เสาอากาศเลนส์ : การออกแบบ การทำงาน ประเภท และการใช้งาน

เสาอากาศเป็นอุปกรณ์ส่งสัญญาณโลหะที่ส่งและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าวิทยุระหว่างวงจรไฟฟ้าและช่องว่าง อุปกรณ์เหล่านี้มีขนาดและรูปร่างต่างๆ กัน โดยจะพบเสาอากาศขนาดเล็กบนหลังคาที่ใช้ดูทีวี และเสาอากาศขนาดใหญ่ใช้สำหรับจับสัญญาณที่อยู่ห่างจากดาวเทียมหลายล้านไมล์ มี เสาอากาศประเภทต่างๆ ใช้งานได้โดยที่ทุกเสาอากาศได้รับการออกแบบมาสำหรับการส่งและรับสัญญาณในช่วงความถี่ที่กำหนดตามรูปร่างและขนาดของมันเป็นหลัก เช่น ลวด, ไดโพล, ลูป, ไดโพลสั้น, รูรับแสง, โมโนโพล, เลนส์, สล็อต, ฮอร์น ฯลฯ บทความนี้กล่าวถึง ภาพรวมของเสาอากาศประเภทหนึ่ง ได้แก่ – เสาอากาศเลนส์ และทำงานร่วมกับแอปพลิเคชัน

เสาอากาศเลนส์คืออะไร?

อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสามมิติที่ใช้เป็นหลักสำหรับการใช้งานความถี่สูงเรียกว่าเสาอากาศเลนส์ เสาอากาศนี้ประกอบด้วยเลนส์แม่เหล็กไฟฟ้าพร้อมฟีด และคล้ายกับเลนส์แก้วที่ใช้ในโดเมนออปติก เสาอากาศนี้ใช้พื้นผิวโค้งสำหรับทั้งการส่งและรับ เสาอากาศเหล่านี้ถูกประดิษฐ์ขึ้นด้วยกระจก ในทุกที่ที่ปฏิบัติตามคุณสมบัติของเลนส์ที่มาบรรจบกันและแยกออกจากกัน ช่วงความถี่เสาอากาศของเลนส์มีตั้งแต่ 1,000 MHz ถึง 3,000 MHz

เดอะ หน้าที่ของเสาอากาศเลนส์ คือการสร้างระนาบหน้าคลื่นจากทรงกลม ควบคุมการส่องสว่างของรูรับแสง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียงตัวกัน สร้างด้านหน้าของคลื่นที่เข้ามาที่จุดโฟกัส และสร้างลักษณะเฉพาะของทิศทาง

การออกแบบเสาอากาศเลนส์

เสาอากาศของเลนส์ได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งและรับสัญญาณภายในช่วงความถี่ไมโครเวฟเป็นหลัก หากเราพิจารณาว่าเลนส์ออปติคัลชนิดคอนเวอร์จิคัลมีอยู่ในตำแหน่งเฉพาะ & แหล่งพลังงานอยู่ที่จุดโฟกัสซึ่งผลิตพลังงานที่ระยะทางยาวโฟกัสตามแนวแกนเลนส์ออปติคัลในโหมดส่งสัญญาณ

เราทุกคนควรตระหนักว่าจากมุมมองทางแสง เมื่อแสงตกกระทบด้านนอกเลนส์ แสงจะบิดเนื่องจากการหักเห ในที่นี้ วิธีการบิดของพลังงานแสงขึ้นอยู่กับวัสดุและส่วนโค้งของเลนส์เป็นหลัก

ด้วยเหตุนี้ เมื่อใดก็ตามที่สายอากาศป้อน เช่น สายอากาศแบบไดโพลหรือสายอากาศ Horn อยู่ที่จุดโฟกัสทางด้านซ้ายของเลนส์ หน้าคลื่นทรงกลมที่เกิดขึ้นจากแหล่งกำเนิดซึ่งเบี่ยงเบนไปจากธรรมชาติอาจถูกกระทบจากพื้นผิวของสายอากาศได้

ดังนั้น เมื่อรังสีไหลผ่านหลังจากการตกกระทบ รังสีที่เบี่ยงเบนจะชนกันเนื่องจากการหักเหและเปลี่ยนเป็นหน้าคลื่นแบนราบ ดังนั้น รังสีคู่ขนานจะอยู่ที่ด้านขวาของเลนส์สายตา เช่นนี้ สัญญาณของเสาอากาศที่มีองค์ประกอบฟีดจะถูกส่ง ในทำนองเดียวกัน หากเสาอากาศนี้ทำด้วยวัสดุไดอิเล็กตริก สัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า RF จะถูกจับคู่ในลักษณะเดียวกันและส่งสัญญาณต่อไป

พิจารณาเสาอากาศต่อไปนี้ในโหมดรับสัญญาณ ในโหมดนี้ รังสีคู่ขนานจะตกกระทบบนผิวเลนส์ที่มาบรรจบกัน ที่จุดโฟกัสด้านซ้ายของเลนส์จะบรรจบกันเนื่องจากกลไกการหักเหของแสง ดังนั้น กระบวนการนี้จะใช้เมื่อใช้สำหรับโหมดรับ

ในที่นี้ ควรสังเกตว่าเพื่อให้ได้คุณสมบัติการโฟกัสที่ดีขึ้นที่ความถี่วิทยุ ตัวกลางต้องมีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่าเอกภาพ สิ่งนี้นำไปสู่การให้หน้าคลื่นตรงแม้ว่าดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุจะต่ำ/สูง

การทำงานของเสาอากาศเลนส์

เสาอากาศของเลนส์ทำงานเหมือนกับเลนส์ออปติคัล ในวัสดุเลนส์ สัญญาณไมโครเวฟมีเฟสความเร็วที่แตกต่างจากในอากาศ ดังนั้นความหนาของเลนส์ที่เปลี่ยนไปจึงเป็นเพียงการหน่วงเวลาสัญญาณไมโครเวฟที่ส่งผ่านในปริมาณที่แตกต่างกัน ทิศทางของคลื่นและการเปลี่ยนรูปร่างของหน้าคลื่น

เสาอากาศนี้ใช้คุณสมบัติของคอนเวอร์เจนซ์และไดเวอร์เจนซ์ของเลนส์ในการส่งและรับสัญญาณ เสาอากาศประเภทนี้รวมถึงเสาอากาศไดโพล/ฮอร์นพร้อมเลนส์ ในที่นี้ ขนาดเลนส์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความถี่ในการทำงาน ดังนั้นเมื่อความถี่ในการทำงานสูงขึ้น เลนส์จะมีขนาดเล็กลง ดังนั้นที่ความถี่สูง จึงใช้เสาอากาศเหล่านี้เพราะที่ความถี่ต่ำ อาจค่อนข้างเทอะทะ

ใน พาราโบลารีเฟล็กโต r เราได้เห็นแล้วว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาจากองค์ประกอบฟีดที่จุดโฟกัสของตัวสะท้อนแสงมาถึงพื้นผิวของมัน จากนั้นมันเปลี่ยนไมโครเวฟที่แผ่รังสีเป็นทรงกลมเป็นคลื่นระนาบ ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มทิศทาง

ในทำนองเดียวกัน ในกรณีของเสาอากาศของเลนส์ แหล่งกำเนิดของจุดจะทำงานเหมือนฟีดที่สร้างพลังงานไมโครเวฟไปยังพื้นผิวเลนส์ออปติคัล ดังนั้นพื้นผิวออปติคัลนี้จึงให้พลังงานแก่หน้าคลื่นทรงกลมที่แผ่รังสีออกมาเพื่อเปลี่ยนเป็นหน้าคลื่นที่เรียงตัวกัน

ที่นี่ เป็นที่น่าสังเกตว่าเลนส์ collimating ทำด้วยวัสดุไดอิเล็กตริกที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจำกัด อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ยังสามารถทำด้วยวัสดุที่แสดงค่าดัชนีการหักเหของแสงที่ค่า RF ต่ำกว่าความเป็นเอกภาพ

ประเภทเสาอากาศของเลนส์

มีสองประเภทคือเสาอากาศเลนส์แบบหน่วงเวลาของเลนส์และเสาอากาศของเลนส์แบบเร็วซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

เสาอากาศเลนส์หน่วงเวลา

เลนส์หน่วงเวลาหรือเสาอากาศเลนส์คลื่นช้าสามารถกำหนดให้เป็นเสาอากาศที่ทำให้เกิดการหน่วงในด้านหน้าของคลื่นเคลื่อนที่เนื่องจากสื่อของเลนส์ บางครั้งเสาอากาศประเภทนี้เรียกอีกอย่างว่าเลนส์อิเล็กทริก การแสดงการทำงานของเลนส์อิเล็กทริกของสายอากาศแสดงอยู่ด้านล่าง

ในเสาอากาศประเภทนี้ คลื่นวิทยุจะเคลื่อนที่ช้ามากในตัวกลางเลนส์มากกว่าในพื้นที่ว่าง ดัชนีการหักเหของแสงจะมากกว่าหนึ่ง ดังนั้น ความยาวของเส้นทางจึงเพิ่มขึ้นโดยผ่านตัวกลางของเลนส์

ซึ่งเหมือนกับการดำเนินการของเลนส์ออปติคัลทั่วไปกับแสง เนื่องจากส่วนที่เป็นของแข็งของเลนส์ช่วยเพิ่มความยาวของพาธ เลนส์ที่มาบรรจบกัน เช่น เลนส์นูนจะโฟกัสคลื่นวิทยุและเลนส์แยกเช่นเลนส์เว้าจะกระจายคลื่นวิทยุเหมือนในเลนส์ทั่วไป เลนส์เหล่านี้ทำด้วยวัสดุไดอิเล็กทริกและโครงสร้างแผ่นระนาบ H

เสาอากาศเลนส์หน่วงเวลาแบ่งออกเป็นสองประเภทตามประเภทวัสดุอิเล็กทริกที่ใช้สำหรับการก่อสร้าง: เลนส์อิเล็กทริกแบบโลหะและเลนส์อิเล็กทริกที่ไม่ใช่โลหะ

เสาอากาศเลนส์เร็ว

ในเลนส์ฟาสหรือเสาอากาศเลนส์คลื่นเร็ว คลื่นวิทยุจะเคลื่อนที่เร็วมากภายในตัวกลางของเลนส์เมื่อเทียบกับในพื้นที่ว่าง ดังนั้นดัชนีการหักเหของแสงจึงต่ำกว่าหนึ่ง ดังนั้นความยาวของเส้นทางออปติคอลจึงลดลงโดยการผ่านไปทั่วทั้งตัวกลางของเลนส์ . บางครั้งเสาอากาศนี้เรียกอีกอย่างว่าเสาอากาศแผ่นโลหะ E-plane

เสาอากาศประเภทนี้ไม่มีอะนาล็อกในวัสดุออปติกทั่วไป ดังนั้นจึงเกิดขึ้นเนื่องจากความเร็วเฟสของคลื่นวิทยุภายในท่อนำคลื่นสูงกว่าความเร็วแสง เนื่องจากส่วนที่เป็นของแข็งของเลนส์จะลดความยาวของพาธ เลนส์ที่มาบรรจบกัน เช่น เลนส์เว้าจะโฟกัสที่คลื่นวิทยุ และเลนส์แยกเช่นเลนส์นูนจะอยู่ตรงข้ามกับเลนส์สายตาทั่วไป เลนส์เหล่านี้ผลิตด้วยโครงสร้างเพลต E-plane และวัสดุที่มีดัชนีลบ

ข้อดีและข้อเสีย

เดอะ ข้อดีของเสาอากาศเลนส์ รวมสิ่งต่อไปนี้

• มีความกว้างของลำแสงที่แคบ อุณหภูมิสัญญาณรบกวนต่ำ เกนสูง และกลีบด้านข้างต่ำ
• โครงสร้างของเสาอากาศเหล่านี้มีขนาดกะทัดรัดกว่า
• สิ่งเหล่านี้มีน้ำหนักน้อยกว่าเมื่อเทียบกับตัวสะท้อนแสงแบบพาราโบลาและเสาอากาศแบบแตร
• มีความทนทานต่อการออกแบบที่ดีกว่า
• การรองรับฟีด & ฟีดในเสาอากาศนี้ไม่กีดขวางรูรับแสง
• ลำแสงสามารถเคลื่อนที่เชิงมุมตามแกนได้
• ให้ความยืดหยุ่นมากขึ้นภายใต้ความทนทานต่อการออกแบบ ดังนั้นการบิดภายในเสาอากาศนี้จึงทำได้
• ใช้สำหรับการใช้งานที่มีความถี่สูงมาก

เดอะ ข้อเสียของเสาอากาศเลนส์ รวมสิ่งต่อไปนี้

• เลนส์มีขนาดใหญ่โดยเฉพาะที่ความถี่ต่ำ
• ความซับซ้อนในการออกแบบ
• สิ่งเหล่านี้มีราคาแพงสำหรับคุณสมบัติเดียวกันเมื่อเทียบกับตัวสะท้อนแสง

แอพพลิเคชั่น

เดอะ การประยุกต์ใช้เสาอากาศเลนส์ รวมสิ่งต่อไปนี้

• เหมาะสำหรับความถี่ที่สูงกว่า 3 GHz
• ใช้เหมือนกับเสาอากาศแบบแถบกว้าง
• ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการใช้งานความถี่ไมโครเวฟ
• คุณสมบัติการบรรจบกันของสายอากาศนี้สามารถใช้ในการพัฒนาสายอากาศช่วงสูงที่เรียกว่าสายอากาศสะท้อนแสงแบบพาราโบลา ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารผ่านดาวเทียม
• สิ่งเหล่านี้ถูกใช้เป็นองค์ประกอบการปรับสภาพภายในระบบไมโครเวฟกำลังขยายสูง เช่น กล้องโทรทรรศน์วิทยุ คลื่นมิลลิเมตร เรดาร์ และเสาอากาศรับสัญญาณดาวเทียม

ดังนั้นนี่คือ ภาพรวมของเสาอากาศเลนส์ - การทำงานกับแอพพลิเคชั่น เสาอากาศเหล่านี้ส่วนใหญ่เข้ามาเพื่อมอบโซลูชันให้กับเจ้าของสถานที่และผู้ดำเนินการโดยให้การเชื่อมต่อมือถือที่ดีกว่าซึ่งติดตั้งได้ง่ายกว่าและราคาไม่แพง นี่คือคำถามสำหรับคุณ เสาอากาศแบบแตรคืออะไร?