Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 2 - 1977 г. (1151801), страница 31
Текст из файла (страница 31)
сти Н, из-за несимметричного распреде. ленин поля по апертуре и плоскости Е. Другой тип линзы, при котором можно получить широкоугольное сканирование, описан в работе [50). Схематическое изображение этой линзы приведено на рис. 27. Эта цилиндрическая линза состоит из металлических пластин, причем пластины расположены параллельно плоскости Е. Лучи, проходящие через линзу, направляются металлическими пластинами, и их направление не зависит от показателя преломления.
Линзы этого типа не подчкняются закону Снелла. Одно из преимуществ этик линз состоит в том, что металлические пластины имеют прямоугольнуто форму и фонусированне осуществляется в плоскости, перпендикулярной направляющим пластинам. Вследствие того, что длины путей лучей в линзе фиксированы и не зависят от углового положения облучателя, такие линзы хорошо подходят для широкоугольного скавирования с помощью смещения обтучателя (см. рис. 27). Из-за ограничения, связанного с фазовыми ошибками в распределении поля по апертуре, возможно сканирование з угле, равном !!О', при шириве ДН 2' и ДО = 1,0 или при ширине ДН 1,2' и )(Р = 1,5 или при ширине ДН 0,75' и 710 = 2,0.
В процессе создания широкоугольных линз необходимо предпринимать специальные меры предосторожности, чтобы избежать появления в ДН второго главного максимума. Дополни. тельные главные максимумы появляются при болыпих углах относительно центра, постепенно растут по величине и быстро приближаются к центру при увеличении угла сканирования. В этом заключена причина того, что для получения полного угла сканирования, равного !00', должны использоваться близко расположенныеэлементы (с расстояниями между ними меньше 0,555 к). Линзы Люнеберга.
Рассматриваемые до сих пор линзы состояли из материала с постоянным показателем пре. ломления. Представляют танже интерес неоднородные линзы с переменным показателем преломления Лииза Люне. берга является примером неоднородной 10 5 0 5 10 град а 5 0 15 Ру 10 гуза Ркс. 26. Диаграмма мзлрлзлеккостн лик- ом, мокезаккоэ кк ркс. 24: о без зкркккроезккк; б — с зкреккро- ккнксм. [~ 7(ад луча Ркс. 26.
Метлллокоздтшкзк лккзокак амтемка, 123 Гл. 3. Зеркальные и линзовые антенны линзы, которая используется в радиолонации. Применяются как сфериче. ские, так и цилиндрические линзы. Они пригодны для широкоугольного сканирования. Сферическая линза Люнебергп спроектирована таким образом, что если точечный облучатель расположен на ее поверхности, то линза трансформирует исходящую из него сферическую волну в плоскую, вектор распространения (вектор Пойнгинга) которой направлен по диаметру, проходящему илиндричеиюгл линза чххба ах 46 ка .
5зэ" з"" ь! рвах ,г Лине оЖгуча Палия лолонгенигг оолрчалгелл Рнс. зт. Цнлнндрннссная нсталлявоздушнаа линзовая антенна. через облучатель [61[(рис. 28). Показатель преломления линзы должен соответствовать следующей зависимости: п (г) = ля[2 — (гИ)в[~7~, (48) где нд — показатель преломления при г = )1з. Для того чтобы избежать от ражения от поверхности линзы, обычно выбирается пд = 1. формула (48) справедлива также для случая цилиндрической линзы с круглым поперечным сечением. Показатель преломления максимален в центре, где он равен Р'2, н уменьшается до единицы на периферии На практике бывает трудно скоп. струировать антенну с точечным облучателем, расположенным прямо на поверхности линзы. Если обтучатель расположен не на поверхности линзы, то требуемая зависимость показателя преломления отличается от формулы (48) [1![. На рис.
29 показано изменение относительной диэлектрической проницаемости в„= е/ао как функции нормированного радиуса г[)с. Параметром кривых является радиальное положение облучателя в относительных величинах гоЯ. Линза Люнеберга была объектом большого количества теоретических и экспериментальных исследований [62 — 67[. Диаграмма направленности, создаваемая линзой, зависит от ДН облучателя. Пользуясь законами геометрической оптики, можно получить распределение поля по апертуре линзы, если известна ДН облучателя, Диаграммы направленности сферических линз 124 3лй Линзовые антенны Люнеберга йля некоторых идеальных облучателей рассмотрены в работе [62[. Для приближенной оценни ДН сферических линз Люиеберга их можно заменить плоской круглой апертурой радиуса, который равен радиусу линзы, а распределение поля близко к равномерному [2[.
На практике, невозможно создать линзу Люнеберга, имеющую непре. рывно изменяющуюся диэлектрическую постоянную. Трехмерные линзы можно сконструировать иэ большого числа сфернческих слоев, каждый Ллоекой Оплнобпо' из которых имеет постоянный пока. уаронлг ватель преломления. В работе [63[ Лг"аукнпатть описана десятислойная линза, наго. товленная из пеностирола с необходимым изменением показателя преломления [63[, Фазовая ошибка на ' упненнлгй апертуре зависит от количества ис- облучатель пользуемых слоев.
Установлено, что для десвтнслойной линзы диаметром 45,8 см отклонение фазового фронта от линейного приблизительно в два раза больше, чем для двадцатислойной линзы, хотя отклонение в обоих случаях меньше я/1О. Зкспериментально измеренные ДН для десятнслойной сферической линзы Люнеберга диаметром 46,8 см, работающей на волне 3,2 см, приведены в работе [62[. В качестве облучателя использовался расширяющийся волна. вод. Ослабление поля по краю апертуры в плоскостна Е и Н было 1О дБ. Обнаружено, что для получевия лучшей формы ДН необходимо сместигь об- Рис.
та. Линза Люнебергв а/аа Нанвреннон уа аг н [у а у» йг Упрлорпбпннаао робкое 77'к -1О О 1,О тп Непапноп облуноглплн,пут Рис. ЗО. Относительный КНД антенны кив функция смещения облучатели нз фокильной иоверзностн сферической линзы Люиеберга. Рнс.
За. Дизлеятрнческви проницаемость линзы Люнебергв кив функция нормироввнного радиуса прн рвзлнчныя поломенмяя облучателя, опредсляемых пиримстрои ггря лучатель на 7,2 мм от наружного слоя. Измеренный КНД линзовой антенны имел величину 31 дБ на волне д = 3,2 см при ослаблении иа краю апертуры в 20 дБ и получен коэффициент использования площади и = 0,63. Найдено, что наиболее важным условием, влияющим на характеристики линз Люнеберга, является расположение фазового центра облучателя по отношению к фокальной поверхности [64[, которая в идеальном случае считается совпадающей с поверхностью линзы. В работе [64[ исследовались характеригтики автенн со следующими простыми облучателями: открытый конец !25 Гл. 3.
Зеркальные и линзовые антенны Гасалллиенис излучателя которых имелась система параллельных неплоских пластин. Рас. стояние между пластинами было постоянным. Зффективное изменение показателя преломления, за. данное формулой (48), достигалась путем деформации системы параллельных пластин в систему, беркнля мсталлачсслая пластина Ьг Иижнлл мгтадли- Диэлектрик чеслал ллаопина напоминающую по форме «коте.
лок» (72(. Зги линзы обладают осевой симметрией. Форма их та. Рис. ЗЬ це»андре«ее«ее аее»а Люиебереа. кона, что все лучи, попадающие от облучателя йа апертуру линзы, проходят равные расстояния при достижении линии, параллельной апертуре и нормальной к диаметру линзы, проходящему через точку, е которой распело»кен облучатель. На рнс. 3! показана другая цилиндрическая линза Люнебсрга, Дее круглые мсталлические пластины образуют волновод. Пространство между пластинами заполнено диэлектрическим материалом Предполагается, что в волноводе распространяется только волна типа ТЕмн Показатель преломления является переменным, так как промежутки между пластинами н соответственно толщина диэлектрика (рнс. 31) изменяются в соответствии с формулой (2( 5=172 (гв!ае — 2+ге!)7з. (49) Диаграмма направленности линзы в плоскости Е подобна ДН эквифазной антенны с круглой апертурой 2)7, но в плоскости Н она подобна ДН антенны бегущей волны длиной Я (2,65].
Ширина ДН (в град) в плоскостях Е и И соответственно равна 0 ж 29„4' )!2И, 0 = 100' ]/ Х!2 Й . (50) Отражение от поверхностей линзы. В общем случае от границы между слоем воздуха и линзой отражается некоторан часть энергии электромагнитной волны. Часть отраженной энергии рассеивается, что уменьшает КНД антенны. Кроме того, часть отраженной энергии может возвратиться в облучатель, что создает рассогласование облучвющсй системы. Для умень. щения влияния этих отражений существуют различные методы (2,4, 69 — 74(.
В диэлектрических линзах отражение можно уменьшить, нанося на преломляюшую поверхность линзы диэлектрической слой толщиной й)4 (рис. 32), Показатель преломления слоя и его толщина определяются по формулам: пз=(нг пз)"; бе'=Л/4нз. (51) !26 волновода; резонанснан щель в узком волноводе; экспоненциальный рупор и комбинация рупора н линзы. Эффективный фазовый центр волноводного облучателя расположен на расстоянии 7,2 мм от физичесной поверхности линзы в случае, когда волноводная апертура находится в коитвкте с линзой, имеющей диаметр 45,8 см.
Рабочая частота рассматриваемой линзы равна 16,65 ГГц. На рис. 30 показано изменение КНД антенны при смещении облучателя из фональной поверхности (64]. Цилиндрические линзы Люнеберга. Сделать цилиндрические линзы с заданной зависимостью показателя преломления на расстоянии г от оси относительно просто, поэтому ранние виды линз Люнеберга были цилиндрическими. Первыми линзами Люнеберга лса симметрий были геодезические линзы (68(, в З.У, Линзовые антенны На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
