Назначение и принцип действия линзовых антенн.

Линзовой антенной называют совокупность электромагнитной линзы и облучателя. Линза представляет собой радиопрозрачное тело с определенной формой поверхности, имеющее коэффициент преломления, отличной от нуля.

Линза предназначена для трансформации соответствующим образом фронта волны, создаваемого облучателем.

Принципиально линзовые антенны можно использовать для формирования различных диаграмм направленности . Однако на практике линзовые антенны подобно оптическим линзам применяются, главным образом, для превращения расходящегося пучка лучей в параллельный, т.е. для превращения криволинейной (сферической или цилиндрической) волновой поверхности в плоскую.

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Рис. 57. Линзовые антенны:

а – ускоряющая волноводная линза; б – замедляющая диэлектрическая линза; в – иллюстрация принципа действия линз

Всякая линзовая антенная состоит из двух основных частей: облучателя и собственно линзы. Облучателем может быть любой однонаправленный излучатель. Важно, чтобы возможно большая часть энергии излучения попадала на линзу, а не рассеивалась в других направлениях и чтобы у поверхности линзы, обращенной к облучателю, фронт волны был близок к сферическому или цилиндрическому. Выполнение последнего условия позволит рассматривать облучатель либо как точечный, либо как линейный источник электромагнитных волн.

В качестве облучателя могут быть использованы небольшой рупор, открытый конец волновода, вибратор с пассивным рефлектором. Облучатель обычно располагают так, чтобы его фазовый центр совпадал с фокусом сферической линзы или с фокальной осью цилиндрической линзы. Поверхность линзы обращенной к облучателю, называется освещенной стороной. Противоположная (“теневая”) сторона линзы образует ее раскрыв. Прямая Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru , проходящая через фокус и центр раскрыва, называется осью линзы. Точка Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru пересечения оси линзы с освещенной стороной называется вершиной линзы. Линия Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru пересечения освещенной стороны линзы продольной осевой плоскостью называется профилем линзы. Профиль может быть вогнутым и выпуклым. Раскрыв линзы, как правило, делается плоским. Форма раскрыва может быть круглой или прямоугольной.

Принцип действия линзы основан на том, что линза представляет собой среду, в которой фазовая скорость распространения электромагнитных волн либо больше скорости света Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru , либо меньше ее Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru . В соответствии с эти линзы разделяются на ускоряющие Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru и замедляющие Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru .

В ускоряющих линзах выравнивание фазового фронта происходит за счет того, что участки волновой поверхности часть своего пути проходят в линзе с повышенной фазовой скоростью. Эти участки пути различны для разных лучей. Чем сильнее луч отклонен от оси линзы, тем больший участок он проходит с повышенной фазовой скоростью внутри линзы. Таким образом, профиль ускоряющей линзы должен быть вогнутым.

В замедляющих линзах, наоборот, выравнивание фазового фронта происходит не за счет убыстрения движения периферийных участков волновой поверхности, а за счет замедления движения середины этой поверхности. Следовательно, профиль замедляющей линзы должен быть выпуклым.

Принцип действия линзы можно рассматривать не только с точки зрения движения фазового фронта, но также с точки зрения преломления лучей.

Поперечные размеры раскрыва линз обычно много больше длины рабочей волны. Вследствие этого к линзе могут быть применены законы геометрической оптики. Учитывая, что отношение скорости света Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru к фазовой скорости Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru есть коэффициент преломления среды

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

линзу можно рассматривать как радиопрозрачное тело с коэффициентом преломления Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru . У замедляющей линзы Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru , ускоряющая линза имеет Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru .

На границе раздела воздух-поверхность линзы лучи будут преломляться. Угол преломления Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru согласно законам геометрической оптики будет связан с углом падения Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru известны равенством.

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Профиль линзы должен быть выбран таким, чтобы все преломленные лучи были параллельными. Это равносильно условию чтобы оптическая длина пути всех лучей до раскрыва была одинаковой.

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Рис. 58. Преобразование расходящегося пучка лучей в параллельный

в результате преломления их линзой.

Рассмотрение принципа действия линзы как с одной точки зрения так и с другой приемлемо и приводит к одним и тем же результатам.

Уравнение профилей линзы.

Введем прямоугольную систему координат xOy с центром в вершине линзы. Условием синфазности поля в раскрыве линз является равенство длины оптического пути для всех лучей, выходящих из фокуса линзы и идущих до ее раскрыва.

Ускоряющая линза.

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Рис. 59. Ускоряющая линза.

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru – фокусное расстояние, Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru – показатель преломления.

Условие равенства 1-го и 2-го оптических лучей

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru – уравнение эллипса

записанное в прямоугольной системе координат.

В полярной системе координат. Это равенство по электрической длине (по равенству фаз)

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru – уравнение эллипса

в полярной системе координат.

Замедляющая линза.

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Рис. 60. Замедляющая линза.

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

откуда

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru – это уравнение гиперболы,

оно определяет профиль замедляющей линзы.

Уравнение в полярной системе координат

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru , Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru находим

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru

Назначение и принцип действия линзовых антенн. - student2.ru .

Наши рекомендации