Hva er en rombisk antenne?
En rombisk antenne er en retningsbestemt trådantenne dannet av fire ledende elementer arrangert i en diamantformet struktur. Den kan sees på som to V-antenner koblet ende mot ende, med ett spisst toppunkt brukt som matepunkt og det motsatte toppunktet vanligvis koblet til en termineringsmotstand.
I motsetning til en resonant dipol, fungerer en korrekt terminert rombisk antenne primært som en vandrebølgeantenne. RF-strøm beveger seg fra matepunktet langs de fire ledningsseksjonene mot termineringslasten. De elektromagnetiske feltene som produseres av disse seksjonene kombineres for å skape en konsentrert stråle langs rombens hovedakse.
Rombiske antenner ble godt kjent for HF-kommunikasjon over lange avstander fordi de kan gi bred frekvensdekning, nyttig forsterkning og relativt stabile retningsegenskaper. Deres store fysiske størrelse gjør dem imidlertid mer egnet for faste installasjoner enn kompakte kommunikasjonsplattformer.
Grunnleggende struktur
En konvensjonell rombeantenne består av fire like lange ledninger hengende over bakken. Sammen danner disse ledningene en horisontal rombe med to spisse vinkler og to stumpe vinkler.
Antennen mates i den ene enden, mens den motsatte enden er koblet til en ikke-induktiv termineringsmotstand. Denne motstanden er valgt for å tilnærme seg antennestrukturens karakteristiske impedans og absorbere den gjenværende vandrebølgeenergien.
De viktigste designparametrene inkluderer:
- Lengden på hver ledningsseksjon
- Spiss eller topvinkel på romben
- Installasjonshøyde over bakken
- Matepunktimpedans
- Avslutningsmotstand
- Lederdiameter
- Målfrekvensområde og forplantningsvei
Den optimale vinkelen er ikke en universell fast verdi. Den avhenger av den elektriske lengden på hver side og ønsket høyde og asimutretning for hovedstrålen.
Figur 1. Grunnleggende konfigurasjon av en terminert horisontal rombisk antenne.
Hvordan fungerer en rombisk antenne?
Hver side av romben oppfører seg som en langtrådsradiator. Når strømmen forplanter seg langs lederne, produserer hver ledningsseksjon en retningsbestemt strålingskomponent.
Når antennens dimensjoner og vinkler er riktig valgt, forsterker feltene som utstråles av de fire sidene hverandre i fremoverretningen. I andre retninger kansellerer noen feltkomponenter delvis ut hverandre. Det kombinerte resultatet er en relativt smal hovedstråle langs rombens lange diagonal.
Avslutningsmotstanden spiller en viktig rolle. Ved å absorbere energi som når den fjerne enden, reduserer den strømrefleksjon og forhindrer at det dannes en sterk stående bølge på lederne. Dette hjelper antennen med å opprettholde mer stabile impedans- og strålingsegenskaper over et relativt bredt frekvensområde.
Avveiningen er effektivitet. En del av sendereffekten omdannes til varme i termineringsmotstanden i stedet for å bli utstrålt. Antennedesign krever derfor en balanse mellom retningsvirkning, båndbredde, impedansstabilitet og strålingseffektivitet.
Frekvensområde og elektrisk størrelse
Tradisjonelle rombiske antenner i full størrelse er tettest forbundet med HF-kommunikasjon. Ved disse frekvensene er antennesidene ofte flere bølgelengder lange, noe som gjør at strukturen kan produsere betydelig retningsforsterkning.
En rombisk antenne er ikke definert av ett fast frekvensområde. Dimensjonene kan teoretisk sett skaleres for forskjellige frekvenser, men strukturen blir ekstremt stor ved lavere frekvenser og krever strengere mekaniske toleranser ved høyere frekvenser.
Kompakte rombiske og rombiske sløyfestrukturer kan også brukes ved VHF-, UHF- eller mikrobølgefrekvenser. Imidlertid kan disse skalerte designene ha andre matings-, polarisasjons- og strålingsegenskaper enn en tradisjonell terminert HF rombisk antenne.
Figur 2. Eksempel på en kompakt rombisk antennestruktur for mottak av høyere frekvenser.
Terminerte og uterminerte rombiske antenner
En terminert rombisk antenne produserer normalt et ensrettet strålingsmønster. Mesteparten av den nyttige strålingen rettes fra matepunktet mot termineringsenden.
Hvis avslutningsmotstanden fjernes, reflekteres strøm fra den åpne enden. Antennen utvikler da en sterkere stående bølgekomponent og kan produsere et toveis mønster, med hovedstråling i to motsatte retninger.
Den uterminerte konfigurasjonen kan unngå effekttap i en termineringsmotstand, men inngangsimpedansen og strålingsmønsteret varierer generelt mer betydelig med frekvensen. Den kan også vise et dårligere forhold mellom for- og bakover og mindre forutsigbar bredbåndsoppførsel.
Strålingsmønster og polarisering
Strålingsmønsteret til en terminert rombisk antenne er karakterisert av en fremre hovedlobe og flere sidelober. Den nøyaktige stråleretningen og strålebredden avhenger av sidelengde, rombevinkel, installasjonshøyde, driftsfrekvens og bakkeforhold.
Å øke den elektriske lengden kan forbedre retningsevnen, men det kan også produsere flere sidelober. Disse uønskede lobene kan utstråle energi i utilsiktede retninger og redusere den praktiske fordelen med fjernstrålen.
En horisontalt installert rombisk antenne er primært horisontalt polarisert i hovedstrålingsretningen. Imidlertid kan det komplette tredimensjonale mønsteret også inneholde vertikale polarisasjonskomponenter, spesielt i sidelobene og i retninger bort fra hovedaksen.
Figur 3. Illustrativt ensrettet strålingsmønster for en terminert rombisk antenne.
Mating og impedanstilpasning
Den rombiske antennen er vanligvis en balansert struktur med relativt høy inngangsimpedans. Den mates ofte ved hjelp av en balansert transmisjonslinje eller gjennom en passende impedanstransformator og balun.
Når koaksialkabel brukes, må overgangen mellom den ubalanserte mateledningen og den balanserte antennen utformes nøye. Utilstrekkelig tilpasning kan øke reflektert effekt, introdusere fellesmodusstrøm og forvrenge det tiltenkte strålingsmønsteret.
Ingeniører bør vurdere:
- Inngangsimpedans
- Returtap og VSWR
- Avslutningsmotstand
- Fremovergevinst
- Forhold mellom forside og bakside
- Stråleretning
- Sidelobenivå
- Polarisering
- Krafthåndteringsevne
For høyeffektsoverføringssystemer må termineringsmotstanden kunne avgi betydelig RF-effekt på en sikker måte.
Fordeler
De viktigste fordelene med en rombisk antenne inkluderer:
- Relativt bred driftsbåndbredde
- Nyttig retningsforsterkning
- Stabil impedans når den er riktig terminert
- Enkel trådbasert konstruksjon
- Egnet for langdistanse HF-lenker
- Kan håndtere høy sendereffekt med passende komponenter
- Flere rombiske antenner kan arrangeres for bredere dekning eller bytte mellom retninger
Begrensninger
Dens viktigste begrensninger inkluderer:
- Krever et stort installasjonsområde
- Trenger flere høye støttestrukturer
- En del av RF-effekten går tapt i termineringsmotstanden
- Kan produsere betydelige sidelober
- Ytelsen påvirkes av høyde og bakkeforhold
- Mekanisk vedlikehold kan være krevende
- Ikke egnet for de fleste kompakte eller mobile plattformer
Typiske bruksområder
Rombiske antenner har historisk sett blitt brukt til:
- HF-kommunikasjon over lang avstand
- Faste punkt-til-punkt radioforbindelser
- Kortbølgemottaksstasjoner
- Ionosfærisk og himmelbølgekommunikasjon
- Internasjonale kommunikasjonsnettverk
- Radioovervåking og signalintelligens
- Forskning på langtråds- og vandrebølgeantenner
Selv om moderne kommunikasjonssystemer ofte bruker log-periodiske antenner, bredbåndsarrayer, reflektorantenner og elektronisk styrte antennesystemer, er den rombiske antennen fortsatt et viktig eksempel i antenneteori.
Den demonstrerer tydelig hvordan lederlengde, vandrebølgestrøm, geometrisk vinkel og feltsuperposisjon kan brukes til å kontrollere antenneretningsevne og båndbredde.
RF MISO tilbyr antenne- og mikrobølgekomponentløsninger for RF-testing, kommunikasjon, radar, antennemåling og systemintegrasjon. Å forstå klassiske antennestrukturer som den rombiske antennen hjelper ingeniører med å evaluere viktige parametere, inkludert frekvensområde, forsterkning, polarisering, strålebredde, VSWR, sidelobenivå og strålingseffektivitet.
For å lære mer om antenner, vennligst besøk:
Publisert: 24. juli 2026
