Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Аналогично можно показать, что для одноповерхностных линз с теневой преломляюшей поверхностью толщина линзы определяется следуюшнм образом; у ьР= — — л — Р при л>1, иь! (ле1) 4(лт-1) (16.66) й=л -р " — — при л<!. (иь1) 4(1-лт) 1ьи При л > 1, т.е. для замедлжощей линзы с теневой преломллющей поверхностью, имеем ся орраннченне (16.6>) на соотношение между параметрамн линзы. Заметим, что реальная толщина ускоряющих линз всегда больше толщины р), определяемой соотношениями (16.64), (16.66), на конструктивную толаппгу й' (см.
рис. 16.26,6 и г). На рнс. 16.28 покианы графики зависимости относительной толщины линзы с плоским раскрывом от коэффициента преломления, построенные по соотношениям (! 6.63), (16.64). Из этих графиков видно, что прн заданной ширнне раскрыла толщина линзы тем меньше, чем больше фокусное расстояние н чем болыпе коэффиднент преломления отличается от 1. Рис. 16.23. Зависимость относительное толщины р Шр эамеляяюсмй (и) и ускоряюшск !6) линз от коэффициента преломления я 270 Увеличение фокусною расстояния связано с увеличением продольного рюмера ан. таины, а более резкое отличие коэффициента преломления от 1 приводит к возрастанн!о отражения энергии ст поверхности линзы.
Поэтому на практике, учитывая взаимосвязь параметров, коэффициент преломления выбирают в интервале и = 1,3...1,6 для замедляющих и в интервале л — ' 0,5.. 0,7 для ускоряющих линз, а фокусное расстояние выбирают приблизительно равным ширине раскрыла линзы (7' с(„) . При этом толщина лин. зы составляет несколько десятков процентов от ширины раскрыаа, причем ускоряющие линзы имеют гораздо большую толщину, чем замешгяющие. Для уменьшения толщины линз применяют специальный способ, называемый зоиироесииеи линз. Сущность его заключается в том, что освещенную часть линзы делают ступенчатой (рис.
16.29). поверхность линзы между сосед- Р4; — А Р изз~ ~з 3 ними ступеньками называют золой. 1 ! Глубину ступенек г аыбирмот та- (2 кой, чтобы электрические длины 7 з ПУЗИ ОТ фск)'Са ЛИНЗЫ ЛО ЛВУХ П)Ю" и = ! 2 3 панельных точек в раскрыве линзы, Лз юйз~~Р~~У~~~ Я теы' что л~ т Рис.1629.3оииреванныеускоряюшнс(а) попалают в них, прохоля через со- и зьчсдашашне (6) линзы седине зоны, отличались на 2Л радиан. При этом синфазность поля в раскрыве линзы не нарушается. Уравнение поверхности каждой ш-й зоны можно записать в виде (16.56) или (! 6.57) с той лишь разницей, что фокусное расстояние г выбирают свсе дчя каждой т-й эоны; ,г,„= у ч (ш — !) г, (16 67) где ,=,Ь 1-л причем знак «ззз берется при и < 1, а знак к-э при л > 1.
Зонирование приводит не только к полаяапельному эффекту уменьшения толщины линзы ив но и к ряду отрицательных эффектов Во-первых, в зонированных линзах появляются нли необлучаемые участки (заштрихованные на рис. 16.29,а), в которых волна скользит вдоль ступеньки, или расфазированные участки в угловом секторе, покюанном пушпззрными янинами гш рис. 16.29,6. Это привоЛит к некоторому уменьшению коэффициента направленного дейсзвия (КНД) линзовых антенн и к возрастанию уровня боковых лепестков. Во-вторых, глубшза ступеньки, как это следует из (!6.68), зависит ст длинны волны Поэтому зонирование в диэлектрических линзах пРиволнт к Уменьшенюо относительной Рабочей полосы частот 21)Р 7 /е' ло (16.69) У~ М вЂ” 1 гле М вЂ” число зон; Дз — средняя частота; 2дг — абсолютная полоса частот. Ускоряющие металлолластннчатые линзы являются принципиально узкополосньь ми из-за зависимости коэффициента преломления от частоты.
Так, при допустимых фазовых ошибках л 7 2 и и = 0,5 на средней частоте рабочая полоса частот этих линз (%) 27! лля осесимметричных линз, н у у лсозуг-1 Япш= — =— р(уг) У л — 1 (! 6.73) для цилиндрических линк ((оэффициевты С,(Я), Ст(аг), С,(Р), вхолащие в соотношение (16.72), обнзаны пеРераспределению мощности в Раскрыве линзы из-за рефрашши, отражения от поверхности линзы и потерь в линзе.
не. 16.30. К пояснению Рефракции з ззмедяяюяих (а) н ускоряющих (В) линзах 272 глу,(, А а в зонированных металлопластннчатых линзах рабочая полоса частот (Вб) при тех же о~раничениях апределяешя соотношением 267" (!6.7!) эз 1,5 — '-2(М вЂ” 1) 4 Из сравнения (!6.70) и (! 6.71) следует, что в металлопластинчатых линзах зонирование позволяет даже расширить рабочую полосу частот. Диагралиив нвнравлвнносгвн линзовых антенн, Так как рассмотренные линзовые антенны относятся к классу апертурных антенн с сиифазным раскрывом, для расчета нх диаграмм направленности достаточно определить амплитудное распределение поля в раскрьше.
Амплитудное распределение в раскрыве линзовой антенны (и. 153) определается, в первую очередь, формой амплитудной диаграммы направленности облучатели Р м(уг), а также свойствами линзы, и может быть предсшвлено в виде Е(М) = Р,е,(уг)С (Сг)Сз(Р)Сз(уг), (! 6.72) где М(гв() или М(х„у) — точка на раскрыве осесимметричной или цилиндрической линзы, соответствующая лучу, попадающему на раскрыв при цздении его на освещенную поверхность линзы под углом Ш а угол С определяется нз уравнения г у л соя!у-! яп уг = — =— р((в) Р л -1 Для анализа влияния рефракции на форму амплитудного распределения обратимся к рис.
16.30, на котором показаны 2ша пучка лучей, имеющие одинаковые угловые секторы Л(и2 =Лр . При ненаправленном облучателе в этих секторах будет распространяться одинаковое количество энергии от облучателя. После преломления линзой энергия будет распределяться в пучках разного сечения. Это явление называется рпр. ракюией. Для ускоряющих линз ьу < Луы для замедляющих аут > Лу,. Поэтоиу из-за рефракции плотность потока энергии, а следовательно, и амплитуда поля в раскрыве будут увеличиваться к краям ускоряющей линзы и уменьшаться к краям замедляющей линзы.
Количественное изменение амплитудного распределения из-за рефракции можно вычислить по следующим соотношениям: лля цилинлрической линзы С2(72)= Ш прил<1, С(уг)= 1 прин>1; (со5 р — и 2ГИ вЂ” С05 У лля сферической линзы )зц 1 ги С,(у)= при и<1, С,(52)= при и>1. (1674) ч(оевз Р - И (И вЂ” Ссз Р На рис.16.3! показаны зависимости коэффициешпв С2(уг) для сферических ,(рис. 16.31,а) и цилиндрических (рис. 16.31,6) ускоряющих н замедляющих линз при различных значешшх коэффициентов преломления и. Влияние отражения иа амплитудное распределение в раскрыае проанализируем на примере диэлектрической линзы. Коэффициент отражения Г от освещенной поверхности зависит от поляризации падающего поля и приближенно может быть определен Рнс. 1631.
Завясимосгь С,(52) для асссачмегрнчиои (а) сита отражения от пжккой и цнлиидрпческой (6) линзовых антенн границы воздух — диэлектрик, поэтому Г2 . 2 ) и ссзр Чи 52п р (16.75) Л Ссзц+./Л вЂ” ЯП Р дгш параллельной поляризации (вектор электрического поля Е параллелен плоскости падения) и — Соз 25 5 2(И вЂ” 51И Г2 2 г~ = (16. 76) Г для лерпендихулярной поларизации (вектор электрического поля Е перпендикулярен плоскости падения). В формулах (16.75), (16.76) р — угол пдления волны на поверхность линзы, отсчитываемый ог нормали к поверхности в ~очке падения.
273 Коэффициент отражения Г„от плоской теневой поверхности линзы не зависит от поляризации: л — 1 г,= —. е+1 Волны, отраженные от освепгенной н теневой поверхностей линзы, слабо взаимо. действуют между собой, т.е. энергия первой волны довольно равномерно рассеивается в пространстве, а энергия второй фокусируется в фокусе линзы, создавая дополнительные отражения в фидерном тракте облучателя линзы. Поэтому на амплитудное распределение в раскрыве линзы оказывает влияние в основном отражение от освещенной поверхности линзы н множитель с,(ш) = ~~-(г(д )~', (16.78) где Г(р) в зависимости от поляризации вычисляется по (! б 75) нли (16 76). Для перпендикулярной поляризации Сз (сг) дает спадающее к краям линзы аыплитудное распределение; для параллельной поляризации множитель Сз (уг) сначала дает возрастание амплитудного распределения при движении точки наблюдения от центра плоского раскрыва к краю, а затем — уменьшение Множитель С,((и) в (16.72) зависит от влияния активных потерь в линзе на форму амплитудного распределения а раскрыве.
Для диэлектрических линз график Сз (уг) имеет несколько приподнятый к краям раскрыва вид, так как в цегпре потери болыне (из-за большей толщины линзы), чем на краю. Зависимость множителя Сз (уг) для ди- элекгрических линзовых антенн имеет вид Сз(уг) = е (16. 79) где 186 — тангенс угла потерь в диэлектрике; г — текущая толщина линзы, соответствующая направлению Впадения волны на линзу. В первом приближении для линз из диэлектрика с малыми потерями С, (уг) можно считать постоянной величиной (С, (уг) ь1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
