แผ่นสะท้อนแสงมุม: การทำงาน ประเภท การคำนวณ รูปแบบการแผ่รังสี และการประยุกต์

เสาอากาศที่ใช้เพื่อสะท้อนสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าตกกระทบที่สร้างจากแหล่งที่แยกจากกันเรียกว่าเสาอากาศแบบมุม เสาอากาศเหล่านี้ทำงานที่ความถี่ไมโครเวฟที่สูงกว่า ดังนั้นจึงเป็นที่นิยมอย่างมากในระบบเสาอากาศของยานอวกาศ เนื่องจากมีคุณสมบัติดังนี้ โครงสร้างที่เรียบง่ายและมีน้ำหนักเบา เหล่านี้ ประเภทของเสาอากาศ ทำด้วยตัวสะท้อนแสงหลายแบบซึ่งมีระนาบเป็นรูปพาราโบลา ทรงรี ไฮเพอร์โบลิก (หรือ) ทรงกลม เสาอากาศแบบมุมมีหลายประเภท เช่น ระนาบ แท่ง มุม ทรงกลม พาราโบลา และทรงกระบอก บทความนี้ให้ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับก แผ่นสะท้อนแสงมุม -

กระจกสะท้อนแสงแบบมุมคืออะไร?

อุปกรณ์แบบพาสซีฟที่ใช้เพื่อสะท้อนสัญญาณวิทยุกลับไปในทิศทางของแหล่งกำเนิดรังสีโดยตรงเรียกว่าตัวสะท้อนมุม นี่คือตัวสะท้อนกลับที่มีพื้นผิวเรียบตั้งฉากกันและตัดกันสามพื้นผิว ซึ่งสะท้อนคลื่นไปยังแหล่งกำเนิดโดยตรง แม้ว่าจะแปลงแล้วก็ตาม พื้นผิวทั้งสามที่ตัดกันในเสาอากาศนี้มักมีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส นี่เป็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์มากสำหรับการสอบเทียบระบบเรดาร์

แผ่นสะท้อนแสงเหล่านี้ทำจากแผ่นโลหะ (หรือ) สายไฟที่ทำเป็นมุมฉาก ตัวสะท้อนแสงเหล่านี้มีคุณสมบัติสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะปรากฏเป็นเป้าหมายที่สว่างเหนือจอเรดาร์ แม้ว่าพวกมันจะอยู่นอกแกนหรืออยู่ห่างไกลก็ตาม สิ่งเหล่านี้ถูกใช้บ่อยครั้งเป็นข้อมูลอ้างอิงหรือเครื่องหมายสำหรับการวัดความเร็ว ระยะทาง ตำแหน่ง หรือมุมด้วยเรดาร์

ตัวอย่างของตัวสะท้อนแสงมุม ได้แก่ ตัวสะท้อนแสงมุมเรดาร์และตัวสะท้อนแสงมุมแบบออพติคัล ดังนั้นตัวสะท้อนมุมเรดาร์จึงทำด้วยโลหะที่ใช้สำหรับการสะท้อนสัญญาณวิทยุจากชุดเรดาร์ ในขณะที่ตัวสะท้อนแสงมุมแสง (ลูกบาศก์มุม/มุมลูกบาศก์) ทำด้วยปริซึมแก้วสามด้านที่ใช้ในการกำหนดระยะและการสำรวจด้วยเลเซอร์

กระจกสะท้อนแสงแบบมุมมีไว้เพื่ออะไร?

ตัวสะท้อนมุมใช้ในการสร้างเสียงก้องเรดาร์ที่รุนแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากวัตถุที่ไม่เช่นนั้นจะมี RCS ที่มีประสิทธิภาพต่ำมากเท่านั้น (หน้าตัดเรดาร์) แผ่นสะท้อนแสงนี้มีพื้นผิวนำไฟฟ้าอย่างน้อยสองพื้นผิวขึ้นไป โดยที่พื้นผิวเหล่านี้ติดตั้งในแนวขวาง หากตัวสะท้อนแสงที่มุมมีขนาดใหญ่ขึ้น พลังงานก็จะสะท้อนออกมามากขึ้น

กระจกสะท้อนมุมทำงานอย่างไร?

ตัวสะท้อนมุมทำงานโดยใช้กฎแห่งทัศนศาสตร์ ซึ่งหมายความว่าสัญญาณหลังจากการสะท้อนจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันกับที่ได้รับ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หลักการทำงานของมันคือเมื่อใดก็ตามที่สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้ากระทบกับตัวสะท้อนแสงที่มุม สัญญาณที่เข้ามาจะถูกสะท้อนจากพื้นผิวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าทุกจุด เดิมหมายความว่า คลื่นสำหรับโครงสร้างไดฮีดรัลจะถูกสะท้อนสองครั้ง ในขณะที่คลื่นในโครงสร้างสามเหลี่ยมจะถูกสะท้อนกลับ สามครั้ง. ดังนั้นทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นจะกลับกัน ดังนั้นมันจึงสะท้อนคลื่นในทิศทางจากที่ใดก็ตามที่คลื่นเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นและถือเป็นอุปกรณ์แบบพาสซีฟ

ตัวสะท้อนแสงส่วนใหญ่จะใช้ในเสาอากาศ ดังนั้นจุดประสงค์หลักเบื้องหลังการจัดตัวสะท้อนแสงภายในเสาอากาศคือการเพิ่มทิศทางของมัน ดังนั้นตัวสะท้อนแสงรูปทรงมุมจึงช่วยจำกัดพลังงานที่แผ่ออกมาในแผ่นโลหะ และช่วยปรับปรุงทิศทางโดยการสะท้อนพลังงานที่ได้รับในลักษณะที่ต้องการ

เสาอากาศสะท้อนแสงมุม

มุมหนึ่ง เสาอากาศสะท้อนแสง เป็นเสาอากาศแบบกำหนดทิศทางที่ใช้ความถี่ UHF และ VHF เสาอากาศนี้ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1938 โดย John D. Kraus เสาอากาศนี้มีองค์ประกอบที่ขับเคลื่อนด้วยไดโพลซึ่งจัดเรียงอยู่หน้าจอแสดงผลสี่เหลี่ยมแบนสองจอที่เชื่อมต่อกันที่มุมปกติ 90° เสาอากาศเหล่านี้ได้รับอัตราขยายปานกลาง 10 ถึง 15 dB, อัตราส่วนด้านหน้าต่อด้านหลังสูง 20 ถึง 30 dB และแบนด์วิธกว้าง

เสาอากาศเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับลิงก์การสื่อสารแบบจุดต่อจุดของโทรทัศน์ UHF เสาอากาศรับสัญญาณ ลิงก์ข้อมูลสำหรับ WAN และเสาอากาศวิทยุสมัครเล่นบนแถบความถี่ 144 MHz, 420 MHz และ 1296 MHz เสาอากาศเหล่านี้แผ่คลื่นวิทยุซึ่งมีโพลาไรซ์เชิงเส้น และสามารถติดตั้งได้ทั้งโพลาไรซ์แนวตั้งหรือแนวนอน

ประเภทของตัวสะท้อนแสงมุม

ตัวสะท้อนแสงมุมมีสองประเภทให้เลือก; ไดฮีดรัลและไตรฮีดรัลซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

แผ่นสะท้อนแสงมุม Dihedral

เสาอากาศมุมซึ่งมีสองพื้นผิวบนระนาบตั้งฉากเรียกว่าตัวสะท้อนแสงมุมไดฮีดรัล เสาอากาศนี้มีตัวสะท้อนแสงระนาบสองตัวซึ่งมีมุมไดฮีดรัล 90* ตัวสะท้อนแสงประเภทนี้จะเกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่แผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่นเชื่อมต่อกันในแนวตั้งฉาก และส่วนใหญ่จะใช้ในเสาอากาศ ตัวสะท้อนมุมนี้จะส่งคืนคลื่นไปยังแหล่งกำเนิดการปล่อยก๊าซเฉพาะในกรณีที่ทิศทางลำแสงตกกระทบตั้งฉากกับเส้นตัดของเครื่องบิน คลื่นในรีเฟลกเตอร์ประเภทนี้จะสะท้อนกลับสองครั้ง ตัวสะท้อนแสงเหล่านี้ไวต่อการจัดวางเชิงกล ดังนั้นจึงอาจเกิดปัญหาตามมาอีกมากมาย

แผ่นสะท้อนแสงมุมสามเหลี่ยม

เสาอากาศมุมซึ่งมีสามพื้นผิวบนระนาบตั้งฉากเรียกว่าตัวสะท้อนแสงมุมสามเหลี่ยม ตัวสะท้อนแสงมุมประเภทนี้สามารถเกิดขึ้นได้โดยการเชื่อมต่อแผ่นนำไฟฟ้าสามแผ่นเข้าด้วยกันภายในแนวตั้งฉาก คลื่นสำหรับโครงสร้างสามเหลี่ยมจะสะท้อนสามครั้ง และโดยปกติแล้วตัวสะท้อนแสงเหล่านี้จะใช้ภายในระบบเรดาร์

ตัวสะท้อนนี้มีความทนทานต่อการวางแนวที่ไม่ตรง และนำเสนอวิธีการง่ายๆ สำหรับการตั้งค่าและการสอบเทียบภาคสนามที่รวดเร็วทุกครั้งที่จำเป็น คลื่นวิทยุในตัวสะท้อนนี้กระทบกับมุมและถูกสะท้อนจากทุกพื้นที่ผิวรวมทั้งหมดสามครั้ง ส่งผลให้เกิดคลื่นพลิกกลับที่ส่งกลับไปยังแหล่งกำเนิด ด้วยเหตุนี้ ตัวสะท้อนนี้จึงมีเป้าหมาย RCS (Radar Cross Section) ที่สูงสำหรับการทดสอบระบบเรดาร์ ข้อมูล และการสอบเทียบสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ

ตัวสะท้อนเหล่านี้เป็นตัวสะท้อนเรดาร์แบบ Canonical ที่มักใช้ในการสอบเทียบหรือกำหนดประสิทธิภาพของระบบเรดาร์ ตัวสะท้อนแสงเหล่านี้มีคุณสมบัติที่ต้องการเช่น; มีหน้าตัดเรดาร์ที่ค่อนข้างใหญ่ มีช่วงกว้างของมุมฉากด้วย RCS ขนาดใหญ่ และ RCS ทางทฤษฎีก็คำนวณง่ายๆ เป็นบทบาทของมุมฉาก

รูปแบบการแผ่รังสีของตัวสะท้อนมุม

รูปต่อไปนี้แสดงถึงรูปแบบการแผ่รังสีของตัวสะท้อนแสงมุมแนวตั้งที่มีแกนหลัก รูปแบบการแผ่รังสีในสนามการออกแบบเสาอากาศคือการขึ้นอยู่กับทิศทางของความแรงของคลื่นวิทยุจากเสาอากาศ นี่เป็นการนำเสนอแบบกราฟิกของคุณสมบัติของเสาอากาศสนามไกลและการแปรผันของพลังงานที่แผ่ออกมาโดยเสาอากาศในฐานะฟังก์ชันของเส้นทางที่อยู่ห่างจากเสาอากาศ

การคำนวณตัวสะท้อนแสงมุม

ตัวสะท้อนมุมเป็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์มากสำหรับการสอบเทียบ ระบบเรดาร์ - โดยทั่วไป ตัวสะท้อนแสงนี้จะมีแผ่นตั้งฉากซึ่งตัดกัน โดยทั่วไปเราจะเห็นตัวสะท้อนแสงมุมทั่วไปคือ สามเหลี่ยมและไดฮีดรัล

เมื่อใดก็ตามที่ตัวสะท้อนแสงที่มุมไดฮีดรัลตอบสนองต่อการวางตำแหน่งทางกลไก ตัวสะท้อนแสงจะทนต่อการวางแนวที่ไม่ตรงได้อย่างมาก นี่เป็นวิธีที่สะดวกสำหรับระบบสนามข้อมูลที่รวดเร็ว แผ่นสะท้อนแสงนี้ทำขึ้นโดยใช้แผ่นมุมขวาสามแผ่นดังแสดงในรูปต่อไปนี้

เอฟฟ์ = a^2 /√3

โดยที่ 'a' คือความยาวด้านของตัวสะท้อนแสงแบบสามเหลี่ยม

สามารถวัดส่วนตัดขวางที่มีประสิทธิผลของเรดาร์ได้

σ = 4π ก^4/3แล^2

โดยที่ 'แล' จากสมการข้างต้นคือความยาวคลื่นของสัญญาณเรดาร์

คลื่นในตัวสะท้อนแสงที่มุมสามเหลี่ยมกระทบกับตัวสะท้อนแสงที่มุมและถูกสะท้อนผ่านทุกพื้นผิว 3 ครั้ง ส่งผลให้คลื่นในทิศทางย้อนกลับทั้งหมดส่งกลับไปยังแหล่งกำเนิด ดังนั้น ตัวสะท้อนแสงมุมนี้จึงให้เป้าหมายหน้าตัด RCS หรือเรดาร์ที่สูงมาก สำหรับการทดสอบระบบเรดาร์และการกำหนดลักษณะเฉพาะเป็นหลัก

ข้อดีและข้อเสีย

ที่ ข้อดีของตัวสะท้อนแสงมุม รวมถึงสิ่งต่อไปนี้

• ตัวสะท้อนมุมที่ปลายล่างของย่านความถี่ UHF ช่วยให้ได้รับแบนด์วิธที่กว้าง
• ตัวสะท้อนแสงเหล่านี้มีเกนสูงซึ่งหมายความว่าพวกมันส่งและรับสัญญาณได้สูงกว่าระยะยาว
• หากตัวสะท้อนแสงที่มุมมีพื้นผิวมากขึ้น การสะท้อนก็จะแข็งแกร่งขึ้น
• สิ่งเหล่านี้เหมาะสมอย่างยิ่งที่จะใช้กับไมโครเวฟและความถี่สูงพิเศษในทุกที่ที่มีโครงสร้าง 1 (หรือ) สองความยาวคลื่นภายในมิติโดยรวมสูงสุดที่สามารถใช้งานได้จริง
• โครงสร้างนั้นเรียบง่าย ปรับใช้ง่าย ราคาถูก และสามารถสร้างพร้อมพับเป็นอุปกรณ์พกพาที่แข็งแกร่งได้
• พวกเขาไม่ต้องการแหล่งพลังงาน การสอบเทียบ หรือการบำรุงรักษาใดๆ
• สามารถจัดวางได้ตามทิศทางและสถานที่ต่างๆ
• สิ่งเหล่านี้สามารถใช้เพื่อจำลองเป้าหมายประเภทต่างๆ เช่น ยานพาหนะ เครื่องบิน (หรือ) อาคารโดยการเปลี่ยนรูปร่าง จำนวน และขนาด
• ตัวสะท้อนมุมให้ข้อมูลอ้างอิงที่เชื่อถือได้สำหรับการประเมินประสิทธิภาพของเรดาร์เป็นหลัก
• ตัวสะท้อนเหล่านี้ช่วยในการตรวจสอบความไว ความแม่นยำ และความละเอียด ตลอดจนระบุและแก้ไขอคติหรือข้อผิดพลาดในระบบเรดาร์

ที่ ข้อเสียของตัวสะท้อนแสงมุม รวมถึงสิ่งต่อไปนี้

• การมีตัวสะท้อนแสงที่มุมทำให้การจัดเรียงเสาอากาศค่อนข้างใหญ่
• การใช้ตัวสะท้อนแสงนี้จะทำให้ต้นทุนของเสาอากาศตัวสะท้อนแสงมุมเพิ่มขึ้น
• ตัวสะท้อนมุมไม่ได้เป็นตัวแทนของการตรวจสอบความถูกต้องของเรดาร์สำหรับเป้าหมายในโลกแห่งความเป็นจริงเป็นหลัก
• ตัวสะท้อนมุมสำหรับการตรวจสอบเรดาร์อาจไม่จับภาพสถานการณ์ได้ครบถ้วนตลอดจนความท้าทายที่ระบบเรดาร์อาจพบในทางปฏิบัติ
• ตัวสะท้อนมุมสำหรับการตรวจสอบเรดาร์อาจรบกวนระบบเรดาร์ของผู้ใช้รายอื่น (หรือ)
• สิ่งเหล่านี้อาจสร้างความยุ่งเหยิง (หรือ) การเตือนที่ผิดพลาดบนจอเรดาร์ หรือสร้างความสับสนหรือปกปิดวัตถุประสงค์อื่น ๆ ที่น่าสนใจ ดังนั้นพวกเขาจึงอาจฝ่าฝืนกฎข้อบังคับ (หรือ) การอนุญาตในการใช้น่านฟ้าหรือคลื่นความถี่เรดาร์

การใช้งาน

ที่ การใช้ตัวสะท้อนแสงมุม รวมถึงสิ่งต่อไปนี้

• ตัวสะท้อนมุมถูกใช้ภายในระบบเรดาร์เพื่อซ่อนการมีอยู่ของยานยนต์ป้องกันจากเรดาร์ของคู่ต่อสู้
• ตัวสะท้อนแสงเหล่านี้ยังใช้ในการรับสัญญาณทีวีด้วย ดังนั้นค้นหาการใช้งานภายในเสาอากาศภายในบ้าน
• สิ่งเหล่านี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันการสื่อสารด้วยแสง
• ตัวสะท้อนมุมยังมีประโยชน์สำหรับการตรวจสอบเรดาร์หากใช้อย่างเหมาะสมและระมัดระวัง
• สิ่งเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับเสาอากาศรับสัญญาณทีวี UHF, ลิงก์ข้อมูลสำหรับ WAN ไร้สาย, ลิงก์การสื่อสารแบบจุดต่อจุด และเสาอากาศวิทยุสมัครเล่นบนแถบความถี่ 1296 และ 144, 420 MHz
• สิ่งเหล่านี้ใช้สำหรับสะท้อนคลื่นวิทยุหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ ไปยังแหล่งกำเนิดรังสีโดยตรง
• สิ่งเหล่านี้ใช้เพื่อสร้างเสียงสะท้อนเรดาร์ที่แข็งแกร่งจากวัตถุต่างๆ ซึ่งปกติแล้วจะมี RCS (หน้าตัดเรดาร์) ที่มีประสิทธิภาพต่ำมาก
• สิ่งเหล่านี้ถูกใช้เพื่อทำแผ่นสะท้อนแสงสำหรับจักรยาน ป้าย และรถยนต์
• สิ่งเหล่านี้ยังสามารถใช้ในการสะท้อนลำแสงเลเซอร์กลับมายังโลกจากพื้นผิวดวงจันทร์

อย่างนี้นี่เอง ภาพรวมของตัวสะท้อนแสงที่มุม การทำงาน ประเภท ข้อดี ข้อเสีย และการนำไปใช้งาน นี่คือตัวสะท้อนแสงที่มีพื้นผิวคู่ตั้งฉากกันและตัดกัน 3 อัน ซึ่งจำลองคลื่นไปยังแหล่งกำเนิดอย่างเปิดเผย ในแผ่นสะท้อนแสงนี้ พื้นผิวทั้งสามที่ตัดกันจะมีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมบ่อยครั้ง ตัวสะท้อนแสงเหล่านี้ทำขึ้นอย่างเรียบง่ายด้วยโลหะที่ใช้สำหรับสะท้อนคลื่นวิทยุจากชุดเรดาร์ ในขณะที่ตัวสะท้อนแสงมุมแสงนั้นทำด้วยปริซึมแก้วสามด้านซึ่งใช้สำหรับการสำรวจและการกำหนดระยะด้วยเลเซอร์ นี่คือคำถามสำหรับคุณ เสาอากาศคืออะไร?