هوائي العدسة: التصميم والعمل والأنواع وتطبيقاته

الهوائي هو جهاز نقل معدني ينقل ويستقبل الموجات الكهرومغناطيسية الراديوية بين الدائرة الكهربائية والفضاء. تتوفر هذه الأجهزة بأحجام وأشكال مختلفة حيث يمكن العثور على الهوائيات الصغيرة على سطح منزلك المستخدم لمشاهدة التلفزيون وتستخدم الهوائيات الكبيرة لالتقاط الإشارات على بعد ملايين الأميال من الأقمار الصناعية. هناك أنواع مختلفة من الهوائي متوفر حيث يتم تصميم كل هوائي بشكل أساسي لإرسال واستقبال الإشارات في نطاق معين من التردد بناءً على شكله وحجمه مثل السلك ، ثنائي القطب ، الحلقة ، ثنائي القطب قصير ، الفتحة ، أحادي القطب ، العدسة ، الفتحة ، البوق ، إلخ. تناقش هذه المقالة لمحة عامة عن أحد أنواع الهوائيات وهي - هوائي العدسة ، وعملها مع التطبيقات.

ما هو هوائي العدسة؟

يُعرف الجهاز الكهرومغناطيسي ثلاثي الأبعاد المستخدم بشكل أساسي لتطبيقات التردد العالي بهوائي العدسة. يشتمل هذا الهوائي على عدسة كهرومغناطيسية مع تغذية وهي تشبه العدسة الزجاجية المستخدمة في المجال البصري. يستخدم هذا الهوائي سطحًا منحنيًا للإرسال والاستقبال. تم تصنيع هذه الهوائيات من الزجاج ، حيثما يتم اتباع خصائص العدسة المتقاربة وكذلك المتباينة. يتراوح مدى تردد هوائي العدسة من 1000 ميجاهرتز إلى 3000 ميجاهرتز.

ال وظيفة هوائي العدسة هو إنشاء واجهة موجة مستوية من إضاءة فتحة العدسة الكروية ، والأشعة الكهرومغناطيسية المجمعة ، وتشكل مقدمة الموجة الواردة عند بؤرتها وتنتج خصائص اتجاهية.

تصميم هوائي العدسة

تم تصميم هوائي العدسة بشكل أساسي لإرسال واستقبال الإشارات ضمن نطاق تردد الميكروويف. إذا اعتبرنا أن العدسة البصرية من النوع المتقارب موجودة في موضع معين ومصدر الطاقة موجود في النقطة المحورية التي تنتج الطاقة على مسافة طول بؤري على طول محور العدسة البصرية في وضع الإرسال.

يجب أن ندرك جميعًا أنه من وجهة النظر البصرية عندما يسقط الضوء على السطح الخارجي للعدسة ، فإنه ينحرف بسبب الانكسار. هنا ، تعتمد طريقة التواء الطاقة الضوئية بشكل أساسي على المادة والمنحنى من مكان صنع العدسة.

نتيجة لذلك ، كلما كان هوائي التغذية مثل هوائي ثنائي القطب أو هوائي موجودًا في النقطة المحورية المتوفرة على يسار العدسة ، يمكن أن تحدث واجهة الموجة الكروية الناشئة من المصدر الذي ينحرف عن الطبيعة من سطح الهوائي.

لذلك ، بمجرد أن تتدفق الأشعة من خلاله بعد حدوثها ، فإن الأشعة المنحرفة سوف تتجمع بسبب الانكسار وتتحول إلى واجهات موجة مسطحة. وبالتالي ، يتم الوصول إلى الأشعة المتوازية في الجانب الأيمن من العدسة البصرية. مثل هذا ، يتم إرسال إشارة الهوائي مع عنصر التغذية. وبالمثل ، إذا كان هذا الهوائي مصنوعًا من مادة عازلة للكهرباء ، فسيتم موازاة الإشارات الكهرومغناطيسية RF بنفس الطريقة ثم يتم نقلها.

الآن ضع في اعتبارك الهوائي التالي في وضع الاستلام. في هذا الوضع ، سوف تسقط الأشعة المتوازية على سطح العدسة المتقاربة ، عند النقطة المحورية على الجانب الأيسر من العدسة تتقارب بسبب آلية الانكسار. لذلك ، يتم استخدام هذه العملية بمجرد استخدامها في وضع الاستلام.

هنا ، تجدر الإشارة إلى أنه لتحقيق خصائص تركيز أفضل عند تردد الراديو ، يجب أن يكون للوسيط معامل انكسار أقل من الوحدة. لذلك يؤدي هذا إلى إعطاء جبهات موجية مستقيمة حتى عندما يكون معامل انكسار المادة منخفضًا / مرتفعًا.

هوائي العدسة يعمل

هوائي العدسة يعمل مثل العدسة البصرية. في مادة العدسة ، يكون لإشارات الميكروويف سرعة طور مختلفة عن الهواء ، لذا فإن سماكة العدسة المتغيرة تؤخر ببساطة إرسال إشارات الميكروويف من خلالها بكميات مختلفة ، واتجاه الموجات وتغيير شكل واجهة الموجة.

يستخدم هذا الهوائي خصائص تقارب وتباعد العدسة لإرسال الإشارات واستقبالها. تشتمل هذه الأنواع من الهوائيات على هوائي ثنائي القطب / قرن مع العدسة. هنا ، يعتمد حجم العدسة بشكل أساسي على تردد التشغيل ، لذلك عندما يكون تردد التشغيل أعلى ، تكون العدسة أصغر في الحجم. لذلك في الترددات العالية ، يتم استخدام هذه الهوائيات لأنها يمكن أن تكون ضخمة إلى حد ما عند الترددات المنخفضة.

في انعكاس مكافئ r ، لقد رأينا أن الطاقة المنبعثة من عنصر التغذية عند بؤرة العاكس تصل إلى سطحه ثم تغير الموجات الميكروية التي تشع كرويًا إلى موجات مستوية. لذلك فهو يعزز الاتجاهية.

بنفس الطريقة في حالة هوائي العدسة ، يعمل المصدر النقطي مثل التغذية التي تنتج طاقة الميكروويف إلى سطح العدسة البصرية. لذا فإن هذا السطح البصري يزود واجهات الموجة الكروية المشعة بالطاقة لتغييرها إلى واحدة موازية.

هنا ، من الجدير بالملاحظة أن العدسة الموازية مصنوعة من مادة عازلة تمتلك قيمة ثابتة عازلة محدودة. ومع ذلك ، يمكن أيضًا صنعها بمواد تظهر أقل من وحدة معامل الانكسار في الترددات اللاسلكية.

أنواع هوائي العدسة

هناك نوعان من هوائي العدسة لتأخير العدسة وهوائي العدسة السريع الذي تمت مناقشته أدناه.

هوائي عدسة التأخير

يمكن تعريف عدسة التأخير أو هوائي عدسة الموجة البطيئة على أنها هوائي يسبب تأخرًا في جبهات الموجة المتنقلة بسبب وسائط العدسة. في بعض الأحيان ، تسمى هذه الأنواع من الهوائيات أيضًا بالعدسات العازلة. يظهر أدناه تمثيل عمل العدسة العازلة للهوائي.

في هذا النوع من الهوائي ، تتحرك موجات الراديو ببطء شديد في وسط العدسة عنها في الفضاء الحر ، ويكون معامل الانكسار أكبر من واحد. وبالتالي ، يزداد طول المسار بالمرور عبر وسط العدسة.

هذا هو نفس عمل العدسة البصرية العادي على الضوء. نظرًا لأن الأجزاء الصلبة من العدسة تعزز طول المسار ، فإن العدسة المتقاربة مثل العدسة المحدبة تركز موجات الراديو والعدسة المتباعدة مثل العدسة المقعرة تشتت موجات الراديو كما هو الحال في العدسات العادية. هذه العدسات مصنوعة من مواد عازلة وهياكل لوح مستوي H.

يتم تصنيف هوائي عدسة التأخير إلى نوعين بناءً على نوع المادة العازلة المستخدمة في البناء: عدسة عازلة معدنية وعدسة عازلة غير معدنية.

هوائي عدسة سريع

في العدسة السريعة أو هوائي العدسة السريعة الموجة ، تتحرك موجات الراديو بشكل أسرع داخل وسط العدسة مقارنة بالمساحة الحرة ، وبالتالي يكون معامل الانكسار أقل من واحد ، وبالتالي يتم تقليل طول المسار البصري بالمرور عبر وسط العدسة . في بعض الأحيان ، يُعرف هذا الهوائي أيضًا بهوائي اللوحة المعدنية للطائرة E.

هذا النوع من الهوائي ليس له نظير في المواد البصرية العادية ، لذلك يحدث بسبب أن سرعة طور موجات الراديو داخل موجهات الموجات أعلى من سرعة الضوء. نظرًا لأن الأجزاء الصلبة من العدسة تقلل من طول المسار ، فإن العدسة المتقاربة مثل العدسة المقعرة تركز موجات الراديو والعدسة المتباينة مثل العدسة المحدبة هي عكس العدسات البصرية العادية. هذه العدسات مصنوعة من هياكل لوحة مستوية E ومواد خارقة ذات مؤشر سالب.

المميزات والعيوب

ال مزايا هوائي العدسة تشمل ما يلي.

• إنه ذو عرض شعاع ضيق ، ودرجة حرارة منخفضة للضوضاء ، ومكاسب عالية ، وفصوص جانبية منخفضة.
• هيكل هذه الهوائيات أكثر إحكاما.
• هذه هي أقل وزنًا مقارنةً بالعاكسات المكافئة وهوائيات القرن.
• لديها تسامح أفضل في التصميم.
• لا يعيق دعم التغذية والتغذية في هذا الهوائي الفتحة.
• يمكن تحريك الحزمة بشكل زاوي فيما يتعلق بالمحور.
• يوفر مزيدًا من المرونة في نطاق تحمل التصميم ، لذلك يمكن تحقيق الالتواء داخل هذا الهوائي.
• يتم استخدامه للتطبيقات عالية التردد للغاية.

ال مساوئ هوائيات العدسة تشمل ما يلي.

• العدسات ضخمة في الترددات المنخفضة خاصة.
• التعقيد داخل التصميم.
• هذه غالية الثمن لنفس المواصفات مقارنة بالعاكسات.

التطبيقات

ال تطبيقات هوائيات العدسة تشمل ما يلي.

• هذه مناسبة لتردد أعلى من 3 جيجاهرتز.
• تستخدم مثل هوائي النطاق العريض.
• تستخدم هذه بشكل أساسي لتطبيقات تردد الميكروويف.
• يمكن استخدام خصائص التقارب لهذا الهوائي لتطوير مجموعة كبيرة من الهوائيات تسمى الهوائيات العاكسة المكافئة ، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في الاتصالات الساتلية.
• يتم استخدامها كعناصر موازاة داخل أنظمة الميكروويف عالية الكسب مثل التلسكوبات الراديوية وموجة المليمتر رادار وهوائيات الأقمار الصناعية.

وهكذا ، هذا هو لمحة عامة عن هوائيات العدسة - العمل مع التطبيقات. وصلت هذه الهوائيات بشكل أساسي لتوفير حل لأصحاب ومشغلي الموقع من خلال توفير اتصال محمول أفضل يسهل نشره وأقل تكلفة. إليك سؤال لك ، ما هو هوائي البوق؟