ホーンアンテナの歴史は、無線研究者のジャガディッシュ・チャンドラ・ボースがマイクロ波を用いた先駆的な実験設計を行った1897年に遡ります。その後、GCサウスワースとウィルマー・バローがそれぞれ1938年に現代のホーンアンテナの構造を発明しました。それ以来、ホーンアンテナの設計は、その放射パターンと様々な分野への応用を説明するために継続的に研究されてきました。これらのアンテナは導波管伝送とマイクロ波の分野で非常に有名であるため、しばしば「ホーンアンテナ」と呼ばれます。マイクロ波アンテナそこで、この記事ではホーンアンテナの仕組みと、さまざまな分野での応用について説明します。
ホーンアンテナとは何ですか？
A ホーンアンテナマイクロ波周波数帯専用に設計された開口アンテナで、先端が広くホーン形状になっています。この構造により指向性が高まり、放射された信号を長距離伝送しやすくなります。ホーンアンテナは主にマイクロ波周波数帯で動作するため、周波数範囲は通常UHFまたはEHFです。
RFMISOホーンアンテナRM-CDPHA618-20（6-18GHz）
これらのアンテナは、パラボラアンテナや指向性アンテナなどの大型アンテナのフィードホーンとして使用されます。設計と調整が簡単で、定在波比が低く、指向性が適度で、帯域幅が広いなどの利点があります。
ホーンアンテナの設計と操作
ホーンアンテナは、ホーン形状の導波管を用いて無線周波数（RF）マイクロ波信号の送受信に設計できます。通常、導波管給電部と併用し、電波を指向させて狭いビームを形成します。フレア部は、正方形、円錐形、長方形など、様々な形状が可能です。適切な動作を確保するには、アンテナのサイズは可能な限り小さくする必要があります。波長が非常に長い場合、またはホーンサイズが小さい場合、アンテナは正常に動作しません。
ホーンアンテナの外形図
ホーンアンテナでは、入射エネルギーの一部は導波管の入口から放射されますが、残りのエネルギーは入口が開放されているため同じ入口から反射され、空間と導波管間のインピーダンス整合が悪くなります。さらに、導波管の端では、回折が導波管の放射能力に影響を与えます。
導波管の欠点を克服するため、端部開口部は電磁ホーン形状に設計されています。これにより、空間と導波管間のスムーズな移行が可能になり、電波の指向性が向上します。
導波管をホーン構造にすることで、空間と導波管間の不連続性と377Ωのインピーダンスが解消されます。これにより、エッジでの回折が低減され、入射エネルギーが前方に放射されるため、送信アンテナの指向性と利得が向上します。
ホーンアンテナの仕組みは以下のとおりです。導波管の一端が励振されると、磁場が生成されます。導波管伝搬の場合、伝搬磁場は導波管壁を通して制御され、球面状ではなく自由空間伝搬に似た形で伝搬します。通過する磁場が導波管の端に到達すると、自由空間と同じように伝搬し、導波管の端で球面状の波面が得られます。
一般的なホーンアンテナの種類
標準ゲインホーンアンテナ固定利得とビーム幅を持つ通信システムに広く使用されているアンテナの一種です。このタイプのアンテナは多くの用途に適しており、安定した信頼性の高い信号カバレッジ、高い電力伝送効率、優れた耐干渉性を提供します。標準利得ホーンアンテナは、通常、移動通信、固定通信、衛星通信などの分野で広く使用されています。
RFMISO標準ゲインホーンアンテナ製品推奨事項：
RM-SGHA159-20 （4.90～7.05GHz）
RM-SGHA90-15（8.2～12.5GHz）
RM-SGHA284-10（2.60～3.95GHz）
広帯域ホーンアンテナ無線信号の送受信に使用されるアンテナです。広帯域特性を有し、複数の周波数帯域の信号を同時にカバーし、異なる周波数帯域でも良好な性能を維持できます。無線通信システム、レーダーシステムなど、広帯域カバレッジを必要とする用途で広く使用されています。ベルマウス形状に似た設計構造により、効率的な受信・送信が可能で、耐干渉性が強く、伝送距離が長いという特徴があります。
RFMISO広帯域ホーンアンテナ製品推奨事項：
RM-BDHA618-10（6-18GHz）
RM-BDPHA4244-21（42-44GHz）
RM-BDHA1840-15B（18-40GHz）
デュアル偏波ホーンアンテナ直交する2方向に電磁波を送受信するために特別に設計されたアンテナです。通常は垂直に配置された2つのコルゲートホーンアンテナで構成され、水平方向と垂直方向の偏波信号を同時に送受信できます。レーダー、衛星通信、移動通信システムにおいて、データ伝送の効率と信頼性を向上させるためによく使用されます。この種のアンテナは設計がシンプルで性能が安定しており、現代の通信技術で広く利用されています。
RFMISO デュアル偏波ホーンアンテナ製品推奨事項:
RM-BDPHA0818-12（0.8～18GHz）
RM-CDPHA218-15（2-18GHz）
RM-DPHA6090-16（60-90GHz）
円偏波ホーンアンテナ垂直方向と水平方向の両方向に同時に電磁波を送受信できる特殊設計のアンテナです。通常、円形導波管と特殊な形状のベルマウスで構成されています。この構造により、円偏波の送受信が可能になります。このタイプのアンテナは、レーダー、通信、衛星システムに広く使用されており、より信頼性の高い信号送受信機能を提供します。
RFMISO 円偏波ホーンアンテナ製品の推奨事項:
RM-CPHA82124-20（8.2～12.4GHz）
RM-CPHA09225-13（0.9～2.25GHz）
RM-CPHA218-16（2-18GHz）
ホーンアンテナの利点
1. 共振部品がなく、広い帯域幅と広い周波数範囲で動作できます。
2. ビーム幅比は通常 10:1 (1 GHz – 10 GHz) ですが、最大 20:1 になることもあります。
3. シンプルなデザイン。
4. 導波管や同軸給電線への接続が簡単です。
5. 定在波比（SWR）が低いため、定在波を低減できます。
6. インピーダンス整合が良好。
7. 全周波数範囲にわたって性能が安定しています。
8. 小さな小葉を形成できる。
9. 大型パラボラアンテナのフィードホーンとして使用します。
10. 方向性を向上します。
11. 定在波を避ける。
12. 共振部品がなく、広い帯域幅で動作できます。
13. 指向性が強く、より高い指向性を実現します。
14. 反射が少なくなります。
ホーンアンテナの応用
これらのアンテナは、主に天文学研究やマイクロ波を利用した用途に使用されます。実験室では、様々なアンテナパラメータを測定するための給電素子として使用できます。マイクロ波周波数では、中程度の利得があれば使用できます。中程度の利得で動作させるには、ホーンアンテナのサイズを大きくする必要があります。これらのタイプのアンテナは、必要な反射応答への干渉を避けるため、スピードカメラに適しています。パラボラ反射鏡は、ホーンアンテナなどの給電素子によって励振することができ、その高い指向性を利用して反射鏡を照射することができます。
投稿日時: 2024年3月28日
