Antenne à lentille : conception, fonctionnement, types et ses applications

Une antenne est un dispositif de transmission métallique qui transmet et reçoit des ondes radio électromagnétiques entre le circuit électrique et l'espace. Ces appareils sont disponibles en différentes tailles et formes où les petites antennes peuvent être trouvées sur votre toit pour regarder la télévision et les grandes antennes sont utilisées pour capter les signaux à des millions de kilomètres des satellites. Il y a différents types d'antenne s disponible où chaque antenne est principalement conçue pour transmettre et recevoir des signaux dans une certaine gamme de fréquences en fonction de sa forme et de sa taille comme le fil, le dipôle, la boucle, le dipôle court, l'ouverture, le monopôle, l'objectif, la fente, le cornet, etc. Cet article traite un aperçu de l'un des types d'antenne à savoir - antenne lentille , et son fonctionnement avec des applications.

Qu'est-ce que l'antenne à lentille ?

Le dispositif électromagnétique tridimensionnel utilisé principalement pour les applications à haute fréquence est connu sous le nom d'antenne à lentille. Cette antenne comprend une lentille électromagnétique avec alimentation et elle s'apparente à une lentille en verre qui est utilisée dans le domaine optique. Cette antenne utilise une surface incurvée pour la transmission et la réception. Ces antennes sont fabriquées avec du verre, partout où les propriétés des lentilles convergentes et divergentes sont respectées. La gamme de fréquences de l'antenne à lentille s'étend de 1000 MHz à 3000 MHz.

Le fonction d'une antenne à lentille est de générer un front d'onde plan à partir d'un éclairage d'ouverture sphérique, de contrôler, de collimater les rayons électromagnétiques, de former le front de l'onde entrante à son foyer et de produire des caractéristiques directionnelles.

Conception d'antenne à lentille

L'antenne à lentille est principalement conçue pour transmettre et recevoir des signaux dans la gamme des fréquences micro-ondes. Si nous considérons qu'une lentille optique de type convergent est présente à une position spécifique et que la source d'énergie est présente au point focal qui produit l'énergie à une distance focale le long de l'axe de la lentille optique en mode de transmission.

Nous devons tous être conscients que du point de vue optique, lorsque la lumière tombe à l'extérieur de la lentille, elle se tord à cause de la réfraction. Ici, le mode de torsion de l'énergie lumineuse dépend principalement du matériau et de la courbe à partir desquels la lentille est fabriquée.

Par conséquent, chaque fois que l'antenne d'alimentation, telle qu'une antenne dipôle ou cornet, est présente au point focal disponible à gauche de l'objectif, le front d'onde sphérique émergent de la source qui s'écarte de la nature peut être incident depuis la surface de l'antenne.

Ainsi, une fois que les rayons le traversent après l'incidence, les rayons déviants se collimatent à cause de la réfraction et sont transformés en fronts d'onde plats. Ainsi, les rayons parallèles sont atteints du côté droit de la lentille optique. Ainsi, le signal de l'antenne avec un élément d'alimentation est transmis. De même, si cette antenne est fabriquée avec un matériau diélectrique, les signaux électromagnétiques RF sont collimatés de la même manière et sont ensuite transmis.

Considérons maintenant l'antenne suivante en mode réception. Dans ce mode, les rayons parallèles seront incidents sur la surface de la lentille convergente, au point focal sur le côté gauche de la lentille converge en raison du mécanisme de réfraction. Ainsi, ce processus est utilisé une fois qu'il est utilisé pour le mode de réception.

Ici, il est à noter que pour atteindre de meilleures propriétés de focalisation en radiofréquence, le milieu doit avoir un indice de réfraction inférieur à l'unité. Cela conduit donc à donner des fronts d'onde droits même une fois que l'indice de réfraction du matériau est faible/élevé.

Fonction d'antenne d'objectif

Le fonctionnement de l'antenne à lentille est le même que celui d'une lentille optique. Dans le matériau de la lentille, les signaux micro-ondes ont une vitesse de phase différente de celle dans l'air, de sorte que l'épaisseur changeante de la lentille retarde simplement les signaux micro-ondes qui la traversent en différentes quantités, la direction des ondes et la modification de la forme du front d'onde.

Cette antenne utilise les propriétés de convergence et de divergence d'une lentille pour transmettre et recevoir des signaux. Ces types d'antennes comprennent une antenne dipôle/cornet avec la lentille. Ici, la taille de l'objectif dépend principalement de la fréquence de fonctionnement, donc lorsque la fréquence de fonctionnement est plus élevée, l'objectif est de plus petite taille. Ainsi, aux hautes fréquences, ces antennes sont utilisées car, aux basses fréquences, elles peuvent être un peu encombrantes.

Dans un réflecteur parabolique r, nous avons vu que l'énergie émise par l'élément d'alimentation au foyer du réflecteur atteint sa surface puis elle transforme les micro-ondes qui sont rayonnées sphériquement en ondes planes. Cela améliore donc la directivité.

De la même manière dans le cas d'une antenne à lentille, la source ponctuelle se comporte comme l'alimentation qui produit l'énergie micro-onde à la surface de la lentille optique. Ainsi, cette surface optique alimente les fronts d'onde sphériques rayonnés pour qu'ils se transforment en un front collimaté.

Ici, il est à noter que la lentille de collimation est réalisée avec un matériau diélectrique qui possède la valeur de constante diélectrique finie. Cependant, ceux-ci peuvent également être fabriqués avec des matériaux qui présentent un indice de réfraction inférieur à l'unité à RF.

Types d'antennes à objectif

Il existe deux types d'antenne à lentille à retard d'antenne à lentille et d'antenne à lentille rapide qui sont décrites ci-dessous.

Antenne à lentille de retard

Une lentille à retard ou une antenne à lentille à ondes lentes peut être définie comme une antenne qui provoque un retard dans les fronts d'ondes progressives en raison du support de la lentille. Parfois, ces types d'antennes sont également appelés lentilles diélectriques. La représentation de l'action de lentille diélectrique de l'antenne est illustrée ci-dessous.

Dans ce type d'antenne, les ondes radio se déplacent très lentement dans le milieu de la lentille que dans l'espace libre, l'indice de réfraction est supérieur à un. Ainsi, la longueur du trajet est augmentée en passant par le milieu de la lentille.

C'est la même chose qu'une lentille optique ordinaire qui agit sur la lumière. Étant donné que les parties solides de la lentille améliorent la longueur du trajet, une lentille convergente comme une lentille convexe focalise les ondes radio et une lentille divergente comme une lentille concave disperse les ondes radio comme dans les lentilles ordinaires. Ces lentilles sont fabriquées avec des matériaux diélectriques et des structures de plaques de plan H.

L'antenne à lentille de retard est classée en deux types en fonction du type de matériau diélectrique utilisé pour la construction : lentille diélectrique métallique et lentille diélectrique non métallique.

Antenne à lentille rapide

Dans une lentille rapide ou une antenne à lentille à ondes rapides, les ondes radio se déplacent très rapidement dans le milieu de la lentille par rapport à l'espace libre, ainsi l'indice de réfraction est inférieur à un, de sorte que la longueur du chemin optique est réduite en passant à travers le milieu de la lentille . Parfois, cette antenne est également connue sous le nom d'antenne à plaque métallique E-plane.

Ce type d'antenne n'a pas d'analogue dans les matériaux optiques ordinaires, il est donc dû au fait que la vitesse de phase des ondes radio dans les guides d'ondes est supérieure à la vitesse de la lumière. Étant donné que les parties solides de la lentille réduisent la longueur du trajet, une lentille convergente comme une lentille concave concentre les ondes radio et une lentille divergente comme une lentille convexe est opposée aux lentilles optiques ordinaires. Ces lentilles sont fabriquées avec des structures de plaques de plan E et des métamatériaux à indice négatif.

Avantages et inconvénients

Le avantages de l'antenne à lentille inclure les éléments suivants.

• Il a une largeur de faisceau étroite, une température de bruit faible, un gain élevé et des lobes latéraux faibles.
• La structure de ces antennes est plus compacte.
• Ceux-ci sont moins lourds que les réflecteurs paraboliques et les antennes à cornet.
• Il a une meilleure tolérance de conception.
• Le support d'alimentation et d'alimentation de cette antenne n'obstrue pas l'ouverture.
• Le faisceau peut être déplacé angulairement par rapport à l'axe.
• Il offre plus de flexibilité dans la tolérance de conception, de sorte que la torsion dans cette antenne est réalisable.
• Il est utilisé pour les applications à très haute fréquence.

Le inconvénients des antennes à lentille inclure les éléments suivants.

• Les lentilles sont volumineuses aux basses fréquences en particulier.
• Complexité dans la conception.
• Ceux-ci sont chers pour les mêmes spécifications par rapport aux réflecteurs.

Applications

Le applications des antennes à lentille inclure les éléments suivants.

• Ceux-ci conviennent aux fréquences supérieures à 3 GHz.
• Utilisé comme l'antenne large bande.
• Ceux-ci sont principalement utilisés pour les applications hyperfréquences.
• Les propriétés convergentes de cette antenne peuvent être utilisées pour développer une large gamme d'antennes appelées antennes à réflecteur parabolique, de sorte qu'elles sont largement utilisées dans les communications par satellite.
• Ceux-ci sont utilisés comme éléments de collimation dans les systèmes à micro-ondes à gain élevé comme les radiotélescopes, les ondes millimétriques radar & antennes satellites.

Ainsi, ceci est un aperçu des antennes à lentille – travailler avec des applications. Ces antennes sont principalement arrivées pour fournir une solution aux propriétaires et exploitants de sites en offrant une meilleure connectivité mobile, plus facile à déployer et moins coûteuse. Voici une question pour vous, qu'est-ce qu'une antenne cornet ?