Прискорюючі лінзи
Прискорюючою лінзою називається лінза, виготовлена з матеріалу, у якому фазова швидкість хвилі більша, ніж у навколишньому просторі. Тоді коефіцієнт заломлення n=c/vф<1. Форма прискорюючої лінзи повинна бути угнутою, тобто товщина лінзи в центрі має бути меншою, ніж на краях (рис. 5.4). Завдяки вгнутій формі лінзи фронт хвилі на краях поширюється швидше, ніж у центрі. При певному профілі прискорюючої лінзи на її виході можна отримати плоский фазовий фронт хвилі.
Середовищем, у якому фазова швидкість більша, ніж швидкість світла у вакуумі, може бути простір, заповнений паралельними металевими пластинами. Якщо вектор напруженості електричного поля хвилі паралельний до поверхні пластин, то між пластинами так, як і в прямокутному хвилеводі, електромагнітна хвиля поширюється з фазовою швидкістю, більшою, ніж швидкість світла у вільному просторі. Якщо відстань між пластинами а знаходиться в межах
,
то в лінзі буде поширюватися практично тільки хвиля типу Н10, фазова швидкість якої визначається за формулою
,
де а відстань між пластинами.
t
F φ 0
Рис. 5.4. Прискорююча лінза
Змінюючи відстань між пластинами, можна змінювати коефіцієнт заломлення прискорюючої лінзи:
.
Якщо λ/2< а< λ, то 0< n< 0,86.
Профіль прискорюючої лінзи в полярних координатах можна знайти за формулою
,
(5.2)
а в декартових координатах:
,
де
,
,
.
Він є еліптичним. Для визначення глибини t з (5.2) можна одержати рівняння
.
Смуга пропускання прискорюючої лінзи на практиці обмежена фазовими спотвореннями в її розкриві, які збільшуються в разі віддалення від основної частоти, для якої підібрані параметри лінзи.
Як і сповільнюючі, прискорюючі лінзи часто виготовляють зонованими для зменшення їх товщини й ваги. Метод зонування такий же, як і для сповільнюючих лінз: для збереження синфазності в розкриві лінзи фазовий зсув між точками 1 і 2 повинен бути 2π. На відміну від сповільнюючих лінз, зонування прискорюючих лінз розширює їх смугу пропускання. Цей факт пояснюється тим, що в зонованої лінзи шлях, що проходить хвиля в середовищі, де фазова швидкість залежить від частоти, коротший. Слід відзначити, що зонування прискорюючих лінз призводить до виникнення неопромінюваних (шкідливих) частин поверхні лінзи. Звичайно ці шкідливі зони малі, вони не чинять суттєвого впливу на роботу лінзової антени.
Профіль прискорюючої лінзи залежить від коефіцієнта заломлення лінзи n. Збільшення n призводить до збільшення товщини й маси лінзи. Зі зменшенням n зростає коефіцієнт відбиття лінзи, а також збільшується залежність фазової швидкості від довжини хвилі, що, у свою чергу, викликає зменшення смуги пропускання й підвищує вимоги до точності виготовлення пластин. Часто n обирають таким, що дорівнює 0,5.
Лінзи, які використовують у секторіальних рупорах, повинні мати циліндричний профіль (гіперболічний або еліптичний циліндр відповідно для сповільнюючих або прискорюючих лінз). У пірамідальних рупорах профіль лінз має бути тілом обертання навколо осі антени (гіперболоїд або еліпсоїд відповідно до типу лінзи).
2
1
ρ
F φ y
L
t' t''
Рис. 5.5. Зонована прискорююча лінза