Антенна представляет собой металлическое передающее устройство, которое передает и принимает электромагнитные волны между электрической цепью и пространством. Эти устройства доступны в различных размерах и формах, где маленькие антенны можно найти на крыше и использовать для просмотра телевизора, а большие антенны используются для захвата сигналов за миллионы километров от спутников. Есть различные типы антенн доступны, когда каждая антенна в основном предназначена для передачи и приема сигналов в определенном диапазоне частот в зависимости от ее формы и размера, таких как провод, диполь, петля, короткий диполь, апертура, монополь, линза, щель, рупор и т. д. В этой статье обсуждается обзор одного из типов антенн а именно – линзовая антенна , и его работа с приложениями.
Что такое линзовая антенна?
Трехмерное электромагнитное устройство, которое используется в основном для высокочастотных приложений, известно как линзовая антенна. Эта антенна включает в себя электромагнитную линзу с облучателем и похожа на стеклянную линзу, которая используется в оптической области. Эта антенна использует изогнутую поверхность как для передачи, так и для приема. Эти антенны изготавливаются из стекла везде, где соблюдаются свойства собирающей и рассеивающей линзы. Диапазон частот линзовой антенны составляет от 1000 МГц до 3000 МГц.
функция линзовой антенны состоит в формировании плоского волнового фронта из сферического, управлении освещенностью апертуры, коллимации электромагнитных лучей, формировании фронта падающей волны в ее фокусе и выдаче характеристик направленности.
Конструкция линзовой антенны
Линзовая антенна в основном предназначена для передачи и приема сигналов в микроволновом диапазоне частот. Если мы рассмотрим, что оптическая линза собирающего типа присутствует в определенном положении, а источник энергии присутствует в фокусной точке, которая производит энергию на расстоянии фокусного расстояния вдоль оси оптической линзы в режиме передачи.
Мы все должны знать, что с оптической точки зрения, когда свет падает на внешнюю сторону линзы, она искривляется из-за преломления. Здесь способ закручивания световой энергии в основном зависит от материала и кривой, из которой сделана линза.
В результате, всякий раз, когда облучающая антенна, такая как дипольная или рупорная антенна, находится в фокусе слева от линзы, выходящий сферический волновой фронт от источника, который отклоняется от природы, может падать на поверхность антенны.
Таким образом, как только лучи проходят через него после падения, отклоняющиеся лучи будут коллимировать из-за преломления и превращаться в плоские волновые фронты. Таким образом, параллельные лучи достигаются с правой стороны оптической линзы. Так передается сигнал антенны с облучателем. Точно так же, если эта антенна изготовлена из диэлектрического материала, то электромагнитные сигналы РЧ точно так же коллимируются и далее передаются.
Теперь рассмотрим следующую антенну в режиме приема. В этом режиме параллельные лучи будут падать на собирающую поверхность линзы, в фокусе с левой стороны линзы сходятся из-за механизма преломления. Таким образом, этот процесс используется, как только он используется для режима приема.
Здесь следует отметить, что для достижения лучших фокусирующих свойств на радиочастоте среда должна иметь показатель преломления ниже единицы. Таким образом, это приводит к получению прямых волновых фронтов, даже если показатель преломления материала низкий/высокий.
Антенна объектива работает
Принцип работы линзовой антенны такой же, как у оптической линзы. В материале линзы микроволновые сигналы имеют другую фазовую скорость, чем в воздухе, поэтому изменяющаяся толщина линзы просто задерживает проходящие через нее микроволновые сигналы в разных количествах, направлении волн и изменении формы волнового фронта.
Эта антенна использует свойства конвергенции и дивергенции линзы как для передачи, так и для приема сигналов. Эти типы антенн включают дипольную/рупорную антенну с линзой. Здесь размер объектива в основном зависит от рабочей частоты, поэтому, когда рабочая частота выше, объектив меньше по размеру. Таким образом, на высоких частотах эти антенны используются, потому что на более низких частотах они могут быть несколько громоздкими.
В параболический рефлектор r, мы видели, что энергия, излучаемая облучателем в фокусе отражателя, достигает его поверхности, после чего преобразует микроволны, излучаемые сферически, в плоские волны. Таким образом, это усиливает направленность.
Точно так же и в случае линзовой антенны точечный источник работает как фидер, который передает микроволновую энергию на поверхность оптической линзы. Таким образом, эта оптическая поверхность заставляет излучаемые сферические волновые фронты превращаться в коллимированные.
Здесь следует отметить, что коллиматорная линза изготовлена из диэлектрического материала, обладающего конечным значением диэлектрической проницаемости. Однако они также могут быть изготовлены из материалов, показатель преломления которых на радиочастотах ниже единицы.
Типы линзовых антенн
Существует два типа линзовых антенн с задержкой и светосильных линзовых антенн, которые обсуждаются ниже.
Антенна с линзой задержки
Антенна с линзой задержки или линзой замедляющей волны может быть определена как антенна, которая вызывает замедление фронтов бегущей волны из-за среды линзы. Иногда такие антенны также называют диэлектрическими линзами. Изображение действия диэлектрической линзы антенны показано ниже.
В антенне такого типа радиоволны в среде линзы распространяются очень медленно, чем в свободном пространстве, показатель преломления больше единицы. Таким образом, длина пути увеличивается за счет прохождения через среду линзы.
Это то же самое, что и действие обычной оптической линзы на свет. Поскольку твердые части линзы увеличивают длину пути, собирающая линза, такая как выпуклая линза, фокусирует радиоволны, а рассеивающая линза, такая как вогнутая линза, рассеивает радиоволны, как и обычные линзы. Эти линзы изготовлены из диэлектрических материалов и структуры пластин H-плоскости.
Линзовые антенны с задержкой подразделяются на два типа в зависимости от типа диэлектрического материала, используемого для изготовления: металлические диэлектрические линзы и неметаллические диэлектрические линзы.
Антенна с быстрым объективом
В быстрой линзе или антенне линзы быстрой волны радиоволны двигаются очень быстрее в среде линзы по сравнению с в свободном пространстве, поэтому показатель преломления ниже единицы, поэтому длина оптического пути уменьшается за счет прохождения через среду линзы. . Иногда эта антенна также известна как антенна с металлической пластиной E-плоскости.
Этот тип антенн не имеет аналога в обычных оптических материалах, поэтому он возникает из-за того, что фазовая скорость радиоволн в волноводах выше скорости света. Поскольку твердые части линзы уменьшают длину пути, собирающая линза, такая как вогнутая линза, фокусирует радиоволны, а рассеивающая линза, такая как выпуклая линза, противоположна обычным оптическим линзам. Эти линзы изготовлены из пластин E-плоскости и метаматериалов с отрицательным показателем преломления.
Преимущества и недостатки
преимущества линзовой антенны включая следующее.
- Он имеет узкую ширину луча, низкую шумовую температуру, высокий коэффициент усиления и низкие боковые лепестки.
- Структура этих антенн более компактна.
- Они имеют меньший вес по сравнению с параболическими рефлекторами и рупорными антеннами.
- Он имеет лучшую переносимость дизайна.
- Опора подачи и подачи в этой антенне не закрывает апертуру.
- Балка может перемещаться под углом относительно оси.
- Он обеспечивает большую гибкость в пределах проектных допусков, поэтому скручивание внутри этой антенны достижимо.
- Он используется для чрезвычайно высокочастотных приложений.
недостатки линзовых антенн включая следующее.
- Объективы громоздки особенно на низких частотах.
- Сложность в дизайне.
- Они дороги для тех же характеристик по сравнению с отражателями.
Приложения
применение линзовых антенн включая следующее.
- Они подходят для частот выше 3 ГГц.
- Используется как широкополосная антенна.
- Они используются в основном для микроволновых приложений.
- Свойства сходимости этой антенны можно использовать для разработки широкого диапазона антенн, называемых антеннами с параболическим отражателем, поэтому они широко используются в спутниковой связи.
- Они используются в качестве коллимирующих элементов в микроволновых системах с высоким коэффициентом усиления, таких как радиотелескопы, радиоприемники миллиметрового диапазона. радар и спутниковые антенны.
Таким образом, это обзор линзовых антенн – работа с приложениями. Эти антенны в основном предназначены для предоставления владельцам и операторам объектов решения, обеспечивающего лучшую мобильную связь, которую проще развернуть и дешевле. Вот вам вопрос, что такое рупорная антенна?
