Die Aufweitung einer Hornantenne ist die allmähliche Erweiterung eines Wellenleiters von seinem Hals zu einer größeren Strahlungsöffnung.Dieser Übergang ermöglicht es dem geführten elektromagnetischen Feld, sich auszubreiten, bevor es den freien Raum erreicht, wodurch die Antenne eine sinnvolle Impedanzanpassung, Richtwirkung und Strahlsteuerung erzielt.
Was bedeutet Aufweitung bei einer Hornantenne?
Ein einfacher, offener Wellenleiter kann zwar abstrahlen, doch die abrupte Grenze zwischen Wellenleiter und freiem Raum verursacht Reflexionen und begrenzt die effektive Abstrahlöffnung. Ein aufgeweitetes Horn verändert den Wellenleiterquerschnitt hingegen stufenlos statt abrupt.
Beim Durchlaufen der Ausweitung dehnt sich das Magnetfeld über eine größere Öffnung aus. Die Öffnungsgröße und die Phasenverteilung bestimmen dann wichtige Eigenschaften wie Verstärkung, Strahlbreite, Nebenkeulen und Strahlungseffizienz. Die Ausweitung verringert die Stärke des Übergangs, beseitigt aber weder Reflexionen vollständig noch garantiert sie eine perfekte Anpassung.
Warum die Hornantennenfahne wichtig ist
Impedanzanpassung und VSWR
Ein gradueller Übergang verringert im Allgemeinen die Fehlanpassung zwischen geführtem Modus und Freiraum. Das genaue Ergebnis hängt vom Hornprofil, der Länge, der Apertur und den Abmessungen des Wellenleiters ab, daher muss das Stehwellenverhältnis (VSWR) im gesamten vorgesehenen Frequenzband überprüft werden.
Gewinn und effektive Blende
Durch die Aufweitung entsteht eine größere effektive Strahlungsöffnung. Bei geeigneter Amplituden- und Phasenverteilung des Strahlungsfeldes wird mehr Energie in Vorwärtsrichtung konzentriert, wodurch der Antennengewinn steigt. Der Gewinn hängt jedoch nicht allein vom Aufweitungswinkel ab.
Strahlbreite und Strahlungsmuster
Eine größere elektrische Apertur führt üblicherweise zu einem schmaleren Hauptstrahl. Die Abmessungen der E-Ebene und der H-Ebene können bei einem Pyramidenhorn unabhängig voneinander gewählt werden, sodass Konstrukteure den Strahl in jeder Hauptebene formen können.
Blendenphasenfehler
Das Lichtfeld trifft nicht an jedem Punkt der Apertur mit exakt derselben Phase ein. Ist ein Horn im Verhältnis zu seiner Aperturgröße zu kurz, kann die Phasenabweichung zunehmen, was die Effizienz der Apertur verringert und sowohl den Hauptstrahl als auch die Nebenkeulen beeinflusst.
Wie Flare-Winkel, Aperturgröße und Hornlänge zusammenwirken
Es gibt keinen allgemeingültigen optimalen Öffnungswinkel für jede Hornantenne. Die optimale Geometrie hängt von der Frequenz, dem Wellenleitermodus, dem angestrebten Gewinn, der Strahlbreite, der Bandbreite, der zulässigen Größe und den Anforderungen an das Strahlungsmuster ab.
- Ein größerer Flare-WinkelEine größere Öffnung kann in einer kürzeren Struktur erzeugt werden, aber ein zu kurzes Horn kann einen größeren Phasenfehler der Öffnung verursachen.
- Ein kleinerer AufweitungswinkelIm Allgemeinen wird für die gleiche Öffnungsgröße ein längeres Horn benötigt, was die mechanische Länge erhöht und gleichzeitig einen sanfteren Übergang ermöglicht.
- Eine größere Öffnungkann eine höhere Richtwirkung und einen schmaleren Strahl ermöglichen, vorausgesetzt, die Phasen- und Amplitudenverteilung bleibt gut kontrolliert.
Gängige Geometrien von aufgeweiteten Hörnern
- Sektorhorn für E-Flugzeuge:hauptsächlich in der Ebene des elektrischen Feldes aufgeweitet.
- Sektorhorn der H-Ebene:Die Aufweitung erfolgte hauptsächlich in der Magnetfeldebene.
- Pyramidenförmiges Horn:Sie sind in beiden Hauptebenen aufgeweitet und werden üblicherweise für Anwendungen mit Standardverstärkung verwendet.
- Konisches Horn:gebildet aus einem kreisförmigen Wellenleiter und auf eine kreisförmige Öffnung hin erweitert.
Praktische Designüberlegungen
Ingenieure bewerten die Geometrie der Fackel zusammen mit der Betriebsfrequenz, den Wellenleiterabmessungen, der Verstärkung, der 3-dB-Strahlbreite, dem VSWR, dem Nebenkeulenpegel, der Polarisation und den mechanischen Randbedingungen. Im Millimeterwellenbereich gewinnen die Bearbeitungsgenauigkeit, die Oberflächenqualität und die Flanschausrichtung zunehmend an Bedeutung, da kleine Maßabweichungen einen größeren Anteil der Wellenlänge ausmachen.
Verwandte Antennen und Wellenleiterkomponenten für 15–22 GHz
Die folgenden Produkte veranschaulichen verschiedene HF-Komponenten, die im Frequenzbereich von 15–22 GHz erhältlich sind. Ein Beispiel für ein Horn mit konischer Standardverstärkung in diesem Frequenzband ist das RM-SGHA51-25.
Wo werden Hornantennen eingesetzt?
- Antennenmess- und Kalibrierungssysteme
- Radar-Sende- und Empfangssysteme
- Satelliten- und Reflektorantennen-Speisungen
- EMV- und Mikrowellenlaborprüfung
- Mikrowellen- und Millimeterwellen-Kommunikationsverbindungen
Häufig gestellte Fragen
Führt ein größerer Öffnungswinkel immer zu mehr Verstärkung?
Nein. Ein größerer Öffnungswinkel kann zwar bei gleichbleibender Hornlänge die Aperturgröße erhöhen, jedoch kann ein zu großer Phasenfehler die Apertureffizienz verringern. Die Verstärkung hängt von der gesamten Geometrie und Feldverteilung ab.
Was ist der optimale Öffnungswinkel für eine Hornantenne?
Es gibt keinen allgemeingültigen optimalen Wert. Entwickler wählen den Winkel zusammen mit den Aperturabmessungen und der Hornlänge so, dass die Anforderungen an Frequenz, Verstärkung, Strahlbreite, VSWR und Größe erfüllt werden.
Beseitigt die Lichtreflexionsverzerrung diese?
Nein. Durch die Aufweitung wird ein sanfterer Übergang vom Wellenleiter zum freien Raum ermöglicht und die Reflexion kann reduziert werden, die endgültige Anpassung hängt jedoch immer noch vom Gesamtdesign ab.
Auswahl einer Hornantenne
HF-MISO-VersorgungenHornantennenlösungenFür Mikrowellen- und Millimeterwellenanwendungen. Informationen zu einer Standardverstärkungsoption im Frequenzbereich von 14,5–22 GHz finden Sie unter [Link einfügen].RM-SGHA51-25Einen umfassenderen Überblick finden Sie unterHornantenne: Funktionsprinzip, Typen, Strahlungseigenschaften und Anwendungen.
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Veröffentlichungsdatum: 17. April 2025
