Question:
Pourquoi n'utilisons-nous pas de lentilles pour RF?
valerio_new
2020-06-28 21:34:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Les ondes radio sont une classe d'ondes électromagnétiques. La lumière est également une classe d'ondes électromagnétiques.

En façonnant un matériau dans lequel la vitesse de la lumière change, nous pouvons plier la direction de propagation de la lumière, nous appelons cette lentille a, et nous appelons l'indice de réfraction du taux de changement de vitesse \$ n \ $ .

Aussi pour RF, nous pouvons définir un taux de changement de vitesse comme \ $ \ frac {1} {\ sqrt {LC}} \ $ ou \ $ \ frac {1} {\ sqrt {\ epsilon_r \ mu_r}} \ $ .

Nous utilisons également exactement les mêmes interférences destructives de la même manière pour les radômes et les revêtements antireflets.

Voici donc la question: pourquoi n'utilisons-nous pas des lentilles et ̶m̶i̶r̶r̶o̶r̶s̶ pour RF, par exemple pour focaliser les faisceaux RF au lieu d'utiliser des antennes directives compliquées?

EDIT: oui, nous utilisons en fait des miroirs

Nous faisons.Un simple cas de «miroir» serait un disque satellite.on peut aussi fabriquer des guides d'ondes solides qui tirent parti de la différence d'indice de réfraction entre le milieu et l'air ambiant, ce qui équivaut en quelque sorte à une lentille.Ce que je dis, c'est qu'il existe de nombreuses applications qui reposent sur les propriétés communes des ondes RF et de la lumière.
Oui, l'antenne parabolique et les antennes au sol sont deux cas où des miroirs sont utilisés, mais je ne connais aucun cas d'utilisation d'objectif RF
Pensez à leur taille pour les fréquences ordinaires, et pas seulement en deux dimensions mais en trois.A l'exception du cas particulier des réflecteurs (effectivement complets), la plupart des "lentilles RF" rencontrées aux fréquences "radio" traditionnelles sont * involontaires * celles que les gens essaient de surmonter, bien que le comportement ionosphérique puisse parfois être utile.
@ChrisStratton pourriez-vous expliquer davantage?
Les astronomes @valerio_new utilisent des lentilles RF.J'ai utilisé des couvercles en acier de fûts de 55 gallons dans le but, en fait, de les mettre en forme.Je suis un astronome amateur.(L'acier est assez transparent dans les bonnes gammes de microns.) Mais [voici un lien] (https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19960014889&hterms=swiss+cheese&qs=Ntx%3Dmode%2Bmatchall%26Ntk%3DAll% 26N% 3D0% 26No% 3D20% 26Ntt% 3Dswiss% 2Bcheese) décrivant un système de Luneberg, par exemple.Ou ici au [tableau de kilomètres carrés] (https://www.skatelescope.org/uploaded/61284_22_memo_Hall.pdf).Parfois aussi chez Arecibo au Brésil.Je n'ai pas mentionné les réflecteurs.
@jonk voudriez-vous détailler dans une réponse complète?
@valerio_new Vous avez ici de nombreuses réponses suffisantes.J'adorerais écrire une longue discussion à ce sujet - mais ensuite, selon mes propres normes, j'aurais besoin de revérifier tout ce que je dis avec des références que je devrais retrouver.Trop à faire, en ce moment, surtout compte tenu des réponses disponibles.Note personnelle: après avoir construit trois télescopes optiques à partir de matières premières (et leurs lentilles) et tous les tests fins nécessaires pour eux, j'ai trouvé que l'utilisation de l'acier comme lentille était un relief.Obtenir la précision de \ $ \ frac1 {20} ^ \ text {th} \, \ lambda \ $ en optique est difficile - des milliers d'heures.Chez RF, c'est vraiment simple.
@valerio_new J'ai trouvé la référence qui m'a d'abord intéressée: "Antennes à lentilles métalliques", Winston Kock, Actes de l'IRE, 34 (11), 828–836 |10.1109 / JRPROC.1946.232264 "Notez que la date est 1946! Long, bien avant tout ce nouvel intérêt inédit pour la bande X de note plus moderne.
Je suis presque sûr que les appareils de radiothérapie utilisent souvent une forme de lentille.
RADAR repose plutôt sur de gros morceaux de métal agissant comme des miroirs RF.
@jonk que la baie SKA recommande une quantité massive de débit de données par seconde, étant donné que nous sommes en 2002!Sensationnel.
@abligh Metal peut également être utilisé comme réseau de diffraction.La plupart ne pensent pas à ces choses.Mais l'univers est vraiment intéressant et il existe de nombreuses façons d'obtenir des informations une fois que vous en avez saisi quelques idées.C'est incroyable pour moi tout ce qui est accessible une fois que vous avez acquis seulement quelques concepts de base qui peuvent être appliqués dans tant de domaines différents.
Aussi, sur Physics.SE: [Un objectif peut-il être utilisé à une fréquence radio?] (Https://physics.stackexchange.com/q/433125/72771)
"au lieu d'utiliser des antennes directives compliquées?"car pour RF, les antennes sont en fait moins compliquées que les lentilles.
https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-35068-4_5#Sec10
Huit réponses:
user1850479
2020-06-28 22:06:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

En ingénierie optique, le choix entre lentilles et miroirs se résume souvent au diamètre d'ouverture: moins de quelques pouces et les objectifs peuvent être fabriqués à bas prix et avec une grande précision.Plus gros et les coûts augmentent de façon exponentielle, de sorte que même les systèmes de 6 po de diamètre fonctionnent généralement mieux.

Aux fréquences RF, un objectif de 6 pouces est de l'ordre d'une longueur d'onde, et donc pas utile pour la mise au point.Ce n'est que lorsque vous êtes arrivé au bord du spectre des micro-ondes que la longueur d'onde devient suffisamment courte pour que les lentilles commencent à devenir pratiques.

Bien sûr, si vous ne vous souciez pas du coût, et que cela ne vous dérange pas d'être extrêmement lourd, vous pouvez construire un objectif à utiliser avec une antenne WiFi.Cela n'a tout simplement pas beaucoup de sens pratique.

Les fréquences RF couvrent * ordres * de grandeur.150 mm (6 ") est de l'ordre d'une longueur d'onde de 2 GHz (un objectif devrait mesurer environ 1,5 m pour fonctionner réellement pour cette longueur d'onde), mais si vous parlez de VHF, une onde est de 3 mdoivent avoir un diamètre d'environ la taille d'un bâtiment de 15 étages pour fonctionner Sur la plus grande partie de la plage de longueurs d'onde RF, l'échelle de construction requise pour construire une optique réfractive est tout simplement ridiculement impraticable.
En informatique, le choix se résume entre la fumée et les miroirs.
Marcus Müller
2020-06-28 22:06:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Je ne connais aucun cas d'utilisation d'objectif RF

Cela peut être changé.Ils sont assez courants pour les ku-band et plus.Pensez aux communications par satellite, au radar, aux liaisons point à point où vous voulez être élevé mais ne pouvez pas utiliser d'antenne parabolique, par ex.pour des raisons météorologiques.

Regardez cette belle antenne à objectif:

Lens horn antenna

Ou ces jolis encarts pour convertir un guide d'ondes ouvert en une véritable antenne

insets

J'aime cette réponse, mais pourquoi ne pas les utiliser également pour les bandes de fréquences inférieures?
@valerio_new D'autres ont expliqué cela (et plusieurs fois!) Dans les commentaires et autres réponses à votre question.Vous devrez les lire.
Trouvé!Une lentille doit être d'un ordre de grandeur plus grande que la longueur d'onde!:)
StarCat
2020-06-28 23:27:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Il existe l ' objectif Luneburg, qui peut être utilisé pour diverses applications, de l'optique à la RF.Les lentilles Luneburg sont généralement sphériques, constituées de coques concentriques de matériau avec un indice de réfraction échelonné à des fins pratiques, mais idéalement, l'indice de réfraction devrait varier en permanence.

image from www.rfwireless-world.com

(image de www.rfwireless-world.com)

Les applications sont les réflecteurs radar, les antennes micro-ondes et la collimation laser.

D Duck
2020-06-29 21:26:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vous pouvez fabriquer des lentilles à partir de métamatériaux - voir cette histoire Phys.org

Une lentille micro-ondes autoportante tridimensionnelle à faible perte avec indice de réfraction négatif Journal of Applied Physics 112, 073114 (2012); https://doi.org/10.1063/1.4757577 Isaac M. Ehrenberg, Sanjay E. Sarma et Bae-Ian Wu

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

J'adore le fait qu'il ait un indice de réfraction * négatif *.
Métamatériau d'indice POSITIF: les "directeurs" d'une antenne yagi / uda ralentissent les ondes, les forçant à se tourner vers le dipôle actif.Hé, les yagis ont des éléments "len" et des éléments "réflecteurs".
En fait, beaucoup de métamatériaux sont développés dans la région spectrale des micro-ondes, car la précision mm est beaucoup plus facile à prototyper et à tester que la précision nm (en particulier en 3D)
analogsystemsrf
2020-06-29 02:13:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Heinrich Hertz a utilisé des cales de paraffine, dans les années 1890, dans le cadre de sa liaison de communication RF à 60 MHz.Les coins étaient cruciaux pour prouver que les ondes étaient émises, collectées et détectées.

The Photon
2020-06-28 21:40:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Les miroirs RF sont assez courants.

enter image description here

Les objectifs RF sont possibles mais beaucoup moins courants.

La brève explication est le coût.Le coût fait presque toujours partie de l'ingénierie.S'il y a deux façons de faire quelque chose, et que l'une coûte moins cher pour des performances adéquates, alors c'est la meilleure solution technique au problème.

Un réseau de fils pour former un élément d'antenne directive ou réfléchissant est moins cher à construire et à entretenir qu'une structure de lentille solide pour la plupart des applications.

Si l'ingénierie est coûteuse, pourquoi même se donner la peine d'inventer un tout autre domaine de fils sortant des fils alors que nous aurions pu utiliser une connaissance déjà bien établie dans le domaine de l'optique?
@valerio_new, car le coût des travaux d'ingénierie n'est pas le seul coût qui compte.Le coût de construction et de maintenance du système RF est également important.
@valerio_new, considère également que la technologie radio est antérieure à la disponibilité généralisée des plastiques que nous avons aujourd'hui, ce qui aurait sérieusement limité la praticité des lentilles RF dans les premiers jours.Imaginez le poids d'une lentille en verre de plusieurs mètres de diamètre.
Dmitry Grigoryev
2020-06-30 12:43:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Un autre exemple bien connu d'objectifs RF est les antennes de zone de Fresnel.Ils sont basés sur le même principe que les lentilles optiques de Fresnel: L'effet de mise au point est obtenu via la propriété de déphasage de sa surface plutôt que de son volume, ce qui permet des antennes compactes ou de taille arbitraire (par exemple intégrées dans une surface courbe).

Spehro Pefhany
2020-06-28 21:45:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Les objectifs peuvent être utilisés dans la région des ondes millimétriques.Voir, par exemple, https://doi.org/10.1007/BF01014036

enter image description here

Ce qui décrit l'utilisation des lentilles Rexolite pour les applications militaires à 90 GHz.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
Loading...