Forum: HF, Funk und Felder Design Conical Horn Antenna?


von Dan M. (luizaranha)


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Hallo zusammen,
"
in einem anderen thread hatte ich schon beschrieben, dass wir ein 
Conical Horn (kegelförmige Hornantenne) designen müssen. Leider sind wir 
absolut keine Nachrichtentechniker und bitten daher um eure Hilfe.

Unsere Aufgabe ist, eine kegelförmige Hornantenne zu designen mit einem 
Öffnungswinkel (Power Beam width)
von 30° bei einer Wellenlänge von 3cm (10Ghz.
Der Öffnungswinkel für E-field und H-field beträgt im Mittel auch diese 
30. Jedoch finden wir in unserem S11
parameter ein lokales minimum bei 10.8Ghz. Da die Reflexion bei 10Ghz 
natürlich minimal sein sollte (lambda 3cm)
wollten wir das noch optimieren.
Daher die Frage: Ist es überhaupt möglich, dieses lokale S11 minimum 
genau auf 10Ghz zu schieben, und welcher
parameter hat darauf den meisten Einfluss?

Unsere Hornantenne hat die Maße:
Top radius: 33.6mm
Bottom Radius: 10.5mm
Zrange: 52.3mm (Strecke von Topradius zu Bottom Radius).

Zu den Maßen haben wir irgendwie noch keine plausible Berechnung, wir 
hatten einen Startwert angenommen und uns
über probieren rangetastet. Gibts da für dieses "Dreieck" der conical 
Hornantenna nicht eine Dimensionierungs-
vorschrift?


Wir sind für absolut jede Hilfe dankbar!!!
ps.: wir verwenden Microwave Studio
Gruß dan

von Ralph B. (rberres)


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wie sieht denn der Erreger dieses Hornes aus? Genau an den Abmessungen 
des Erregers würde ich drehen.
Wobei ich aber 20db Rückflussdämpfung bei 10GHz garnicht so übel finde.
Vermutlich würde ich das so lassen.


Ralph Berres

von dan (Gast)


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Der Erreger des Horn ist am Anfang des Hohlleiters angebracht. Es ist 
eine elektromagnetische Welle mit E-Feld in Y und H feld in Xrichtung.

War das deine Frage?

von Ralph B. (rberres)


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dan schrieb:
> War das deine Frage?

Nein!

Mich interessiert nicht wo der Erreger sitzt, ( das habe ich sowiso so 
angenommen ) sondern wie der Erreger aufgebaut ist. Ist das ein Lambda 
viertel langer Draht der in den Hohlleiter reinschaut? oder wie sieht 
der aus?

Ralph Berres

von dan (Gast)


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Hi Ralph, also die Länge des Hohlleiters ist uns bisher egal 
gewesen....auf welche Länge sollte man den setzen?

von Ralph B. (rberres)


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Dan
Nicht die Länge des Hohlleiters ist entscheidend, sonndern der Sitz des 
Erregers im Hohlleiter, und die Länge des Erregerdrahtes.

Der Erreger sollte Lambda Viertel vom hinteren Hohlleiterinnenrand ( 
wenn er hinten geschlossen ist ) entfernt mittig im Hohlleiter sitzen 
und Lambda Viertel lang sein. Mit der Länge des Erregers selber kann man 
dann die Anpassung optimieren ( wenn man denn unbedingt will ). Aber ich 
denke mal das 20db Rückflussdämpfung bei 10GHz schon ein recht guter 
Wert ist.

Messen kann man das am besten mit einen Richtkoppler zwischen Erreger 
und Signalgenerator ( minimales SWR ), oder ( wenn auch lange nicht so 
gut, da die Kurve seehhr
breit wird ) mit einen Feldstärkeindikator vor dem Horn. ( maximale 
Feldstärke 9.

Die mehr als 40db Rückflussdämpfung die ihre simuliert habt, werdet ihr 
in der Praxis wohl kaum erreichen.

Ralph Berres

von Andreas (Gast)


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Hallo Ralph,

wenn ich mir die Ergebnisse von W1GHz anschauen, sieht das aber nicht 
nach lamba/4 aus.

www.w1ghz.org/.../Rectangular_Waveguide_to_Coax_Transition_Design.pdf

Gruß Andreas

von Ralph B. (rberres)


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Für mich ist nicht ersichtlich wie der Erreger aussieht.

Ralph Berres

von dan (Gast)


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Der Erreger ist ein Port, der hinten auf den aufgeweiteten Hohlleiter 
Rechteckig draufgelegt ist. Die Welle die der Port abgibt ist in x 
E-feld und in y H-feld.......

von Sepp Obermair (Gast)


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Also ein Waveguide Port aus CST MWS.

Hiermit habt ihr das Hauptproblem der Antenne besete geschoben, nämlich 
die Frage, wie ihr die Antenne speist. In der Realität sind 
Waveguidepors nämlich etwas unpraktisch ;)

Daher machen für mich auch die -40dB S11 nun Sinn.

von Sepp Obermair (Gast)


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ZU eurer Ausgangsfrage:

Lasst doch in MWS den Optimierer drüber laufen.

Bedigung: Minimiere S11 bei 10 GHz, je nachdem wie stark eure Maschien 
ist gönnt ihr euch 5 - 10 Iterationsschritte über die 3 Parameter und es 
sollte passen. für Optimierungswürdig sehe ich vorallem den 
Kleinendurchmesser an.

Die Länge des Horns sollte vorallem Einfluss auf die Richtharakteristik 
haben.

von dan (Gast)


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Hallo Sepp,

vielen Dank für die Beantwortung der Frage.

Ich meine, klar das wir als eig. Leistungselektroniker schon mit einem 
"idealen" Port Probleme haben.....

Zu der Optimierung in MWS hab ich allerdings noch ne Frage:

Wir haben für unsere Aufgabe einen festen kleinen durchmesser 
vorgegeben. Den Rest können wir optimieren.

Unsere 64 Bit Maschine benötigt verhältnismäßig lange ( soviel ich das 
aus meinen Erfahrungswerten sagen kann).

Wir haben diesen Optimizer auch schon entdeckt.  Die Frage ist, welche 
Variablen wir definieren sollten ( äußeren Radius und Länge, äußeren 
Radius und Länge und Winkel....),  die gewünschte Richtcharacteristic 
mit gutem S11 bekommen. Mit Variablen mein ich die Parameter, die der 
Optimierung unterliegen sollen.

Welche Parameter wählen wir denn da am besten?

Danke schon mal, gruß dm

von Finsbury (Gast)


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Ich hab wenig Ahnung von MWS und dem Optimizer (ich glaub die letzte 
Optimizer-Angelegenheit war ein selektiver Verstärker mit Serenade :D ).
Anregungen trotzdem:
Wichtig für die Richtcharakteristik ist jedoch alles von dir genannte. 
Länge, Öffnungswinkel und Aperturgröße.
Steigende Aperturgröße - erstmal höhere Bündelung ABER auch höhere 
Phasendivergenz (und Kreuzpolarisation) - Nebenzipfel - wirkt Bündelung 
irgendwann entgegen. Das ganze gilt vice versa.
Also Optimierungsfrage!
Längeres Horn - geringere Phasendivergenz. Aber wer will schon ein 
12m-Horn ;)
Optimierungsfrage!

Für das optimale S11 bei 10GHz wurde hier nicht umsonst die Frage nach 
der Anregung gestellt. Ich kann mir grad schwer vorstellen wie das mit 
dem Port als Erreger wirkt aber das wesentliche wurde genannt - die 
Speisung befindet sich NICHT am Anfang des Hohlleiters.

Also ich würde den Optimizer mit der Positionierung des Erregers 
(lambda/4!!), mit der Länge der Aufweitung und Öffnungswinkel bzw. 
Aperturgröße füttern.

von dan (Gast)


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Hi Finsbury,

danke für die Hilfe.
Das mit dem Port geht mir jedoch nicht in den Schädel.
Hab nochmal die Zeichnung angehängt, dieses Rechteck (port) gibt es 
ungefähr in MWS. Das wird hinten an die verbreitete Öffnung 
hingeklatscht und dient meiner Auffassung als Erreger.

Wie meint ihr das, dass im Hohlleiter gespeist wird ?

Sorry, aber ich kenn mich einfach so wenig aus...


Greez dm

von Sepp Obermair (Gast)


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Der Port ist so im Prinzip schon richtig, du kannst mir ihm arbeiten 
wenn du die Einkopplung auser Acht lassen willst.

mach aber bitte einmal ein Bild des Ports (wie groß er ist), und schau 
dir ggfs einmal das E Feld am Port an, und überprüfe ob die Moden 
passen.

von Dan M. (luizaranha)


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So hallo, da bin ich wieder.

Wir haben jetzt die Power Beam width gut erreicht. Aber leider mehr 
durch probieren. Im Anhang noch die Portgeschichte.

Weiteres Problem:

Wir haben aus angehängtem Diagramm die Maße entnommen. Jetzt versuch ich 
hier seit stunden ein korrektes Ergebnis für die Länge L zu ermitteln.
Das delta im dreieck ist der Gangunterschied.

Unsere Spezifikation am Anfang war: f=10Ghz, Power Beam Width 
(öffnungswinkel 30°).

Da die Power Beam Width ja bei -3dB definiert ist und wir uns für ein 
delta=0.25 entschieden haben, können wir ein d bestimmen (0.058 ca.). 
Mit delta und d kann man L bestimmen, das wird aber immer negativ.

Hat von euch einer ne Ahnung wie mit diesem Diagramm umzugehen ist...??


Also der untertitel des Diagramms heißt "Richtdiagramme von 
Kegelhörnern".

Ich bin irgendwie echt ratlos...

Gruß dan

von Dan M. (luizaranha)


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Hab ich noch vergessen, hier der geometrische Zusammenhang.

Also wie gesagt, ich bin wirklich kein HF-Mensch, aber ich versuch mich 
jetzt einfach mal durchzukämpfen.

von Dan M. (luizaranha)


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Hallo, also es scheint, dass das Thema Horn Antennen hier nicht so 
populär ist, ich versuchs mal anderst, in dem Diagramm sind ja die 
geometrischen Abmessungen in diesem Dreieck, dass die Hornantenne 
darstellt eingezeichnet, delta ist der Gangunterschied, kann man dieses 
Delta in die Berechnung miteinfließen lassen oder nicht?

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