Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 59
Текст из файла (страница 59)
б- с аиййййййччсйой эййзчй лщощей. При о >с линза называется ускоряющей. Отношение скорости света к фазовой скорости волны в линзе называется коэффйчиентом преломления линзы и обозначается и = с(э . Поверхность линзы, обращенная к облучателю, назьшаетсл освещенной сщороэой, противоположная (теневая) поверхность линзы называется раскрыеом. Различают линзы с одной преломлшощей поверхностью (рнс. 16.26,а — а), когда преобразование фронта волны. падающей на линзу от облучатыя, происходит только на теневой илн освещенной поверхности линзы, и двухповерхностные, линзы в которых фокусировка поля производится как освещенной, так и теневой поверхностями (рис.
16.26,д,е). Раскрыв линзы в общем слу- чае может быть обрюоваи поверхностью произвольной формы, Линзы с плоским раскрывом (рис. 16.26,а,б) осуществляют преломление падающего на них поля на освещенной поверхности, линзы со сферической освещенной поверхностью имеют криволинейную теневую преломляюшую поверхность (рис. 16.26,в,г). В дальнейшем, если не оговорено особо, будем рассматривать одноповерхнастные линзы с плоским излучаюшим раскрывом. По форме раскрыв линзы может быть круглым (в линзах, представляющих собой тело врашення относительно фокальной оси (рис. 16.25,а)) нли прямоугольным (в цилиндрических линзах (рис.16.25,6)).
Рис. 16.26. Типы линз. а — звмелляющвя с ссвсшеи пай твстюмляюшей поверхностью, б- ускорпоще» с освсше якой прелошшюшей ооверхиошью, е- звыеллвюшел с тевской прсломшю шва поверк костью. г- ускоряющея с теневой вреломвяюшей повсрхшютью, Ие -лвухиовсрхиостиые земелляющие и ускоряющие линзы Освещенная поверхность линзы является выпуклой лля замеллщошей (рис.16.26,а) и аогнуюй (рис.
16 26 6) для ускоряющей линзы. это вытекает из следующих рассужлений. В замедляющей линзе выравнивание фазового фронта происходит за счет замедления движения отдельных участков фронта. Как следует из рис. 16.26,а, центральные участки фронта волны должны замедляться больше по сравнению с периферийными. В ускоряющей же линзе спряылеине фазового фронта происходат за счет ускорения лаижения тех участков, которые проходят через динзу. Такими участками (рис.16.26,6) в большей степени должны явяяться периферийные участки фронта. Облучатель сферической линзовой антенны располагают таким образом, чтобы его фазовый центр совпадал с фокусом линзы Г. Прн этом сферический фронт волны, излучаемый облучателем, как бы исходит из фокуса люпы. В цилиндрических линзовых антеннах облучатель является линейной антенной, юя)чаюшей пилинарнческую 266 волну. Ось этой цилиндрической волны лопжна совпадать с фокальной линней АВ ци.
линдрнческой линзы (рнс. 16.25,6). К облучателю линзовой антенны предьявляются следующие требования: — облучатель лолжен иметь фюовый центр (в противном случае фронт волны облучателя не будет чисто сферическим или цнлиндричесиим и в раскрыве линзы пояаят. ся фазовые ошибки); — амплитудная диаграмма направленности облучателя должна быть такой, чтобы, с одной стороны, энергия от облучателя не проходила мимо линзы, с другой стороны, чтобы в пределах раскрыва линзм облучатель создавал требуемое амплитудное распределение поля по раскрыву линзы.
В качестве облучателя в линзовых антеннах могут применяться: открытий конец шшновода, небольшой рупор, вибратор с рефлектором или ряд других слабоиаправленных облучателей,удовлетворяющих перечисленным требованиям. Уравнение профиля линэм. Принцип действия линзы можно пояснить, использув законы геометрической оптики: луч, ладивший на освещенную поверхность линзы с коэффициентом преломления я под углом В преломляется и распространяется далее пол углом 1)(рис. 16.26,а), определяемым из соотношения: мп сг = из!и )) Для получения остронаправленного излучения лучи, расходяшиеся из фокуса по радиусу, после преломления линзой должны быть параллельны. Таким образом, профиль линзы выбирают из условия, при котором сферический фронт волны, исходяший из фокуса линзы, можно было бы трансформировать в шзоский фронт после прохождения линзы. С позиции фазовых соотношений в раскрмве это означает, что электрическая длина пути от фокуса лиюы до произвольной точки цгиа раскрыве должна быть одной и той же.
При этом в плоском раскрыве линзы формируется синфэзное поле. Обратимся к рис. !6.26,а,б, где показаны профили ускоряюшей и замедляюпгей линз и введены соответствуюшие обозначения. Рассмотрим две точки О и Ф на раскрмве ускоряюшей линзы. Точка О лежит на фокальной оси линзы, точка дг произвольная. В точку О волна попадает из фокуса Е по прямой ЕО! в точку Ф вЂ” ло ломаной 6 Маг, Условие равенства электрических длин РО и ЕМ)т' имеет аид 2л — ГО = — ГМ и — М)т', (16.54) Л Л Л„ гле Л вЂ” длина волны а свободном пространстве; ˄— длина волны в линзе. Введем обозначения ем=р(ж), ГО.=л (( — фок>*снос расстояние), тогда Лбц = л' — р(м) соз уг .
При этом (16.54) можно записать в виде 1 = р(уг~)+ — [Л вЂ” р(д) соз уг!. Л Л„ Учитывая, что коэффициент преломления с Л ке Л окончательно получаем Р(Р) = >' 1 — лсозуг (! 6.55) (16.56) 2бт Прн л < 1 уравнение (16.56) есть уравнение эллипса в полярной системе координат. Аналогично для двух точек 0' н Л' в раскрыве замедлжошей линзы равенство электрических длин путей имеет еид 2гг 2я 2л -- Р0о — 00'= — ГЛР Л Л. 2гг 2я 2л Л Л„ — 7 о — (Р(рг)сопру — 7)= — Р(ру), Л откуда получаем следуюшее уравнение для профиля замеллшощей линзы: Р(уг)=7 прн и>1 (16.57) л соя ж — 1 Уравнение (16.57) есть уравнение гнперболм в полярной системе координат.
Для одноповерхностных линз с освещенной сферической поверхносп ю (для Осеснмматричных линз) (рнс. 16.26,е) ялн круговой пнлннарнческой поверхностью (для цнлнндрнческнх линз) (рнс. 16 26 г) уравнение профиля теневой поверхности имеет внд (ж) =Х (16. 58) и-сокр Прн л > 1 уравнение (16.58) является уравнением эллнпса, а при л < 1 — уравнением гиперболы.
Замедляююне линзы выполняются нз диэлектрика с мвлымн потерями. Коэффипнент преломления таких линз полностью определяется относительной диэлектрической проннпаемостью материала линзы а, н равен и=,)а,. Так как е, практически не зависит от частоты в очень широком диапазоне частот, как следует нз уравнения (16.56), профиль замедляющей линзы не зависит от частоты н, следовательно, диэлектрические линзовые антенны относятся к классу широкополосных остронаправленных антенн.
Их полоса ограничивается рабочей полосой частот облучателя. Ускоряюшне линзы прел. о а ставляют собой набор тонких ме- таллических пластин (рнс. 16.27), расположенных параллельно вектору электрического поля Е, падающему от облучателя. Е Пространство между пластннамн образует гшоскнй волновош Если ширина этого волновода а выбрана нз условия Л! 2 < а < Л, то в плоском волноводе может а) распространяться вОлна типа Пм.
а все Остальные волны находятся Рнс. 1627. Ряетапаопаастинчатые ускоРяющие линзы: а-он гмкг риыьиым рупоромб — оя соктриопьеым рупором а Ззвршпмсе 0 Р в за нтнческом ежнме. Фазовая скорость волны Н,о (16. 59) поэтому коэффициент преломления металлопластннчатой линзы определяется соотно- шением л =,~$ — (2 (2а)) (16 60) г лля замедляюшей лижоьь (16.63) (16.64) для ускоряющей линзы. 299 Неравенство (16.59) накладывает следующее теоретическое ограничение на диапазон выбора коэффициента преломления. 0 < и < 0,36.
Однако на практике приходится учитывать также возможность появления отрвкения от поверхности линзы, причем отражение волны тем больше, чем заметнее л отличается от !. Поэтому при конструировании л выбирают в интервале 0,5 — 0,7. а(еталлопластинчатые линзы чаше всего используются в совокупности с рупор- ными антеннами для компенсапии фазовых ошибок в раскрыве рупора. В 11-секториальных рупорах используется линза нз прямоугольных пластин равной толшины В Торцы пластин внутри рупора расположенм по поверхности эллиптического цилиндра (рнс.
16.27„а). В Е-секториальиых рупорах применяется линза из профилированных по эллипсу одинаковых пластин (рис. 16.27,о). Дзи выравнивания фазового фронта в пирамидальном рупоре линзу собирают из профилированных пластин разной толшины, осушествляюшнх фокусирование одновременно в Е- и Н-гшоскостях. Выбор факуснога расстояния и толщины линзы. Заннрааанне линз. Толщина линзы И (рис. 16.26,а,б) зависит от фокусного расстояния у" и ширины раскрыва о(р. С помошью выражения (16.57) для замедляюшей линзы получаем г(= росоз(ео — 1 =1сезуго — 1=У вЂ” ". (16.61) лсозуго 1 лсозшо — 1 Соответственно, используя (! 6.56), для ускорюошей линзы имеем о(=.à — Росозсго =.Г У =.1 1-и (1-созуго) (16.62) нсозуго 1 лсозузо Подставляя в (16.61) и (16.62) выражение длв косинуса угла раскрыва линзы /'+ о( соэуго-- (а„1'2) ь(1'+о() после несложных преобразований получаем следуюшие выражения для толшины линзы: Из соотношеннй (16.63) н (! 6.64) следует, что для замедлшощей линзы й > О прн любых параметрах и >1, р) иу; лля ускоржощей лннзм р( < О лишь при условии г> р рг (! ь и) 2,К:и Это означает, что замедляющая линза может быть сконструирована при любых ' соотношениях между и, ь( и А" ускоряющая же линза не может иметь фокусное расстоянне меньше, чем правая часть выражения (16.65).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
