რქისებრი ანტენები მიკროტალღურ და მილიმეტრულ ტალღურ ინჟინერიაში ყველაზე ფართოდ გამოყენებულ მიმართულ ანტენებს შორისაა. მათი მარტივი მექანიკური სტრუქტურა, პროგნოზირებადი გამოსხივების მახასიათებლები, შედარებით დაბალი არეკვლა და საშუალოდან მაღალამდე გაძლიერების მიღწევის უნარი მათ ღირებულს ხდის ანტენის გაზომვის, ელექტრომაგნიტური თავსებადობის ტესტირების, რადარის, საკომუნიკაციო სისტემების, კვების სისტემებისა და რადიოსიხშირული ლაბორატორიებისთვის.
რქის ანტენა არსებითად შეიძლება ჩაითვალოს, როგორცტალღის გამტარი თანდათანობით გაფართოებული დიაფრაგმითელექტრომაგნიტური ტალღების ტალღგამტარიდან თავისუფალ სივრცეში მკვეთრი გადასვლის ნაცვლად, გაშლილი მონაკვეთი უფრო თანდათანობით ტრანსფორმაციას უზრუნველყოფს. ეს ხელს უწყობს წინაღობის შესაბამისობის გაუმჯობესებას და ელექტრომაგნიტური ენერგიის მეტ ნაწილს კონტროლირებად გამოსხივების სხივში მიმართავს.
ტალღის გამტარი გეომეტრიისა და აპერტურის გაფართოების მიმართულების მიხედვით, რქისებრი ანტენები შეიძლება რამდენიმე ფორმით იყოს დაპროექტებული, მათ შორისსექტორული რქები, პირამიდული რქები და კონუსური რქებიორიგინალურ სტატიაში გამოყენებულია ეს სამი კონფიგურაცია, როგორც რქისებრი ანტენის სტრუქტურების ძირითადი შესავალი.
1. როგორ მუშაობს რქის ანტენა?
ტალღგამტარი ელექტრომაგნიტურ ენერგიას გამტარი სტრუქტურის ფარგლებში ზღუდავს. როდესაც მართვადი ტალღა ღია ბოლოს აღწევს, ენერგიის ნაწილი თავისუფალ სივრცეში გამოსხივდება, ნაწილი კი შესაძლოა აირეკლოს ტალღგამტარსა და თავისუფალ სივრცეს შორის გადასვლის გამო.
რქისებრი ანტენა ამცირებს ამ გადასვლის მოულოდნელობას აპერტურისკენ ტალღის გამტარი განივი კვეთის თანდათანობითი გაზრდით.
ელექტრომაგნიტური ტალღის გაშლილ მონაკვეთში გავრცელებისას, ველი ფართოვდება უფრო დიდ აპერტურაზე. შემდეგ აპერტურა თავისუფალ სივრცეში გამოსხივდება და მიმართულებით მიმართულ სხივს წარმოქმნის.
ამრიგად, ფლერს ორი მნიშვნელოვანი დანიშნულება აქვს:
- ის უზრუნველყოფს გლუვ გადასვლას ტალღის გამტარსა და თავისუფალ სივრცეს შორის.
- ის ზრდის ეფექტურ გამოსხივების დიაფრაგმას, რაც უფრო მეტ ორიენტაციას და გაძლიერებას უზრუნველყოფს.
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ რქა აკეთებსსრულად არ გამორიცხავს ანარეკლებს ან მდგარ ტალღებსსამაგიეროდ, შესაბამისად დაპროექტებულ სიგნალს შეუძლია შეამციროს არეკვლა და უზრუნველყოს კარგი წინაღობის შესაბამისობა, რაც ჩვეულებრივ აისახება შედარებით დაბალ VSWR-ში.
სურათი 1. ტიპური რქისებრი ანტენა თანდათანობით გაფართოებული ტალღის გამტარი აპერტურით.
2. რქის ანტენების მუშაობის სიხშირე
რქისებრ ანტენებს არ აქვთ ერთი უნივერსალური სიხშირის დიაპაზონი.
მათი მუშაობის სიხშირე დიდწილად განისაზღვრებატალღის გამტარის ზომები, ტალღის გამტარის რეჟიმი, აპერტურის გეომეტრია, მიწოდების სტრუქტურა და განკუთვნილი გამტარობა.
ტრადიციული რქისებრი ანტენები განსაკუთრებით გავრცელებულია მიკროტალღურ და მილიმეტრიან სიხშირეებზე, რადგან ტალღის სიგრძის შემცირებასთან ერთად ტალღის გამტარი ზომები პრაქტიკული ხდება. თუმცა, სპეციალურად შემუშავებულ ფართოზოლოვან რქისებრ სტრუქტურებს ასევე შეუძლიათ მუშაობა უფრო დაბალ სიხშირეებზე, ხოლო ზუსტი ტალღისებრი რქები შეიძლება კარგად გავრცელდეს მილიმეტრიან და ქვეთერციან დიაპაზონებში.
მაგალითად, რქის ანტენის დიზაინები შეგიძლიათ იპოვოთ ასობით მეგაჰერცის დიაპაზონიდან 100 გჰც-ზე მეტ დიაპაზონამდე. RF MISO ამჟამად გთავაზობთ ფართოზოლოვანი რქის კონფიგურაციებს, რომლებიც მუშაობენ300–750 MHz, ასევე კონუსური რქისებრი ანტენები, რომლებიც ფარავს220–325 გჰც, რაც ასახავს, თუ რამდენად ფართო შეიძლება იყოს ამ ანტენების ოჯახის პრაქტიკული სიხშირული დიაპაზონი.
3. რქის ანტენების ძირითადი ტიპები
3.1 სექტორული რქის ანტენა
სექტორული რქა წარმოიქმნება, როდესაც მართკუთხა ტალღგამტარი მხოლოდ ერთ სიბრტყეში არის გაშლილი.
თუ ტალღის გამტარი გაფართოვებულიაელექტრო თვითმფრინავისტრუქტურას ეწოდებაE-პლანის სექტორული სიგნალითუ გაფართოება მოხდებაH-სიბრტყე, მას უწოდებენH-სიბრტყის სექტორული რქა.
რადგან აპერტურის ზომა მხოლოდ ერთ სიბრტყეში იზრდება, სხივის ფორმირება უფრო გამოხატულია შესაბამის სიბრტყეში.
3.2 პირამიდული რქისებრი ანტენა
პირამიდული რქა წარმოიქმნება, როდესაც მართკუთხა ტალღგამტარი გაშლილია როგორც E-სიბრტყის, ასევე H-სიბრტყის მიმართულებით.
შედეგად მიღებული სტრუქტურა დამოკლებულ პირამიდას წააგავს და ორივე განზომილებაში აპერტურის გაფართოებას უზრუნველყოფს.
პირამიდული რქები ფართოდ გამოიყენება როგორცსტანდარტული გაძლიერების რქები და საცნობარო ანტენებირადგან მათი გაძლიერებისა და გამოსხივების სქემების ზუსტად დახასიათება შესაძლებელია.
მაგალითად, RF MISO გთავაზობთ სტანდარტულ გაძლიერების რქის ანტენებს მრავალ მიკროტალღურ და მილიმეტრიან დიაპაზონში. მისი WR10 სტანდარტული გაძლიერების რქის ოჯახი მოიცავს მოდელებს, რომლებიც მუშაობენ75-დან 110 გჰც-მდე, მითითებული გაძლიერებით, VSWR-ით, პოლარიზაციით და სხივის სიგანის მახასიათებლებით.
3.3 კონუსური რქისებრი ანტენა
კონუსური რქა, როგორც წესი, წარმოიქმნება წრიული ტალღგამტარის თანდათანობითი გაფართოებით წრიული ღიობისკენ.
პირამიდული რქისგან განსხვავებით, რომელიც მართკუთხა ტალღგამტარიდან იწყება, კონუსურ რქას ბრუნვითი სიმეტრიული გეომეტრია აქვს.
კონუსური რქისებრი ანტენები ფართოდ გამოიყენება მიკროტალღურ, მილიმეტრულ ტალღურ, კვების და გაზომვის აპლიკაციებში. კვების სტრუქტურისა და პოლარიზაციის ქსელის მიხედვით, მათ ასევე შეუძლიათ უფრო სპეციალიზებული პოლარიზაციის კონფიგურაციების მხარდაჭერა.
სურათი 2. რქისებრი ანტენის ტიპური კონფიგურაციები: E-სიბრტყის სექტორული, H-სიბრტყის სექტორული, პირამიდული და კონუსური რქები.
4. გაშლის კუთხე, აპერტურის ზომა და რქის სიგრძე
რქის გეომეტრია პირდაპირ გავლენას ახდენს მის ელექტრომაგნიტურ მუშაობაზე.
დიზაინის სამი მნიშვნელოვანი პარამეტრია:
გაშლის კუთხე, აპერტურა, დიაფრაგმის ზომა და რქის სიგრძე.
უფრო დიდი დიაფრაგმა, როგორც წესი, უზრუნველყოფს უფრო მაღალ ორიენტაციას და უფრო ვიწრო სხივს, მაგრამ უბრალოდ გაშლის კუთხის გაზრდა ავტომატურად არ იწვევს უკეთეს მუშაობას.
თუ რქა მოცემული აპერტურის ზომისთვის ძალიან მოკლეა, შესაძლოა აპერტურაზე ფაზის გადაჭარბებული ვარიაცია გაჩნდეს. ეს ამცირებს აპერტურის ეფექტურობას და შეიძლება გააუარესოს გამოსხივების სურათი.
პირიქით, რქის ზედმეტად გახანგრძლივება ზრდის მექანიკურ ზომას და წონას, მუშაობის პროპორციული გაუმჯობესების გარეშე.
ამიტომ, რქის დიზაინი მოიცავს დაბალანსებას:
- დიაფრაგმის ზომა
- გადაფარვის კუთხე
- სიგრძე
- ფაზის შეცდომა
- მოგება
- სხივის სიგანე
- მექანიკური ზომები
5. გამოსხივების ნიმუში და სხივის მახასიათებლები
რქისებრი ანტენები, როგორც წესი, მიმართულებითი გამოსხივების წყაროა.
ელექტრომაგნიტური ენერგია ძირითადად კონცენტრირებულია წინ მიმართულებით აპერტურის გავლით, რაც წარმოქმნის მკაფიოდ გამოკვეთილ მთავარ სხივს გვერდით წილებთან ერთად.
განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია რადიაციული ნიმუშის ორი ჭრა:
- E-სიბრტყის გამოსხივების ნიმუში
- H-სიბრტყის გამოსხივების ნიმუში
ის3 დბ სხივის სიგანეჩვეულებრივ გამოიყენება მთავარი სხივის კუთხური სიგანის აღსაწერად ორ წერტილს შორის, სადაც გამოსხივებული სიმძლავრე 3 დბ-ით ნაკლებია მის მაქსიმალურ მნიშვნელობაზე.
ზოგადად, ეფექტური აპერტურის გაზრდა ტალღის სიგრძესთან მიმართებაში ზრდის მიმართულებას და, როგორც წესი, სხივის შევიწროებას იწვევს.
ეს ურთიერთობა ასევე შეიძლება შეინიშნოს პრაქტიკულ მილიმეტრიან ტალღურ რქოვან ანტენებში. მაგალითად, RF MISO-ს 75–110 გჰც სტანდარტული გაძლიერების რქები განსაზღვრავს E-სიბრტყის და H-სიბრტყის სხივის სიგანის მახასიათებლებს გაძლიერებისა და VSWR მონაცემებთან ერთად.
სურათი 3. ელექტრომაგნიტური ტალღის გაფართოებისა და გამოსხივების ილუსტრაცია რქის აპერტურის გავლით.
6. რქისებრი ანტენების უპირატესობები
რქისებრი ანტენები რადიოსიხშირული და მიკროტალღური სისტემებისთვის რამდენიმე უპირატესობას გვთავაზობს:
კარგი ორიენტაცია
გაფართოებული აპერტურა გამოსხივებას წინა მიმართულებით აკონცენტრირებს.
პროგნოზირებადი რადიაციული მახასიათებლები
კარგად დაპროექტებულ რქოვან ანტენებს შეუძლიათ უზრუნველყონ სტაბილური და კარგად განსაზღვრული E-სიბრტყის და H-სიბრტყის ნიმუშები.
კარგი წინაღობის შესაბამისობა
ტალღგამტარიდან თავისუფალ სივრცეში თანდათანობით გადასვლას შეუძლია შეამციროს არეკვლა და ხელი შეუწყოს დაბალ VSWR-ს.
საშუალოდან მაღალამდე მომატება
სხვადასხვა აპერტურული ზომისა და სიგრძის რქის დაპროექტება შესაძლებელია სხვადასხვა გაძლიერების დონის უზრუნველსაყოფად.
შედარებით მარტივი სტრუქტურა
მრავალ რთულ მაღალი გამაძლიერებელი ანტენის არქიტექტურასთან შედარებით, ჩვეულებრივი რქები მექანიკურად მარტივი და გამძლეა.
შესაფერისია მაღალი სიხშირის გაზომვისთვის
მათი ტალღგამტარზე დაფუძნებული არქიტექტურა რქოვან ანტენებს განსაკუთრებით ღირებულს ხდის მიკროტალღური და მილიმეტრიანი ტალღების გაზომვის სისტემებში.
7. დიზაინის მოსაზრებები და შეზღუდვები
რქისებრი ანტენები ასევე მოიცავს რამდენიმე საინჟინრო კომპრომისს.
უფრო მაღალი გაძლიერებისთვის, როგორც წესი, საჭიროა უფრო დიდი ელექტრული აპერტურა, რამაც შეიძლება გაზარდოს ანტენის ფიზიკური ზომები.
დიაფრაგმის ზომას, რქის სიგრძესა და გაშლის კუთხეს შორის ურთიერთობა ასევე ფრთხილად უნდა კონტროლდებოდეს დიაფრაგმის გასწვრივ მისაღები ფაზური განაწილების შესანარჩუნებლად.
ძალიან მაღალ სიხშირეებზე დამუშავების სიზუსტე, ზედაპირის ხარისხი, ტალღის გამტარი ზომები და ფლანგების გასწორება სულ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება, რადგან შედარებით მცირე მექანიკურ შეცდომებსაც კი შეუძლიათ ტალღის სიგრძის მნიშვნელოვანი ნაწილის წარმოდგენა.
ამიტომ, ინჟინრებმა უნდა შეაფასონ არა მხოლოდ გაძლიერება და სიხშირის დიაპაზონი, არამედ:
VSWR, პოლარიზაცია, ჯვარედინი პოლარიზაციის მახასიათებლები, სხივის სიგანე, გვერდითი წილების დონე, RF ინტერფეისი, სიმძლავრის მართვა და მექანიკური ტოლერანტობა.
8. რქისებრი ანტენების გამოყენება
მიმართულებითი გამოსხივების, სტაბილური მახასიათებლებისა და ტალღის გამტარ სისტემებთან თავსებადობის გამო, რქისებრი ანტენები ფართოდ გამოიყენება:
- ანტენის გაძლიერების გაზომვა
- რადიაციული სურათის გაზომვა
- ელექტრომაგნიტური თავსებადობის (EMC) და ელექტრომაგნიტური იმპულსის (EMI) ტესტირება
- რადარის სისტემები
- მიკროტალღური და მილიმეტრიული ტალღური კომუნიკაცია
- სატელიტური ანტენის ტესტირება
- მიმართულების დადგენა და თვალთვალი
- ანექოიკური კამერის გაზომვა
- რეფლექტორული ანტენის არხები
- რადიოსიხშირული კვლევისა და ლაბორატორიული სისტემები
- კალიბრაცია და საცნობარო ანტენის გამოყენება
ფართოზოლოვანი სიგნალის დიზაინს ასევე შეუძლია უზრუნველყოს ფართო ოპერაციული გამტარობა გაზომვისა და მონიტორინგის სისტემებისთვის. მაგალითად, RF MISO-ს 18–40 GHz ფართოზოლოვანი სიგნალის სიგნალის ანტენები განკუთვნილია ისეთი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა მიკროტალღური ტესტირება, ანტენის გაზომვა, თანამგზავრული ანტენის ტესტირება, მიმართულების დადგენა, თვალთვალი და ელექტრომაგნიტურ თავსებადობასთან დაკავშირებული გაზომვები.
დასკვნა
რქისებრი ანტენა მართვად ელექტრომაგნიტურ ტალღას თანდათანობით გაფართოებული ტალღის გამტარი აპერტურის მეშვეობით მიმართულებით გამავალ თავისუფალ სივრცის გამოსხივებად გარდაქმნის.
მისი კომბინაციაკარგი წინაღობის შესაბამისობა, მიმართულების მქონე გამოსხივება, პროგნოზირებადი სხივის მახასიათებლები, სასარგებლო გაძლიერება და შედარებით მარტივი კონსტრუქციარქა მიკროტალღური და მილიმეტრიანი ტალღების ინჟინერიაში ერთ-ერთ უმნიშვნელოვანეს ანტენის სტრუქტურად აქცია.
სექტორული და პირამიდული რქებიდან კონუსურ და ფართოზოლოვან დიზაინებამდე, სხვადასხვა სტრუქტურების ოპტიმიზაცია შესაძლებელია კონკრეტული სიხშირის დიაპაზონების, პოლარიზაციის მოთხოვნების, გაძლიერების დონეებისა და გაზომვის გარემოსთვის.
ინჟინრებისთვის, რომლებიც რქოვან ანტენას ირჩევენ, სიხშირის დიაპაზონი მხოლოდ საწყისი წერტილია. გაძლიერება, VSWR, სხივის სიგანე, პოლარიზაცია, ტალღის გამტარი ან კოაქსიალური ინტერფეისი, სიმძლავრის მართვა და მექანიკური ზომები - ყველაფერი ეს უნდა შეფასდეს სრული RF სისტემის მოთხოვნების შესაბამისად.
გამოქვეყნების დრო: 2026 წლის 21 აგვისტო
