天線理論 - 透鏡

我們到目前為止討論的天線都使用平面。透鏡天線在發射和接收時都使用曲面。透鏡天線由玻璃製成，遵循透鏡的會聚和發散特性。透鏡天線用於較高頻率的應用。

頻率範圍

透鏡天線的適用頻率範圍從1000 MHz開始，但在3000 MHz及以上頻率的使用更多。

為了更好地理解透鏡天線，必須瞭解透鏡的工作原理。普通玻璃透鏡的工作原理是折射。

透鏡天線的構造和工作原理

如果假設光源位於透鏡的焦點處，該焦點與透鏡相距焦距，則光線穿過透鏡後在平面波前上成為準直光或平行光線。

穿過透鏡中心的光線比穿過透鏡邊緣的光線折射少。所有光線都平行於平面波前傳送。這種透鏡現象稱為發散。

如果從相同透鏡的右側向左側傳送光束，則相同的過程會反轉。然後光束被折射並在透鏡焦距處的一點處相遇，該點稱為焦點。這種現象稱為會聚。

透過觀察下圖可以更好地理解這一點：

光線圖表示從光源到透鏡的焦點和焦距。獲得的平行光線也稱為準直光線。

在上圖中，位於焦點處（與透鏡相距焦距）的光源在平面波前準直。這種現象可以反轉，這意味著如果光從左側發出，則會在透鏡的右側會聚。

正是由於這種互易性，透鏡可以用作天線，因為相同的現象有助於利用相同的線天線進行發射和接收。

顯示了透鏡天線模型的影像。

為了在較高頻率下實現聚焦特性，折射率應小於1。無論折射率是多少，透鏡的目的是使波形變直。基於此，開發了E平面和H平面透鏡，它們還可以延遲或加速波前。

透鏡天線的型別

以下型別的透鏡天線可用：

• 電介質透鏡或H平面金屬板透鏡或延遲透鏡（行波被透鏡介質延遲）

• E平面金屬板透鏡

• 非金屬電介質型透鏡

• 金屬或人工電介質型透鏡

優點

以下是透鏡天線的優點：

• 在透鏡天線中，饋電和饋電支架不會阻塞孔徑。

• 它具有更大的設計容差。

• 與拋物面反射器相比，可以處理更大的波量。

• 波束可以相對於軸線進行角度移動。

缺點

以下是透鏡天線的缺點：

• 透鏡很重且笨重，尤其是在較低頻率下

• 設計複雜

• 與相同規格的反射器相比，成本更高

應用

以下是透鏡天線的應用：

• 用作寬頻天線

• 尤其用於微波頻率應用

透鏡天線的會聚特性可用於開發稱為拋物面反射天線的高階天線，廣泛用於衛星通訊。我們將在下一章中討論它們。