Linsenantenne: Design, Funktion, Typen und Anwendungen

Eine Antenne ist ein metallisches Übertragungsgerät, das elektromagnetische Funkwellen zwischen dem Stromkreis und dem Raum sendet und empfängt. Diese Geräte sind in verschiedenen Größen und Formen erhältlich, wobei die kleinen Antennen auf Ihrem Dach zum Fernsehen zu finden sind und die großen Antennen zum Erfassen von Signalen verwendet werden, die Millionen von Kilometern von Satelliten entfernt sind. Es gibt verschiedene Antennentypen s verfügbar, wenn jede Antenne hauptsächlich zum Senden und Empfangen von Signalen in einem bestimmten Frequenzbereich basierend auf ihrer Form und Größe wie Draht, Dipol, Schleife, kurzer Dipol, Apertur, Monopol, Linse, Schlitz, Horn usw. ausgelegt ist. Dieser Artikel behandelt eine Übersicht über einen der Antennentypen nämlich – Linsenantenne , und seine Arbeit mit Anwendungen.

Was ist eine Linsenantenne?

Das dreidimensionale elektromagnetische Gerät, das hauptsächlich für Hochfrequenzanwendungen verwendet wird, ist als Linsenantenne bekannt. Diese Antenne enthält eine elektromagnetische Linse mit Speisung und ähnelt einer Glaslinse, die im optischen Bereich verwendet wird. Diese Antenne verwendet eine gekrümmte Oberfläche für Übertragung und Empfang. Diese Antennen werden mit Glas gefertigt, wo immer sowohl die Eigenschaften der Sammel- als auch der Zerstreuungslinse beachtet werden. Der Frequenzbereich der Linsenantenne reicht von 1000 MHz bis 3000 MHz.

Der Funktion einer Linsenantenne besteht darin, eine ebene Wellenfront aus einer sphärischen Beleuchtung zu erzeugen, eine Apertur zu steuern, elektromagnetische Strahlen zu kollimieren, die Front der einfallenden Welle in ihrem Fokus zu bilden und Richtcharakteristiken zu erzeugen.

Linsenantennen-Design

Die Linsenantenne ist hauptsächlich zum Senden und Empfangen von Signalen im Mikrowellenfrequenzbereich ausgelegt. Wenn wir davon ausgehen, dass an einer bestimmten Position eine optische Linse vom konvergierenden Typ vorhanden ist und am Brennpunkt eine Energiequelle vorhanden ist, die die Energie in einem Brennweitenabstand entlang der Achse der optischen Linse im Transmissionsmodus erzeugt.

Wir alle sollten uns darüber im Klaren sein, dass sich das Licht aus optischer Sicht, wenn es auf die Außenseite der Linse fällt, aufgrund der Brechung verdreht. Hier hängt die Art der Verdrillung der Lichtenergie hauptsächlich vom Material und der Krümmung ab, aus der die Linse hergestellt wird.

Dadurch kann immer dann, wenn sich die Speiseantenne wie eine Dipol- oder Hornantenne im links der Linse verfügbaren Brennpunkt befindet, die von der Natur abweichende sphärische Wellenfront der Quelle auf die Antennenoberfläche auftreffen.

Wenn also die Strahlen nach dem Einfall durch sie fließen, werden die abweichenden Strahlen aufgrund der Brechung kollimieren und in flache Wellenfronten umgewandelt. Somit werden die parallelen Strahlen auf der rechten Seite der optischen Linse erreicht. So wird das Signal der Antenne mit einem Speiseelement übertragen. Wenn diese Antenne aus einem dielektrischen Material besteht, werden die elektromagnetischen HF-Signale auf die gleiche Weise kollimiert und weiter übertragen.

Betrachten Sie nun die folgende Antenne im Empfangsmodus. In diesem Modus treffen die parallelen Strahlen auf die Sammellinsenoberfläche, die im Brennpunkt auf der linken Seite der Linse aufgrund des Brechungsmechanismus konvergiert. Dieser Prozess wird also verwendet, sobald er für den Empfangsmodus verwendet wird.

Hierbei ist zu beachten, dass zur Erzielung besserer Fokussiereigenschaften bei Hochfrequenz das Medium einen Brechungsindex kleiner eins aufweisen muss. Dies führt also zu geraden Wellenfronten, selbst wenn der Brechungsindex des Materials niedrig/hoch ist.

Linsenantenne funktioniert

Die Linsenantenne funktioniert genauso wie eine optische Linse. In Linsenmaterial haben die Mikrowellensignale eine andere Phasengeschwindigkeit als in Luft, so dass die sich ändernde Linsendicke einfach die Mikrowellensignale verzögert, die durch sie in unterschiedlichen Beträgen übertragen werden, die Wellenrichtung und die Wellenfrontform ändern.

Diese Antenne nutzt die Konvergenz- und Divergenzeigenschaften einer Linse zum Senden und Empfangen von Signalen. Diese Arten von Antennen umfassen eine Dipol-/Hornantenne mit der Linse. Hier hängt die Linsengröße hauptsächlich von der Betriebsfrequenz ab, sodass bei einer höheren Betriebsfrequenz die Linse kleiner ist. Daher werden diese Antennen bei hohen Frequenzen verwendet, da sie bei niedrigeren Frequenzen etwas sperrig sein können.

In einem parabolischer reflekto r haben wir gesehen, dass die vom Einspeiseelement abgestrahlte Energie im Fokus des Reflektors dessen Oberfläche erreicht und dort die sphärisch abgestrahlten Mikrowellen in ebene Wellen umwandelt. Es verstärkt also die Richtwirkung.

In gleicher Weise verhält sich im Fall einer Linsenantenne die Punktquelle wie die Einspeisung, die die Mikrowellenenergie zur Oberfläche der optischen Linse erzeugt. Diese optische Oberfläche treibt also die abgestrahlten sphärischen Wellenfronten dazu, sich in eine kollimierte zu verwandeln.

Hier ist bemerkenswert, dass die Kollimationslinse aus einem dielektrischen Material hergestellt ist, das den endlichen Wert der Dielektrizitätskonstante besitzt. Diese können jedoch auch mit Materialien hergestellt werden, die bei RF einen Brechungsindex unter Eins aufweisen.

Arten von Linsenantennen

Es gibt zwei Typen von Linsenantennenverzögerungslinsenantennen und schnellen Linsenantennen, die unten diskutiert werden.

Verzögerungslinsenantenne

Eine Verzögerungslinse oder Slow-Wave-Linsenantenne kann als eine Antenne definiert werden, die aufgrund des Linsenmediums eine Verzögerung in den Wanderwellenfronten verursacht. Manchmal werden diese Antennentypen auch als dielektrische Linsen bezeichnet. Die Darstellung der dielektrischen Linsenwirkung der Antenne ist unten gezeigt.

Bei diesem Antennentyp bewegen sich die Funkwellen im Linsenmedium sehr langsamer als im freien Raum, der Brechungsindex ist größer als eins. Somit wird die Länge des Weges durch das Passieren des Mediums der Linse erhöht.

Dies ist dasselbe wie eine gewöhnliche optische Linsenwirkung auf das Licht. Da feste Teile der Linse die Länge des Wegs erhöhen, fokussiert eine Sammellinse wie eine konvexe Linse Radiowellen und eine Zerstreuungslinse wie eine konkave Linse streut Radiowellen wie bei gewöhnlichen Linsen. Diese Linsen werden aus dielektrischen Materialien und H-Ebenen-Plattenstrukturen hergestellt.

Verzögerungslinsenantennen werden basierend auf dem Typ des dielektrischen Materials, das für die Konstruktion verwendet wird, in zwei Typen eingeteilt: metallische dielektrische Linsen und nichtmetallische dielektrische Linsen.

Schnelle Linsenantenne

In einer Fast-Lens- oder Fast-Wave-Linsenantenne bewegen sich die Funkwellen innerhalb des Linsenmediums sehr viel schneller als im freien Raum, daher liegt der Brechungsindex unter eins, sodass die Länge des optischen Wegs durch das Durchlaufen des Linsenmediums verringert wird . Manchmal wird diese Antenne auch als E-Plane-Metallplattenantenne bezeichnet.

Diese Art von Antenne hat kein Analogon in gewöhnlichen optischen Materialien, daher findet sie statt, weil die Phasengeschwindigkeit der Funkwellen in Wellenleitern höher ist als die Lichtgeschwindigkeit. Da feste Teile der Linse die Weglänge verringern, fokussiert eine Sammellinse wie eine Konkavlinse Radiowellen und eine Zerstreuungslinse wie eine Konvexlinse ist das Gegenteil von gewöhnlichen optischen Linsen. Diese Linsen werden mit E-Plane-Plattenstrukturen und Metamaterialien mit negativem Index hergestellt.

Vorteile und Nachteile

Der Vorteile der Linsenantenne das Folgende einschließen.

• Es hat eine schmale Strahlbreite, eine niedrige Rauschtemperatur, eine hohe Verstärkung und niedrige Nebenkeulen.
• Der Aufbau dieser Antennen ist kompakter.
• Diese sind im Vergleich zu Parabolreflektoren und Hornantennen leichter.
• Es hat eine bessere Designtoleranz.
• Die Feed & Feed-Unterstützung in dieser Antenne versperrt die Apertur nicht.
• Der Strahl kann in Bezug auf die Achse winklig bewegt werden.
• Es bietet mehr Flexibilität innerhalb der Designtoleranz, sodass eine Verdrillung innerhalb dieser Antenne möglich ist.
• Es wird für Anwendungen mit extrem hohen Frequenzen verwendet.

Der Nachteile von Linsenantennen das Folgende einschließen.

• Objektive sind insbesondere bei niedrigeren Frequenzen sperrig.
• Komplexität im Design.
• Diese sind bei den gleichen Spezifikationen im Vergleich zu Reflektoren teuer.

Anwendungen

Der Anwendungen von Linsenantennen das Folgende einschließen.

• Diese sind für Frequenzen über 3 GHz geeignet.
• Wird wie die Breitbandantenne verwendet.
• Diese werden hauptsächlich für Mikrowellenfrequenzanwendungen verwendet.
• Die konvergierenden Eigenschaften dieser Antenne können verwendet werden, um eine Vielzahl von Antennen zu entwickeln, die als Parabolspiegelantennen bezeichnet werden und daher in der Satellitenkommunikation umfassend eingesetzt werden.
• Diese werden als kollimierende Elemente in hochverstärkenden Mikrowellensystemen wie Radioteleskopen im Millimeterwellenbereich verwendet Radar & Satellitenantennen.

Das ist also eine Übersicht über Linsenantennen – Arbeiten mit Anwendungen. Diese Antennen sind hauptsächlich dazu da, Eigentümern und Betreibern von Veranstaltungsorten eine Lösung zu bieten, indem sie eine bessere mobile Konnektivität bieten, die einfacher bereitzustellen und kostengünstiger ist. Hier ist eine Frage an Sie, was ist eine Hornantenne?