題:
我們為什麼不將鏡片用於射頻?
valerio_new
2020-06-28 21:34:38 UTC
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無線電波是一類電磁波。 光也是一類電磁波。

通過使光速發生變化的材料成型,我們可以彎曲光的傳播方向,我們將其稱為a lens,並將其稱為速度變化率折射率 \$ n \ $ span>。

對於RF,我們也可以將速度變化率定義為 \ $ \ frac {1} {\ sqrt {LC}} \ $ span>或 \ $ \ frac {1} {\ sqrt {\ epsilon_r \ mu_r}} \ $ span>。

對於天線罩和抗反射塗層,我們也以相同的方式使用完全相同的相消干涉。

那麼問題來了:為什麼我們不使用透鏡和̶m̶i̶r̶r̶o̶r̶s̶進行RF,例如聚焦RF波束而不是使用複雜的定向天線?

編輯:是的,我們實際上使用了鏡子

我們的確是。一個簡單的“鏡子”案例就是衛星磁盤。我們還可以製造出利用介質與周圍空氣之間折射率差異的固體波導,這相當於一種透鏡。我的意思是說,有許多應用依賴於射頻波和光的共同特性。
是的,碟形天線和地平面天線是使用反射鏡的兩種情況,但我不知道任何RF鏡頭的使用情況
考慮一下它們對於普通頻率必須有多大,而不僅僅是二維,而是三維。除了(有效完成的)反射器的特殊情況外,人們在試圖克服傳統的“無線電”頻率上遇到的“射頻透鏡”是*意想不到的*,儘管電離層行為有時可能有用。
您能否進一步解釋@ChrisStratton?
@valerio_new天文學家使用RF透鏡。實際上,我使用了55加侖桶裝的鋼蓋,將它們敲打成一定形狀。我是一名業餘天文學家。(鋼在適當的微米範圍內是相當透明的。)但是[這裡是一個鏈接](https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19960014889&hterms=swiss+cheese&qs=Ntx%3Dmode%2Bmatchall%26Ntk%例如,3DAll%26N%3D0%26No%3D20%26Ntt%3Dswiss%2Bcheese)描述了Luneberg系統。或者在[平方千米陣列](https://www.skatelescope.org/uploaded/61284_22_memo_Hall.pdf)。有時在巴西的Arecibo。我沒有提到反射器。
您會在@jonk中詳細說明完整答案嗎?
@valerio_new您在這裡有很多足夠的答案。我很樂意就此進行長時間的討論-但是,按照我自己的標準,我需要使用需要再次查找的參考文獻重新檢查我所說的一切。現在有太多事情要做,尤其是考慮到眼前的答案。個人說明:用原材料(及其透鏡)製造了三架光學望遠鏡並進行了所有必要的精細測試後,我發現使用鋼作為透鏡是一種緩解。在光學上獲得\ $ \ frac1 {20} ^ \ text {th} \,\ lambda \ $的精度非常困難-數千小時。在RF,這真的很容易。
@valerio_new我找到了第一本引起我興趣的參考書:“金屬透鏡天線”,Winston Kock,《 IRE》雜誌,34(11),828-836 |10.1109 / JRPROC.1946.232264“請注意,日期是1946年!很久以後,人們對X波段的現代音符產生了新的新穎興趣。
我敢肯定放療設備經常使用一種鏡片。
RADAR依賴於像射頻反射鏡一樣作用的大塊金屬。
@jonk認為SKA陣列建議使用每秒2002的大量數據速率!哇。
@abligh Metal也可以用作衍射光柵。大多數人不會考慮這些事情。但是,宇宙真的很有趣,一旦您掌握了一些想法,就有許多方法可以獲取信息。讓我感到驚訝的是,一旦您掌握了可以在許多不同領域中應用的一些基本概念,就可以訪問多少內容。
另外,在Physics.SE上:[可以在射頻上使用鏡頭嗎?](https://physics.stackexchange.com/q/433125/72771)
“而不是使用複雜的定向天線?”因為對於RF,天線實際上沒有透鏡那麼複雜。
https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-35068-4_5#Sec10
八 答案:
user1850479
2020-06-28 22:06:32 UTC
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在光學工程中,鏡頭和反射鏡之間的選擇通常取決於孔徑:小於幾英寸,並且可以廉價且高精度地製造鏡頭。更大且成本成倍增加,因此,即使直徑為6英寸的系統通常也可以更好地反射。

在RF頻率下,一個6英寸的透鏡處於波長的數量級,因此對聚焦無用。直到您到達微波頻譜的邊緣,波長才足夠短,透鏡才開始變得實用。

當然,如果您不關心成本,又不介意它太重,則可以製作一個鏡頭與WiFi天線一起使用。只是沒有什麼實際意義。

射頻頻率跨度*數量級*。150mm(6“)約為2GHz波長(透鏡需要大約1.5m才能在該波長下實際工作),但是如果您談論的是VHF,則波長約為3m,並且您的透鏡會需要具有大約15層建築物大小的直徑才能正常工作,在大多數RF波長范圍內,構建折射光學器件所需的結構規模簡直是荒謬地不切實際的。
在計算機科學中,選擇取決於菸霧和鏡子。
Marcus Müller
2020-06-28 22:06:52 UTC
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我不知道任何使用RF鏡頭的情況

可以更改。它們對於ku-band和up來說很常見。想想衛星通信,雷達,點對點鏈接等您想要高但不能使用碟形天線的地方,例如由於天氣原因。

看看這個漂亮的鏡頭天線:

Lens horn antenna

或者通過這些漂亮的插圖將開放的波導轉換為實際的天線

insets

我喜歡這個答案,但是為什麼我們不將它們也用於較低頻段呢?
@valerio_new其他人在評論和您的問題的其他答案中指出了該觀點(並多次!)。您將需要閱讀它們。
找到了!透鏡必須比波長大一個數量級!:)
StarCat
2020-06-28 23:27:09 UTC
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Luneburg Lens,可用於從光學到射頻的各種應用。呂內堡鏡片通常是球形的,由具有同等折射率的材料製成的同心殼製成,出於實用目的,但理想情況下,折射率應連續變化。

image from www.rfwireless-world.com

(圖片來自 www.rfwireless-world.com

應用包括雷達反射器,微波天線和激光准直。

D Duck
2020-06-29 21:26:21 UTC
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您可以使用超材料製作鏡片-參見 Phys.org的故事

三維自支撐低損耗微波透鏡,具有 負折射率Journal of Applied Physics 112,073114 (2012); https://doi.org/10.1063/1.4757577艾薩克·埃倫伯格(Isaac M. Sanjay E. Sarma和Bae-Ian Wu

three-dimensional self-supporting low loss microwave lens with a
negative refractive index

喜歡它的折射率為負值的事實。
積極指數超材料:八木/烏達天線的“指向矢”使電波減慢,迫使其轉向有源偶極子。嘿,八木有“ len”元素和“ reflector”元素。
實際上,在微波光譜區域中開發了許多超材料材料,因為毫米精度比納米精度更容易原型化和測試(尤其是在3D中)
analogsystemsrf
2020-06-29 02:13:31 UTC
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1890年代,海因里希·赫茲(Heinrich Hertz)使用石蠟楔作為其60MHz射頻通信鏈路的一部分。楔形物對於證明WAVES的發射,收集和檢測至關重要。

The Photon
2020-06-28 21:40:34 UTC
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RF反射鏡很常見。

enter image description here

RF鏡片是可行的,但不常見。

簡短的解釋是成本。成本幾乎總是工程的一部分。如果有兩種方法可以做某事,而一種方法可以降低性能的成本,那麼這是解決問題的更好的工程解決方案。

在大多數應用中,形成定向或反射天線元件的電線陣列比堅固的透鏡結構更便宜地製造和維護。

如果工程成本高昂,為什麼還要在發明本來可以用作光學領域的知識的同時,又發明一個從電線伸出來的電線的不同領域呢?
@valerio_new,,因為工程成本並不是唯一重要的成本。建立和維護RF系統的成本也很重要。
@valerio_new,還認為,無線電技術早於我們今天所擁有的塑料的廣泛可用性,這在早期就嚴重限制了RF透鏡的實用性。想像一下幾米直徑的玻璃鏡片有多重。
Dmitry Grigoryev
2020-06-30 12:43:45 UTC
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RF透鏡的另一個著名示例是菲涅耳區天線。它們基於與光學菲涅耳透鏡相同的原理:聚焦效果是通過其表面的相移特性而不是體積來實現的,這允許使用緊湊或任意尺寸的天線(例如,內置於曲面中)。

Spehro Pefhany
2020-06-28 21:45:50 UTC
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可以在毫米波區域中使用鏡頭。參見例如 https://doi.org/10.1007/BF01014036

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其中描述了Rexolite鏡片在90GHz軍事應用中的使用。



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