آنتن شیپوری

یک آنتن شیپوری با پهنای باند ۰٫۸ تا ۱۸ گیگاهرتز
آنتن شیپوری هرمی برای فرکانس‌های مختلف
thumb
انواع آنتن شیپوری
thumb
یک آنتن شیپوری (شاخکی) یا آنتن شیپوری ماکروویو آنتنی است که از یک راهنمای موج فلزی درخشان به شکل شیپور تشکیل می‌گردد و امواج رادیویی را در یک پرتو هدایت می‌کند شیپورها کاربرد گسترده ایی در فرکانس‌های میکرو موج و UHF در بالای 300 MHZ دارند. آن‌ها به عنوان فیدر برای ساختارهای آنتنی بزرگتر مانند آنتن‌های … و نیز به عنوان آنتن‌های کالیبراسیون استاندارد برای سنجش بهره آنتن‌های دیگر و به عنوان آنتن‌های جهت دار برای دستگاه‌هایی مانند تفنگ‌های رادار، بازکننده‌های اتوماتیک درب و رادیو مترهای میکرو موج استفاده می‌شوند. مزایای آن‌ها عبارتند از جهت‌گیری متوسط، نسبت پایین موج ایستا (SWR)، پهنای باند وسیع و ساخت و تنظیم ساده.
یکی از اولین آنتن‌های شیپوری در سال ۱۸۹۷ توسط محقق رادیویی هندی با نام جاگادیش چاندرا بوسی ساخته شد؛ او آزمایش را بر روی میکرو موج‌ها انجام داد در دهه ۱۹۳۰ اولین تحقیق آزمایشی و تحلیل تئوریکی یک آنتن شیپوری انجام گرفت توسعه رادار در جنگ جهانی دوم منجر به تحقیقات در مورد آنتن‌های شیپوری گردید و طراحی شاخک‌های فیدی برای آنتن‌های رادار شد. شاخک‌های موج دار توسط کی در سال ۱۹۶۲ اختراع شد و کاربرد گسترده‌ای به عنوان شاخک فیدی برای آنتن‌های میکرو موج مانند دیش ماهواره‌ای و تلسکوپ رادیویی داشت.
یکی از مزیت‌های آنتن‌های شاخکی این است که از آنجایی که آن‌ها دارای المنت‌های رزونانت (مقاومتی) نیستند می‌توانند در محدوده گسترده‌ای از فرکانس‌ها کار کنند پهنای باند قابل کاربرد آنتن‌های شیپوری معمولا ۱۰:۱ است و این پهنای باند را می‌توان تا ۲۰:۱ افزایش داد. امپدانس ورودی تدریجا بر روی این دامنه فرکانسی گسترده تغیر می‌کند و امکان نسبت پایین موج ایستای ولتاژ (VSWR) بر روی این پهنای باند وجود دارد.
بهره آنتن‌های شاخکی تا Db25 است و محدوده dB20-10 محدوده معمولی می‌باشد.
توصیف
آنتن شیپوری برای ارسال امواج رادیویی از راهنمای موج به درون فضا یا جمع‌آوری امواج رادیویی در درون راهنمای موج به درون فضا یا جمع‌آوری امواج رادیویی در درون راهنمای موج برای دریافت استفاده می‌گردد . آنتن شیپوری از یک لوله فلزی مستطیلی یا استوانه‌ای با طول کوتاه تشکیل می‌شود که یکی از دو انتهای آن بسته است و این لوله در سمت دیگر به شکل یک شیپور مخروطی یا هرمی استموج‌های رادیویی معمولا از طریق کابل محور متصل به کناره وارد راهنمای موج می‌شوند و رسانا مرکزی در درون راهنمای موج برجسته می‌شود وآنتن تک قطبی ربع موج شکل می‌گیرد. سپس موج‌ها در یک پرتو نازک به سمت بیرون از شیپور متشعشع می‌گردند. در برخی از تجهیزات امواج رادیویی بین فرستنده یا گیرنده و آنتن از طریق راهنمای موج هدایت می‌گردند در این مورد، شیپور به انتهایراهنمای موج متصل می‌گردد.
در شاخک‌های محیط‌های سرباز مانند شیپورهای فیدر دیش ماهواره، دهانه باز شاخک غالبا با یک ورقه پلاستیکی که برای موج‌های رادیویی شفاف است پوشانده می‌شود ورطوبت را بر حذف می‌کند.
چگونه کار می‌کند
یک آنتن شیپوری همان عملکردی را برای موج‌های مغناطیسی انجام می‌دهد که یک شیپور آکوستیک برای موج‌های صدا در یک ابزار موسیقایی مانند شیپور انجام می‌دهد این آنتن یک ساختار انتقال تدریجی را فراهم می‌کند که امپدانس لوله را با امپدانس فضای آزادتطبیق می‌دهد و باعث می‌شود موج‌ها به صورت کارآمد از لوله در درون فضا متشعشع گردند.
اگر یک راهنمای موج ساده دارای انتهای باز بدون شیپور به عنوان آنتن استفاده گردد، انتهای دیواره رسانا باعث تغییر ناگهانی امپدانس در دهانه از امپدانس موجی راهنمای موج به امپدانس فضای آزاد می‌گردد در زمانی که امواج رادیویی که در راهنمای موج حرکت می‌کند به روزنه برخورد می‌کند این امپدانس منعکس‌کننده مقدار قابل توجهی از انرژی موجی به سمت منبع می‌باشد به گونه‌ای که همه نیرو متشعشع نمی‌گردد این انعکاس مشابه با انعکاس در لاین ارسال انتهای باز یا مرز بین محیط‌های اپتیکی با شاخص پایین و بالای انکسار است موج‌های منعکس شده باعث موج‌های ایستا در راهنمای موج می‌گردند
SWR را افزایش می‌دهند، انرژی را هدر می‌دهند و احتمالا فرستنده را بیش از حد گرم می‌کنندبه علاوه دهانه کوچک راهنمای موج باعث انکسار قابل ملاحظه موج‌هایی میگرددکه از آن صادر می‌شوند و منجر به الگوی تابش تشعشعی گسترده بدون جهت‌گیری زیاد می‌گردد.
برای بهبود این ویژگی‌های نامطلوب ، انتهای راهنمای موج به سمت بیرونی می‌آید و شاخک شکل می‌گیرد. بخش بار یک شاخک امپدانس را تدریجا در امتداد طول شاخک تغییر می‌دهد.
عملکرد آن مشابه با ترانزیستور تطبیق امپدانس است که اجازه می‌دهد بیشتر انرژی موجی به سمت بیرون از انتهای شاخک در درون فضا متشعشع گردد و حداقل انکسار رخ دهد. به علاوه دهانه پهن شاخک موج‌ها را به شکل یک پرستو بار یک هدایت می‌کند.
شکل شاخکی که حداقل نیروی منکسر شده را دارد یک شکل فتیله‌ای است. این شاخک‌ها در کاربردهای ویژه‌ای استفاده می‌گردند که حداقل اتلاف سیگنال لازم است مانند آنتن‌های ماهواره و تلسکوپ‌های رادیویی. اما شاخک‌های هرمی و مخروطی بیشترین کاربرد را دارند زیرا کناره‌های آن‌ها صاف است و طراحی و ساختشان آسان‌تر می‌باشد.
موج‌ها به سمت پایین شاخک به شکل موج‌های کروی حرکت می‌کند در حالیکه مبدا آن‌ها در نوک شاخک است که در این نقطه با نام مرکز فازی می‌باشد
الگوی میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در صفحه دهانه که تعیین‌کننده الگوی تشعشع است تکثیر میدان‌ها در راهنمای موج می‌باشد از آنهایی که جبهه‌های موج کروی هستند فاز به صورت هم فاز از لبه‌های صفحه دهانه تا مرکز افزایش می‌یابد که دلیلش تفاوت طول نقطه مرکزی و نقاط لبه‌ای از نقطه راس می‌باشد تفاوت فازی بین نقطه مرکزی و لبه‌ها با نام خطای فازی است این خطای فازی بهره را کاهش می‌دهد و پهنای پرتو را افزایش می‌دهد و به شاخک‌ها پهنای باند بیشتری می‌دهد.
همانطوری‌که اندازه شاخک افزایش می‌یابد خطای فازی هم افزایش می‌یابد و شاخک الگوی تشعشعی پهن‌تری پیدا می‌کند باریک نگه داشتن پهنای پرتو به شاخک بلندتر نیاز دارد که خطای فازی هم ثابت نگه داشته می‌شود افزایش خطای فازی اندازه دهانه شاخک‌ها را تا حدود ۱۵ طول موج کاهش می‌دهد دهانه بزرگتر به شاخک‌های بلند نیاز دارد این مسئله بهره شاخک‌ها را به حدود 1000(dB 30) و مینیمم پهنای پرتو را به حدود ۱۰۵–۵ محدود می‌سازد
الگوی تابشی
انواع
هرمی
بخشی
صفحه‌ای E
صفحه‌ای H
مخروطی
نمایی
چین دار
تیغه‌ای
محدود به دهانه
بهره
که در آن
A مساحت گشایش،
d قطر،
طول موج،
e A پارامتر بدون بعدی بین ۰و۱ است که بهره دهانه نامیده می‌شود. و