Was ist eine Hornantenne? Was sind ihre Hauptprinzipien und Anwendungsgebiete?

HornantenneEine Hornantenne ist eine Oberflächenantenne, genauer gesagt eine Mikrowellenantenne mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt, deren Wellenleiter sich allmählich öffnet. Sie ist die am weitesten verbreitete Art von Mikrowellenantennen. Ihr Strahlungsfeld wird durch die Öffnungsgröße und die Ausbreitungsart des Schallkanals bestimmt. Der Einfluss der Hornwand auf die Strahlung lässt sich mithilfe des geometrischen Beugungsprinzips berechnen. Bleibt die Hornlänge konstant, so nehmen mit zunehmendem Öffnungswinkel die Größe der Öffnungsfläche und die quadratische Phasenverschiebung zu, während der Gewinn unabhängig von der Öffnungsfläche bleibt. Um das Frequenzband des Schallkanals zu erweitern, müssen die Reflexionen an Hals und Öffnung reduziert werden; die Reflexionen nehmen mit zunehmender Öffnungsgröße ab. Die Hornantenne ist relativ einfach aufgebaut und ihr Strahlungsdiagramm ist relativ einfach und gut steuerbar. Sie wird üblicherweise als Richtantenne mit mittlerem Frequenzbereich eingesetzt. Parabolreflektorhornantennen mit großem Frequenzbereich, geringen Nebenkeulen und hohem Wirkungsgrad finden häufig Anwendung in der Mikrowellen-Relaiskommunikation.

Das Strahlungsfeld einer Hornantenne lässt sich mithilfe des Huygensschen Prinzips aus dem Oberflächenfeld berechnen. Das Flächenfeld an der Hornöffnung wird durch deren Größe und das Ausbreitungsmuster der Hornwelle bestimmt. Mithilfe der geometrischen Beugungstheorie kann der Einfluss der Hornwand auf die Strahlung berechnet werden, sodass das berechnete Strahlungsmuster und der Messwert bis zum fernen Nebenkeulenbereich gut übereinstimmen. Die Strahlungseigenschaften werden durch die Größe und Feldverteilung der Hornöffnung bestimmt, während die Impedanz durch die Reflexion am Hornhals (der anfänglichen Diskontinuität) und an der Hornöffnung beeinflusst wird. Bei konstanter Hornlänge und zunehmendem Öffnungswinkel vergrößern sich sowohl die Hornöffnung als auch die quadratische Phasenverschiebung. Die Verstärkung steigt jedoch nicht proportional zur Hornöffnung, sondern erreicht einen Maximalwert. Ein Lautsprecher mit dieser optimalen Hornöffnung gilt als optimal. Konische und pyramidenförmige Hörner erzeugen sphärische Wellen, während fächerförmige Hörner, die sich an einer Oberfläche (E- oder H-Oberfläche) öffnen, zylindrische Wellen erzeugen. Das Oberflächenfeld der Hornöffnung weist eine quadratische Phasenverschiebung auf. Die Größe dieser Phasenverschiebung hängt von der Hornlänge und der Größe der Öffnungsfläche ab.

Hornantennen werden häufig in folgenden Bereichen eingesetzt: 1. Speiseantennen für große Radioteleskope, reflektierende Antennenspeisen für Satellitenbodenstationen und reflektierende Antennenspeisen für Mikrowellen-Relaiskommunikation; 2. Einzelantennen für Phased-Array-Antennen; 3. Antennen. Bei Messungen werden Hornantennen oft als gemeinsamer Standard für die Kalibrierung und Verstärkungsprüfung anderer Antennen mit hoher Verstärkung verwendet.