माइक्रोवेव और मिलीमीटर-वेव इंजीनियरिंग में हॉर्न एंटेना सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले दिशात्मक एंटेना में से हैं। इनकी सरल यांत्रिक संरचना, पूर्वानुमानित विकिरण विशेषताएँ, अपेक्षाकृत कम परावर्तन और मध्यम से उच्च लाभ प्राप्त करने की क्षमता इन्हें एंटेना मापन, ईएमसी परीक्षण, रडार, संचार प्रणालियों, फीड सिस्टम और आरएफ प्रयोगशालाओं में उपयोगी बनाती है।
हॉर्न एंटीना को मूल रूप से एक के रूप में माना जा सकता है।धीरे-धीरे चौड़ा होते छिद्र वाला वेवगाइडविद्युत चुम्बकीय तरंगों को वेवगाइड से मुक्त स्थान में अचानक संक्रमण का सामना करने देने के बजाय, फैला हुआ भाग अधिक क्रमिक परिवर्तन प्रदान करता है। इससे प्रतिबाधा मिलान में सुधार होता है और विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का अधिक भाग नियंत्रित विकिरण किरण में निर्देशित होता है।
वेवगाइड की ज्यामिति और एपर्चर के विस्तार की दिशा के आधार पर, हॉर्न एंटेना को कई रूपों में डिज़ाइन किया जा सकता है, जिनमें शामिल हैं:क्षेत्रीय सींग, पिरामिडनुमा सींग और शंक्वाकार सींगमूल संदर्भ लेख हॉर्न एंटीना संरचनाओं के मुख्य परिचय के रूप में इन तीन विन्यासों का उपयोग करता है।
1. हॉर्न एंटीना कैसे काम करता है?
एक वेवगाइड विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को एक चालक संरचना के भीतर सीमित रखता है। जब निर्देशित तरंग एक खुले सिरे तक पहुँचती है, तो ऊर्जा का कुछ हिस्सा मुक्त स्थान में विकीर्ण हो जाता है, जबकि कुछ हिस्सा वेवगाइड और मुक्त स्थान के प्रतिबाधाओं के बीच संक्रमण के कारण परावर्तित हो सकता है।
हॉर्न एंटीना, एपर्चर की ओर वेवगाइड के क्रॉस सेक्शन को धीरे-धीरे बढ़ाकर इस संक्रमण की अचानकता को कम करता है।
विद्युत चुम्बकीय तरंग जब फैले हुए भाग से होकर गुजरती है, तो क्षेत्र एक बड़े छिद्र पर फैल जाता है। फिर यह छिद्र मुक्त अंतरिक्ष में विकिरण करता है और एक दिशात्मक किरण उत्पन्न करता है।
इसलिए फ्लेयर दो महत्वपूर्ण उद्देश्यों की पूर्ति करता है:
- यह वेवगाइड और मुक्त स्थान के बीच एक सुगम संक्रमण प्रदान करता है।
- यह प्रभावी विकिरण छिद्र को बढ़ाता है, जिससे बेहतर दिशात्मकता और लाभ प्राप्त होता है।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि सींगपरावर्तन या स्थिर तरंगों को पूरी तरह से समाप्त नहीं करता हैइसके बजाय, उचित रूप से डिज़ाइन किया गया हॉर्न परावर्तन को कम कर सकता है और अच्छा प्रतिबाधा मिलान प्रदान कर सकता है, जो आमतौर पर अपेक्षाकृत कम VSWR में परिलक्षित होता है।
चित्र 1. धीरे-धीरे फैलते हुए वेवगाइड एपर्चर वाला विशिष्ट हॉर्न एंटीना।
2. हॉर्न एंटेना की परिचालन आवृत्ति
हॉर्न एंटेना की कोई एक सार्वभौमिक आवृत्ति सीमा नहीं होती है।
उनकी परिचालन आवृत्ति काफी हद तक निर्धारित होती हैवेवगाइड के आयाम, वेवगाइड मोड, एपर्चर की ज्यामिति, फीड संरचना और इच्छित बैंडविड्थ.
पारंपरिक हॉर्न एंटेना विशेष रूप से माइक्रोवेव और मिलीमीटर-वेव आवृत्तियों पर आम हैं क्योंकि तरंगदैर्ध्य कम होने पर वेवगाइड के आयाम व्यावहारिक हो जाते हैं। हालांकि, विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए ब्रॉडबैंड हॉर्न संरचनाएं कम आवृत्तियों पर भी काम कर सकती हैं, जबकि सटीक वेवगाइड हॉर्न मिलीमीटर-वेव और सब-टीएचजेड बैंड तक अच्छी तरह से विस्तारित हो सकते हैं।
उदाहरण के लिए, हॉर्न एंटीना डिज़ाइन सैकड़ों मेगाहर्ट्ज़ से लेकर 100 GHz से भी ऊपर की रेंज में पाए जा सकते हैं। RF MISO वर्तमान में ब्रॉडबैंड हॉर्न कॉन्फ़िगरेशन प्रदान करता है जो 100 GHz से संचालित होते हैं।300–750 मेगाहर्ट्जसाथ ही साथ शंक्वाकार सींग वाले एंटेना भी शामिल हैं।220–325 GHzयह दर्शाता है कि इस एंटीना परिवार की व्यावहारिक आवृत्ति सीमा कितनी व्यापक हो सकती है।
3. हॉर्न एंटेना के मुख्य प्रकार
3.1 सेक्टोरल हॉर्न एंटीना
एक आयताकार वेवगाइड को केवल एक ही तल में फैलाने पर एक सेक्टोरल हॉर्न बनता है।
यदि वेवगाइड को विस्तारित किया जाता हैई-प्लेनइस संरचना को कहा जाता हैई-प्लेन सेक्टोरल हॉर्नयदि विस्तार होता हैएच विमानइसे कहा जाता हैएच-प्लेन सेक्टोरल हॉर्न.
क्योंकि एपर्चर का आयाम केवल एक ही तल में बढ़ता है, इसलिए बीम शेपिंग उस संबंधित तल में अधिक स्पष्ट होती है।
3.2 पिरामिडनुमा हॉर्न एंटीना
एक पिरामिडनुमा हॉर्न तब बनता है जब एक आयताकार वेवगाइड को ई-प्लेन और एच-प्लेन दोनों दिशाओं में फैलाया जाता है।
परिणामी संरचना एक कटे हुए पिरामिड के समान दिखती है और दोनों दिशाओं में छिद्र विस्तार प्रदान करती है।
पिरामिडनुमा सींगों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता हैमानक लाभ हॉर्न और संदर्भ एंटेनाक्योंकि उनके लाभ और विकिरण पैटर्न को सटीक रूप से चित्रित किया जा सकता है।
उदाहरण के लिए, RF MISO कई माइक्रोवेव और मिलीमीटर-वेव बैंडों में मानक गेन हॉर्न एंटेना प्रदान करता है। इसके WR10 मानक गेन हॉर्न परिवार में निम्नलिखित मॉडलों का उपयोग किया जा सकता है:75 से 110 GHzनिर्दिष्ट लाभ, VSWR, ध्रुवीकरण और बीमविड्थ विशेषताओं के साथ।
3.3 शंक्वाकार हॉर्न एंटीना
एक शंक्वाकार हॉर्न आमतौर पर एक वृत्ताकार तरंग गाइड को एक वृत्ताकार छिद्र की ओर धीरे-धीरे विस्तारित करके बनाया जाता है।
पिरामिडनुमा हॉर्न के विपरीत, जो एक आयताकार वेवगाइड से उत्पन्न होता है, एक शंक्वाकार हॉर्न में घूर्णी रूप से सममित ज्यामिति होती है।
शंक्वाकार हॉर्न एंटेना का उपयोग आमतौर पर माइक्रोवेव, मिलीमीटर-वेव, फीड और माप अनुप्रयोगों में किया जाता है। फीड संरचना और ध्रुवीकरण नेटवर्क के आधार पर, ये अधिक विशिष्ट ध्रुवीकरण विन्यासों को भी सपोर्ट कर सकते हैं।
चित्र 2. विशिष्ट हॉर्न एंटीना विन्यास: ई-प्लेन सेक्टोरल, एच-प्लेन सेक्टोरल, पिरामिडनुमा और शंक्वाकार हॉर्न।
4. फ्लेयर कोण, एपर्चर का आकार और हॉर्न की लंबाई
किसी हॉर्न की ज्यामिति का उसके विद्युत चुम्बकीय प्रदर्शन पर सीधा प्रभाव पड़ता है।
डिजाइन के तीन महत्वपूर्ण मापदंड इस प्रकार हैं:
फ्लेयर कोण, एपर्चर का आकार और हॉर्न की लंबाई।
आमतौर पर एक बड़ा एपर्चर उच्च दिशात्मकता और एक संकीर्ण बीम प्रदान कर सकता है, लेकिन केवल फ्लेयर कोण बढ़ाने से स्वचालित रूप से बेहतर प्रदर्शन नहीं होता है।
यदि किसी दिए गए एपर्चर आकार के लिए हॉर्न बहुत छोटा है, तो एपर्चर के आर-पार अत्यधिक फेज भिन्नता दिखाई दे सकती है। इससे एपर्चर की दक्षता कम हो जाती है और विकिरण पैटर्न की गुणवत्ता खराब हो सकती है।
इसके विपरीत, हॉर्न को अत्यधिक लंबा बनाने से यांत्रिक आकार और वजन तो बढ़ जाता है, लेकिन जरूरी नहीं कि इससे प्रदर्शन में आनुपातिक सुधार हो।
इसलिए हॉर्न डिजाइन में संतुलन शामिल होता है:
- एपर्चर आकार
- फ्लेयर कोण
- लंबाई
- चरण त्रुटि
- पाना
- दिशात्मक
- यांत्रिक आयाम
5. विकिरण पैटर्न और किरण की विशेषताएं
हॉर्न एंटेना आम तौर पर दिशात्मक रेडिएटर होते हैं।
विद्युतचुंबकीय ऊर्जा मुख्य रूप से छिद्र के माध्यम से आगे की दिशा में केंद्रित होती है, जिससे पार्श्व लोबों के साथ एक स्पष्ट रूप से परिभाषित मुख्य किरण उत्पन्न होती है।
विकिरण पैटर्न में दो तरह की कटौती विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं:
- ई-प्लेन विकिरण पैटर्न
- एच-प्लेन विकिरण पैटर्न
3 dB बीमविड्थइसका उपयोग आमतौर पर उन दो बिंदुओं के बीच मुख्य बीम की कोणीय चौड़ाई का वर्णन करने के लिए किया जाता है जहां विकीर्ण शक्ति अपने अधिकतम मान से 3 dB नीचे गिर जाती है।
सामान्य तौर पर, तरंगदैर्ध्य के सापेक्ष प्रभावी एपर्चर को बढ़ाने से दिशात्मकता बढ़ती है और किरण के संकीर्ण होने की प्रवृत्ति होती है।
यह संबंध व्यावहारिक मिलीमीटर-वेव हॉर्न एंटेना में भी देखा जा सकता है। उदाहरण के लिए, आरएफ एमआईएसओ के 75-110 GHz मानक गेन हॉर्न, गेन और वीएसडब्ल्यूआर डेटा के साथ-साथ ई-प्लेन और एच-प्लेन बीमविड्थ विशेषताओं को निर्दिष्ट करते हैं।
चित्र 3. हॉर्न के छिद्र से विद्युत चुम्बकीय तरंग के विस्तार और विकिरण का चित्रण।
6. हॉर्न एंटेना के लाभ
हॉर्न एंटेना आरएफ और माइक्रोवेव सिस्टम के लिए कई फायदे प्रदान करते हैं:
अच्छी दिशात्मकता
बड़ा छिद्र विकिरण को आगे की दिशा में केंद्रित करता है।
पूर्वानुमानित विकिरण विशेषताएँ
अच्छी तरह से डिजाइन किए गए हॉर्न एंटेना स्थिर और सुस्पष्ट ई-प्लेन और एच-प्लेन पैटर्न प्रदान कर सकते हैं।
अच्छा प्रतिबाधा मिलान
वेवगाइड से मुक्त स्थान में क्रमिक संक्रमण परावर्तन को कम कर सकता है और कम VSWR को बनाए रखने में सहायक हो सकता है।
मध्यम से उच्च लाभ
अलग-अलग गेन स्तर प्रदान करने के लिए विभिन्न एपर्चर आकार और हॉर्न की लंबाई डिजाइन की जा सकती है।
अपेक्षाकृत सरल संरचना
कई जटिल उच्च-लाभ वाले एंटीना आर्किटेक्चर की तुलना में, पारंपरिक हॉर्न यांत्रिक रूप से सरल और मजबूत होते हैं।
उच्च आवृत्ति माप के लिए उपयुक्त
उनकी वेवगाइड-आधारित संरचना हॉर्न एंटेना को माइक्रोवेव और मिलीमीटर-वेव मापन प्रणालियों में विशेष रूप से मूल्यवान बनाती है।
7. डिजाइन संबंधी विचार और सीमाएँ
हॉर्न एंटेना में भी कई इंजीनियरिंग संबंधी समझौते शामिल होते हैं।
उच्च गेन के लिए आमतौर पर एक बड़े विद्युत एपर्चर की आवश्यकता होती है, जिससे एंटीना के भौतिक आयाम बढ़ सकते हैं।
एपर्चर के आकार, हॉर्न की लंबाई और फ्लेयर कोण के बीच के संबंध को भी सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए ताकि एपर्चर में स्वीकार्य चरण वितरण बनाए रखा जा सके।
बहुत उच्च आवृत्तियों पर, मशीनिंग सटीकता, सतह की गुणवत्ता, वेवगाइड के आयाम और फ्लेंज संरेखण तेजी से महत्वपूर्ण हो जाते हैं क्योंकि अपेक्षाकृत छोटी यांत्रिक त्रुटियां भी तरंगदैर्ध्य का एक महत्वपूर्ण अंश दर्शा सकती हैं।
इसलिए इंजीनियरों को न केवल गेन और फ्रीक्वेंसी रेंज का मूल्यांकन करना चाहिए, बल्कि निम्नलिखित का भी मूल्यांकन करना चाहिए:
VSWR, ध्रुवीकरण, क्रॉस-ध्रुवीकरण प्रदर्शन, बीमविड्थ, साइडलोब स्तर, RF इंटरफ़ेस, पावर हैंडलिंग और यांत्रिक सहनशीलता।
8. हॉर्न एंटेना के अनुप्रयोग
दिशात्मक विकिरण, स्थिर विशेषताओं और वेवगाइड सिस्टम के साथ अनुकूलता के कारण, हॉर्न एंटेना का व्यापक रूप से उपयोग निम्नलिखित में किया जाता है:
- एंटीना लाभ माप
- विकिरण पैटर्न माप
- ईएमसी और ईएमआई परीक्षण
- रडार प्रणालियाँ
- माइक्रोवेव और मिलीमीटर-वेव संचार
- उपग्रह एंटीना परीक्षण
- दिशा निर्धारण और निगरानी
- एनकोइक चैम्बर माप
- परावर्तक एंटीना फ़ीड
- आरएफ अनुसंधान और प्रयोगशाला प्रणालियाँ
- अंशांकन और संदर्भ एंटीना अनुप्रयोग
ब्रॉडबैंड हॉर्न डिज़ाइन माप और निगरानी प्रणालियों के लिए व्यापक ऑपरेटिंग बैंडविड्थ भी प्रदान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, RF MISO के 18–40 GHz ब्रॉडबैंड हॉर्न एंटेना माइक्रोवेव परीक्षण, एंटेना माप, उपग्रह एंटेना परीक्षण, दिशा निर्धारण, निगरानी और EMC-संबंधित मापों सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए निर्दिष्ट हैं।
निष्कर्ष
एक हॉर्न एंटीना एक निर्देशित विद्युत चुम्बकीय तरंग को धीरे-धीरे फैलने वाले वेवगाइड एपर्चर के माध्यम से दिशात्मक मुक्त-स्थान विकिरण में परिवर्तित करता है।
इसका संयोजनउत्कृष्ट प्रतिबाधा मिलान, दिशात्मक विकिरण, पूर्वानुमानित किरण विशेषताएँ, उपयोगी लाभ और अपेक्षाकृत सरल संरचनाइस हॉर्न ने माइक्रोवेव और मिलीमीटर-वेव इंजीनियरिंग में सबसे महत्वपूर्ण एंटीना संरचनाओं में से एक को स्थापित कर दिया है।
सेक्टोरल और पिरामिडल हॉर्न से लेकर कोनिकल और ब्रॉडबैंड डिजाइन तक, विभिन्न संरचनाओं को विशिष्ट आवृत्ति श्रेणियों, ध्रुवीकरण आवश्यकताओं, लाभ स्तरों और माप वातावरण के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।
हॉर्न एंटीना का चयन करने वाले इंजीनियरों के लिए, आवृत्ति सीमा केवल प्रारंभिक बिंदु है। संपूर्ण आरएफ सिस्टम की आवश्यकताओं के अनुसार गेन, वीएसडब्ल्यूआर, बीमविड्थ, ध्रुवीकरण, वेवगाइड या समाक्षीय इंटरफ़ेस, पावर हैंडलिंग और यांत्रिक आयामों का मूल्यांकन किया जाना चाहिए।
पोस्ट करने का समय: 21 अगस्त 2026
