Синфазная вибраторная антенна. Директорная антенна или антенна «волновой канал». Линзовые антенны. Щелевые антенны, страница 6

Применяя принцип эквивалентности, подобно тому, как это было сделано для рупорных антенн (рис. 1), приходим к выводу, что основное излучение линзовой антенны создается плоской синфазной поверхностью S, совпадающей с раскрывом линзы (рис 4). Таким образом, антенны-линзы следует отнести к антеннам синфазного типа. Элементарными излучателями синфазного фронта являются элементы Гюйгенса.

Радиолинзы могут применяться как самостоятельные антенны, а также для коррекции фазовых искажений в раскрыве рупорных антенн.

В качестве линзы может быть использована любая среда, для которой фазовая скорость в заданном диапазоне волн отличается от скорости света, а затухание, обусловленное тепловыми потерями, незначительно.

Различают линзы с «пониженной фазовой скоростью волны  (замедляющие линзы) и с повышенной фазовой скоростью волны  (ускоряющие линзы). Например линзы, выполненные из обыкновенного высокочастотного диэлектрика, являются замедляющими, так как для них .

Рассмотрим методику расчета криволинейного профиля линзы. Для составим уравнение, которое в математической форме отражает условие преобразования сферической ваши в плоскую.

Воспользуемся схемой (рис. 5) и запишем условие равенства фаз на всей поверхности S, приняв за начальное значение фазу на оси линзы. Для этого достаточно записать указанное условие применительно к произвольной точке в' плоского фронта и соответствующего ей луча сферической волны, наклоненного к оси антенны на угол a

Значение фазы в точке в' определяется длиной пути от источника излучения, умноженной на волновое число для соответствующей среды

                                          (12)

или                                                                                                        

где                                          ,                                                         

- коэффициент преломления.

Окончательно уравнение профиля, выраженное в полярной системе координат ρ(α),   представляется в виде

                                               (13)

или                                                                                                                                                                                      .                                                          (14)

При n>1 (замедляющая линза) - это уравнение описывает гиперболу, и линза имеет выпуклую форму, а при п<1 профилем линзы является эллипс. Поэтому ускоряющие линзы имеют вогнутую форму (рис. 6). Таким образом, фазовое распределение поля в раскрыве линзы определяется сочетанием формы ее профиля ρ(α), коэффициентапреломления п и фокусного расстояния f.

Отклонение этих параметров от расчетных значений приводит к нарушению синфазного распределения поля. Искажение профиля чаще всего возможно вследствие неточности изготовления линзы. Допуск на изготовление антенны устанавливается исходя из допуска на фазовые искажения Dyдоп(например, Dyдоп=p/2). Согласно рис. 7, Dyдоп  и допуск Dtдоп cвязаны междусобой уравнением, аналогичным по своему смыслу уравнению (13).

,                                                   (15)

где      - фазовое запаздывание на участке   при реальном профиле линзы;

- то же самое, но при идеальном   профиле.

Отсюда допуск равен

.                                                               (16)

Из уравнения (16) следует, что допуск на линзы с коэффициентом преломления, близким к единице, менее жесткий, чем для линз с n, существенно отличающимся от единицы.

Аналогичным путем может быть (получено выражение для допуска на коэффициент преломления, то есть на однородность диэлектрика или другой среды, используемой для линзы. Читателю предоставляется самому получить это соотношение

Что касается фокусного расстояния f, то влияние его отклонений здесь не рассматривается ввиду того, что аналогичный вопрос рассмотрен ниже применительно к параболическим антеннам.