीबी।

तो, दिए गए ई-प्लेन सेक्टोरल हॉर्न-एंटीना की प्रत्यक्षता 4.01 डीबी है।

2. एच-प्लेन सेक्टोरल हॉर्न-एंटीना की प्रत्यक्षता का पता लगाएं। एंटीना का विवरण नीचे दिया गया है। ए = 0.5λ, बी = 0.25λ, ए₁ = 6λ,₂ = 6 λ

उपाय:

हम जानते हैं कि,

u = (1 / √2) * [{(λρ)₂)/ए₁ + A₁/ / (Λρ₂)}]

v = (1 / √2) * [{(λρ)₂)/ए₁ - एक₁/ / (Λρ₂)}]

अब, यू = (1 / √2) * [{6 (6) / 6 + 6 / √ (2.02)} = = XNUMX

और, v = (1 / √2) * [{6 (6) / 6 - 6 / √ (1.44)}] = - XNUMX

फ्रेसेल इंटीग्रल का उपयोग करना,

सी (यू) = सी (2.02) = 0.48825

C (v) = C (-1.44) = -C (1.44) = - 0.54310

एस (यू) = एस (2.02) = 0.3434

S (v) = S (-1.44) = -S (1.44) = - 0.71353

हम जानते हैं कि एच-प्लेन सेक्टोरल हॉर्न- एंटीना की डायरेक्टिविटी है 

D_H = 4 =U_{मैक्स} /P_रेड = [4ρbρ₂ /a₁ λ] * {[सी (यू) - सी (वी)]² + [एस (यू) - एस (वी)]²}

या, डी_H = [4 * (0.25) 6/6] * [(0.488 + 0.543)² + (०.३४३ + ०.७१३)²]

या, डी_H = (3.141) * (1.0629 + 1.1151)

या, डी_H = 6.84 डीबी

तो, दिए गए एच-प्लेन सेक्टोरल हॉर्न-एंटीना की प्रत्यक्षता 6.84 डीबी है।

3. पिरामिड हॉर्न-एंटीना का डिजाइनिंग विवरण नीचे दिया गया है। ρ₂ = 6λ =₁ = 6λ; a = 0.5λ, b = 0.25λ; ए₁ = 6λ = बी₁ = 6λ; जांचें कि क्या व्यावहारिक हॉर्न-एंटीना उन विवरणों के साथ डिज़ाइन किया जा सकता है। इसके अलावा, पिरामिड सींग- एंटीना की प्रत्यक्षता का पता लगाएं।

उपाय:

            अब, ρ_e = λ √ ([६)²+ (६ / २)²] = 6.708

            और, ρ_h = λ √ ([६)²+ (६ / २)²] = 6.708

हम जानते हैं कि,

P_e = (बी)₁ - बी) [(ρ)_e / बी₁)² - ¼]^1/2

P_h = (ए₁ - ए) [(ρ_h / ए₁)² - ¼]^1/2

अब, पी_e = (6λ- 0.25λ) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.74 λ

और, पी_h = (6λ- 0.5λ) [(6.708 / 6)² - ¼]^1/2 = 5.12 λ

जैसा कि हम देख सकते हैं, पी_e P के बराबर नहीं है_h, इसलिए डिजाइन को लागू करना संभव नहीं है।

            हम जानते हैं कि पिरामिड हॉर्न-एंटीना की प्रत्यक्षता है 

D_P = [λ λ² / 32ab] * डी_ED_H

            अब, डी_P = [32. / 0.5 * (0.25) * (6.84)] * 4.01 * XNUMX]

            [D का मान_ED_उनके पहले गणना की गई है]

            या, डी_P = 21.54

            इसे dB मान में परिवर्तित करना, डी_P = 10log21.54 = 13.33 डीबी

तो, दिए गए पिरामिड हॉर्न-एंटिना की प्रत्यक्षता 13.33 डीबी है।

सुदीप्त रॉय

नमस्ते, मैं सुदीप्त रॉय हूं। मैंने इलेक्ट्रॉनिक्स में बी.टेक किया है। मैं इलेक्ट्रॉनिक्स उत्साही हूं और वर्तमान में इलेक्ट्रॉनिक्स और संचार के क्षेत्र के लिए समर्पित हूं। मुझे एआई और मशीन लर्निंग जैसी आधुनिक तकनीकों की खोज में गहरी रुचि है। मेरा लेखन सभी शिक्षार्थियों को सटीक और अद्यतन डेटा प्रदान करने के लिए समर्पित है। किसी को ज्ञान प्राप्त करने में मदद करने से मुझे बहुत खुशी मिलती है।
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