Формирование плоского фронта волны с .помощью линзы производится путем преломления электромагнитной волны на поверхностях линзы. Условием фокусировки является равенство оптических 1путей всех лучей от облучателя до плоскости раскрыва. Этому условию можно удовлетворить, либо увеличивая оптическую длину пути центральных лучей в большей мере, чем периферийных, либо уменьшая оптическую длину периферийных лучей в большей мере, чем пентральных. .Первый способ реализуется в замедляющих линзах (рис. 9;24,а), второй - в ускоряю-

Va<C

Сферический

Плоений

\фронт

Рис. 9.24. Замедляющая осесимметричная линза: а-обычная (оптическая); б - зонированна.я

щих линзах (рис. 9.25,а). Замедляющие линзы изготавливаются из диэлектрика. Диэлектрические линзы ничем не отличаются от оптических. В целях повышения коэффициента полезного действия диэлектрические линзы изготавливают из материалов с малым тангенсом угла потерь (tg6<:10~) и небольшим е(8<;2,5). Первое обеспечивает малые тепловые потери, а второе - малые потери на отражение. Наиболее подходящим материалом является полистирол. .

Если линза получается слишком толстой, применяют зонирование, состоящее в том, что линзу разбивают на зоны с электрическими длинами путей, .отличающимися скачка.ми на целое чис-

Сферичеотй фронт \

Плоений фронт

Рис. 9.25. Ускоряющая линза: а-ирйицип устройства; б - .металлопластинчатая (волиоводная) .конструкция

ло волн, при этом закон распределения фаз аюля не меняется. Зонированная линза показана на рис. 9.24,6.

Для уменьшения массы и потерь линзу часто выполняют- из искусственного диэлектрика. Искусственный диэлектрик представляет собой среду, состоящую из металлических частиц, изолированных друг от друга пенопластом. Размеры частиц малы по сравнению с длиной волны. При воздействии электрического поля на металлодиэлектрик происходит явление, аналогичное поляризации диэлектрика. Имеющиеся в металле свободные электроны смещаются в направлении, противоположном вектору Е внешнего соля, металличеокие частицы превращаются в электрические диполи, создающие вторичное Поле, направленное против внешнего поля. Таким о1бразом, напряженность результирующего электрического поля в такой среде уменьшается, что эквивалентно увеличению диэлектрической проницаемости. Величина коэффициента преломления искусственного диэлектрика зависит от формы, размеров и количества частиц в единице объема. Обычно частицы имеют форму узких тонких лент, шариков или дисков.

Ускоряющие линзы конструируются на базе прямоугольных волноводов, которые обычно представляют собой металлические пластины, параллельные электрическому векто,ру СВЧ поля (рис. 9.25,6). Пространство между пластинами действует как волновод с размером широкой стенки, равным расстоянию между пластинами а. В таком волноводе образуется волна .Яю, фазовая скорость которой больше скорости света и равна = с/ Vl-ikJ2ay.

Линзовые антенны применяются в основном в диапаВоне сантиметровых волн. При помощи линзовых антенн можно получить весьма узкие диаграммы нацравленности (шириной до долей градусов).

У линзовой антенны КНД определяется по обычной в случае излучающей поверхности формуле (9.1) с коэффициентом использования поверхности /(и=0,5-0,65.

Для линзы с круглым раокрывом диаметром Da с облучателем в виде полуволнового вибратора с рефлектором ширина диаграммы направленности в плоскости Е (вектор Е направлен вдоль оси х)

и в плоскости Н (вектор Н направлен вдоль оси у)

2д,у!П5°К,/ОаКн.,

где Кеи=0,65 и /Сд =0,56.

Приведенные формулы аналогичны i(9.37) и (9.38).

Изготовление антенн-линз требует большой точности, сложно и дорого. Поэтому несмотря на то, что эти антенны обладают хорошими направленными свойствами, они применяются. редко.

9.13. ЗЕРКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ

Зеркальная антенна состоит из слабонаправленной антенны (облучателя) и металлического зеркала. Функции и конструкции облучателей примерно те же, что и в случае линзовых антенн. Зеркало формирует диаграмму направленности антенны. При падении электромагнитной волны на металлическую поверхность зеркала на последнем возникают поверхностные токи, создающие -вторичное электромагнитное поле. Это поле создает электромагнитную волну с плоским фронтом в раскрыве. В Качестве зеркал используются металлические поверхности специальной формы, среди них: параболические, сферические, плоские и угловые зеркала. Наиболее распространены первые. На рис. 9.26 приведены основные конструкции зеркальных антенн.

Зерцало

Шлучатель-6)

Рис. 9.26. Зеркальн-ые антенны: а - С параболоидом; б-с параболическим цилиндром я линейнърм облучате-

лвм; в-С угловым зеркалом

Параболические отражатели могут выполняться в виде параболоида, части цилиндра с параболическим поперечным сечением, сектора, вырезанного из параболоида и др. Источник возбуждения зеркала антенны - облучатель - помещается в фОКус. По закона.м геометрической Оптики точечный источник, помещенный в фокусе параболического зеркала, создает отраженные лучи, параллельные друг другу. В рассматриваемом случае эта концепция не полностью приемлема из-за того, что размеры облучателя не бесконечно малы по сравнению с радиусом кривизны зеркала, Что приводит к рассеянному отражению электромагнитных волн. Поэтому, Строго говоря, формируемая зеркалом электромагнитная волна не является плоской, и диаграмму направленности нельзя определить методами геометрической оптики. Однако на практике с некоторым приближением полагают, что параболическое зеркало преобразует сферический волновой фронт облучателя в плоский волновой фронт (плоскую- волну). Форму зеркала, характеризуют отношением Rolf. Зеркало называется длинно-