透镜天线：设计、工作、类型及其应用
天线是一种金属传输设备，在电路和空间之间传输和接收无线电电磁波。这些设备有不同的尺寸和形状，其中小型天线可以是。。。
天线是一种金属传输设备，在电路和空间之间传输和接收无线电电磁波。这些设备有不同的尺寸和形状，小天线可以在屋顶上找到，用来看电视，大天线可以用来捕捉数百万英里外的卫星信号。有不同类型的天线可供选择，其中每个天线主要设计用于根据其形状和尺寸在特定频率范围内发送和接收信号，如导线、偶极子、环路、短偶极子、孔径、单极子、透镜、缝隙、喇叭等。本文对其中一种类型的天线进行了概述，即透镜天线，以及它与应用程序的配合。
什么是透镜天线？
主要用于高频应用的三维电磁设备被称为透镜天线。该天线包括一个带馈电的电磁透镜，它类似于光学领域中使用的玻璃透镜。这种天线利用曲面进行发射和接收。这些天线是用玻璃制造的，无论在哪里都遵循会聚和发散透镜的特性。透镜天线的频率范围从1000兆赫到3000兆赫。
这个透镜天线的功能是由球面产生平面波阵面，控制孔径照明，准直电磁射线，在入射波的焦点处形成入射波的前沿，并产生方向特性。
透镜天线设计
透镜天线主要用于发射和接收微波频率范围内的信号。如果我们考虑会聚型光学透镜存在于特定位置，并且能量源存在于焦点处，该能量源在透射模式下沿着光学透镜轴在焦距距离处产生能量。
我们都应该意识到，从光学角度来看，当光线落在透镜外部时，会因为折射而扭曲。在这里，光能的扭曲方式主要取决于制作透镜的材料和曲线。
因此，每当像偶极或喇叭天线这样的馈电天线出现在透镜左侧可用的焦点处时，来自偏离自然的源的出射球面波阵面就可以从天线表面入射。
因此，一旦光线在入射后流过它，偏离的光线就会因为折射而准直，并变成平坦的波前。因此，在光学透镜的右侧获得平行光线。像这样，带有馈电元件的天线的信号被传输。类似地，如果这个天线是由介电材料制成的，那么RF电磁信号也会以同样的方式进行准直，并进一步传输。
现在考虑以下处于接收模式的天线。在这种模式下，平行光线将入射到会聚透镜表面，在透镜左侧的焦点处，由于折射机制而会聚。因此，一旦该过程被用于接收模式，就使用该过程。
这里，需要注意的是，为了在射频下获得更好的聚焦特性，介质必须具有低于1的折射率。因此，即使材料的折射率很低/很高，这也会导致产生直的波前。
透镜天线工作
透镜天线的工作原理与光学透镜相同。在透镜材料中，微波信号的相速度与在空气中的相速度不同，因此透镜厚度的变化只会延迟不同量的微波信号传输，波的方向和波阵面形状的变化。
这种天线利用透镜的会聚和发散特性来发射和接收信号。这些类型的天线包括具有透镜的偶极/喇叭天线。这里，透镜尺寸主要取决于操作频率，因此当操作频率较高时，透镜尺寸较小。因此，在高频时，使用这些天线是因为在低频时，它们可能有些笨重。
在抛物面反射器中，我们已经看到，从反射器焦点处的馈电元件发射的能量到达其表面，然后它将球形辐射的微波改变为平面波。因此它增强了指向性。
以与透镜天线相同的方式，点源的工作方式类似于向光学透镜表面产生微波能量的馈电。因此，这个光学表面使辐射的球面波前变为准直波前。
这里，值得注意的是，准直透镜由具有有限介电常数值的介电材料制成。然而，这些也可以用在RF下表现出低于单位折射率的材料制成。
透镜天线类型
有两种类型的透镜天线，延迟透镜天线和快速透镜天线，下面将进行讨论。
延迟透镜天线
延迟透镜或慢波透镜天线可以被定义为由于透镜介质而导致行波阵面延迟的天线。有时，这些类型的天线也被称为介质透镜。天线的介电透镜作用的表示如下所示。
在这种类型的天线中，无线电波在透镜介质中的移动速度比在自由空间中慢，折射率大于1。因此，通过穿过透镜的介质来增加路径的长度。
这与普通光学透镜对光的作用相同。由于透镜的固体部分增加了路径的长度，像凸透镜这样的会聚透镜聚焦无线电波，像凹透镜这样的发散透镜像普通透镜一样分散无线电波。这些透镜由介电材料和H平面板结构制成。
根据用于施工的介电材料类型，延迟透镜天线分为两种类型：金属介电透镜和非金属介电镜头。
快速透镜天线
在快速透镜或快速波透镜天线中，与在自由空间中相比，无线电波在透镜介质中移动得非常快，因此折射率低于1，因此通过穿过整个透镜介质来缩短光路的长度。有时，这种天线也被称为E平面金属板天线。
这种类型的天线在普通光学材料中没有模拟，因此它是由于波导中无线电波的相速度高于光速而发生的。由于透镜的固体部分减少了路径的长度，像凹透镜这样的会聚透镜聚焦无线电波，像凸透镜这样的发散透镜与普通光学透镜相反。这些透镜由E平面板结构和负折射率超材料制成。
优点和缺点
这个透镜天线的优点包括以下内容。
- 它具有窄波束宽度、低噪声温度、高增益和低旁瓣。
- 这些天线的结构更加紧凑。
- 与抛物面反射器和喇叭天线相比，这些天线的重量更小。
- 它具有更好的设计公差。
- 此天线中的馈电和馈电支架不会阻碍孔径。
- 光束可以相对于轴线成角度地移动。
- 它在设计公差范围内提供了更大的灵活性，因此可以实现该天线内的扭转。
- 它被用于极高频率的应用。
这个透镜天线的缺点包括以下内容。
- 尤其是在低频率下，透镜体积很大。
- 设计的复杂性。
- 与反射器相比，对于相同的规格，这些是昂贵的。
应用
这个透镜天线的应用包括以下内容。
- 这些适用于3 GHz以上的频率。
- 像宽带天线一样使用。
- 这些主要用于微波频率应用。
- 这种天线的会聚特性可用于开发一种称为抛物面反射天线的高范围天线，因此这些天线被广泛用于卫星通信。
- 这些被用作高增益微波系统中的准直元件，如射电望远镜、毫米波雷达和卫星天线。
因此，这是透镜天线的概述——与应用一起工作。这些天线的出现主要是为了通过提供更好的移动连接为场馆所有者和运营商提供解决方案，这种连接更容易部署，成本更低。这里有一个问题要问你，什么是喇叭天线？