Линзовые антенны.

Линзовые антенны – апертурные антенны оптического типа. Преобразование расходящегося пучка лучей – в параллельный (неплоский фазовый фронт плоский).

Линза для формирования острой ДН – фокусирующая.

Линзы со сложной поверхностью – формирование специальных ДН (специального вида).

Замедляющая линза Ускоряющая линза

Различают: 1) осесимметричные (образуются вращением линзы вокруг её оптичесокй оси)

2) Цилиндрические (перемещение профиля линзы вдоль прямой линии)

Диэлектрическая Диэлектрическая Металлодиэлектрическая

осесимметричная цилиндрическая осесимметричная

а – металлопластинчатая цилиндрическая антенна с фокусировкой в H-плоскости;

б – металлопластинчатая цилиндрическая антенна с фокусировкой в E-плоскости;

в – металлопластинчатая осесимметричная.

Коэффициент перехвата:

Для осесимметричной линзы облучатель должен быть точечным, т.е. иметь фазовый центр совмещенный с фокусом линзы (волна-сферическая), для этого может служить пирамидальный рупор, открытый конец волновода, вибратор с рефлектором.

Для цилиндрической линзы – линейный облучатель создающий цилиндрическую волну – фазовая ось совмещается с фокальной линией линзы.

Условия фокусировки.

Замедляющие линзы Ускоряющие линзы

т.О – вершина линзы

f – фокусное расстояние

Замедляющие – увеличение оптической длины пути центральных лучей в большей мере чем периферийных, , коэффициент преломления материала линзы n>1.

Ускоряющие – уменьшение оптической длины периферийных лучей в большей мере чем центральных, , n<1.

Уравнение профиля и толщины линзы.

Замедляющие:

Необходимо выбрать профиль освещенной поверхности линзы так, чтобы в точках и фазы полей были одинаковы.

Толщина линзы:

- уравнение профиля (при n>1-это уравнение гиперболы)

Для уменьшения веса и стоимости линзы, а так же потерь в ней необходимо чтобы t был min.

Ограничения:

при - растет отражение от поверхности линзы (выбирают n<2);

при - растет f (фокусное расстояние) и продольный размер (обычно ).

Ускоряющие линзы:

- уравнение профиля

при n<1 – это уравнение элипса

Толщина:

Полная толщина:

t’’ – выбирается из соображений прочности.

При заданном L необходимо уменьшать n и Ф₀ .

Выбирают: n>0,5.

Cмещение облучателя.

Нарушение синфазности поля в раскрыве.

Если α – мал, то распределение фаз в раскрыве почти линейно, что приводит к повороту ДН также на угол α (качание ДН).

Большой угол α – фазовое распределение – нелинейное, большие искажения ДН.

Распределение амплитуд поля в раскрыве.

От него зависит ДН.

1. Замедляющие линзы:

- в случае цилиндрической линзы.

Р_макс – угловая плотность мощности в направлении мах.

- в случае осесимметричной линзы.

А₁ – для n=1,5

А₂ – для n=1,6

Спадание поля к краям раскрыва.

Так как участки увеличиваются к краям раскрыва, это приводит к уменьшению уровня боковых лепестков, расширению ДН главного лепестка, падению КПД.

Чтобы сделать амплитудное распределение более равномерным необходимо применять облучатели с широкой ДН (но здесь падает коэффициент перехвата).

2. Ускоряющие линзы:

- в случае цилиндрической линзы.

- в случае осесиммет. линзы.

При n=0,6

Подъем амплитуды к краям.

Можно использовать облучатели с узкой ДН большая величина коэффициента перехвата.

Зонирование линз.

Толщина прямопропорциональна раскрыву (L) и при больших L составляет много длин волн - увеличение веса и потерь.

Применяют зонирование – линза приобретает ступенчатую форму.

Синфазность поля в раскрыве обеспечивается тем, что разность оптических длин путей лучей, проходящих через разные зоны, отличается на целое число длин волн разность фаз составляет целое число раз по .

Недостатки: наличие вредных зон.

1. Замедляющие линзы – лучи в пределах вредной зоны не образуют у раскрыва параллельного пучка лучей (рассеиваются) рост боковых лепестков, падение КНД.

2. Ускоряющие линзы – поле в пределах вредных зон отсутствует амплитудное распределение в раскрыве имеет провалы появление боковых лепестков, падение КНД.

Отражение электро-магнитных волн от поверхности линз.

- коэффициент отражения.

r – тем больше, чем сильнее n отличается от единицы (в любую сторону).

У меньшение отражения: на освещенную поверхность наносят слой диэлектрика толщиной d_c с коэффициентом преломления n_c, чтобы волны отраженные от обеих поверхностей согласующего слоя, были равны по амплитуде и сдвинуты по фазе на 180⁰.

Вынос облучателя из фокуса – ослабляется влияние отражения на режим работы облучателя.

Диэлектрические линзы.

Коэффициент преломления : - диэлектрическая проницаемость материала линзы.

Затухание в линзе :

- коэффициент затухания

- угол потерь

КПД.

Недостаток – потери в диэлектрике. Уменьшение - полистирол ( n = 2,3 – 2,6; = 0,0001). Уменьшение – зонирование.

Преимущества: широкополосность.

Зонирование снижает широкополосность ( несинфазность в раскрыве )

n – коэффициент преломления;

- допустимая несинфазность;

- отклонение толщины от номинальной.

Металлопластинчатые линзы.

Для естественных диэлектриков n > 1 – всегда.

Среда с n < 1 может быть сформирована с помощью параллельных металлических пластин.

Вектор Е параллелен пластинам.

Соседние пластины образуют волновод, размер в плоскости Е – неограничен.

- между пластинами.

- коэффициент преломления среды.

Изменяя расстояние между пластинами, меняем n, а выбирая размеры и форму пластин – создаем линзу: цилиндрическую, осесимметричную, специального типа.

Преимущества: просты, высокий КПД.

Недостатки: фокусирующие свойства зависят от поляризованной волны (не фокусируют волн у которых вектор E перпендикулярен пластинам).

n зависит от в металлопластинчатой среде наблюдается дисперсия, следовательно линза не диапазонна.

t’ – max толщина линзы;

- относительная полоса рабочих волн.

Зонирование расширяет полосу (т.к. )

m – количество зон.