Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 34

У линзы, показанной на рис. 54, одна поверхность сделана плоской и совмещена с плоскостью раскрыва антенны, поэтому лучи, падающие перпендикулярно к этой поверхности, проходят через нее без преломления и преломляются лишь на криволинейной поверхности. Подобные линзы называют «одноповерхностными» в соответствии с числом поверхностей преломления.

Форма второй поверхности у линзы, на рис. 54, определяется из условия равенства оптических путей луча 1, идущего через центральную часть  линзы,  и произвольного луча 2. Это требование означает, что фаза радиоволн при распространении вдоль любого луча от источника к передней (плоской) поверхности линзы, должна быть одной и той же,

т. е. j₁ = 2pf₀ j₂= 2pf₀ , где f₀ – частота в герцах. Так как коэффициент преломления п равен отношению скорости света с к фазовой скорости   радиоволн n_ф  в   данной  среде (n = c/n_ф ), то  (SA) + (AB) n = (SC) + (ОС) п. Учитывая, что ВА = ОА', и используя полярные координаты (rθ), для произвольной точки А получим r = f + n (r cosθ — 1), или

r = f×.                                                 (36)

У всех реальных диэлектриков коэффициент преломления п больше единицы, поэтому уравнение  — уравнение гиперболы. Таким образом, одноповерхностная диэлектрическая линза   должна   быть   ограничена с одной  стороны плоской, а с другой стороны, ближайшей к облучателю,— гиперболической поверхностью.

Линзовые антенны на сверхвысоких частотах состоят из собственно линзы и облучателя, размещенного в ее фокусе. Причем в отличие от оптики линза в антенне может быть непрозрачной для световых волн. Важно лишь, чтобы в рабочей полосе частот потери энергии в ней были малы.

Замедляющие линзы из реальных диэлектриков, как правило, применяются на самых коротких волнах (от 3 см и короче), так как на более длинных волнах вес линзы больших размеров получается очень большим; возрастают при этом и технологические трудности изготовления замедляющих линз. Чаще же замедляющие линзы делаются из искусственного диэлектрика, изобретенного и подробно исследованного советскими учеными Н. А. Капцовым и М. А. Бонч-Бруевичем.

Искусственный диэлектрик в подобных линзах изготовляется из металлических элементов в виде плоских дисков, ленточек, цилиндриков и т. п., размещенных определенным образом в объеме линзы и воспроизводящих решетку реальных диэлектриков по принципу подобия. Для закрепления этих металлических элементов в линзе применяются листы из пенополистирола, обладающего малым удельным весом и достаточной механической прочностью; сами металлические элементы при этом либо приклеиваются к листам, либо наносятся на них путем распыления проводящего слоя через специальные трафареты.

Конструкция подобной линзы схематически показана на рис. 55. Линзы из искусственного диэлектрика просты в изготовлении, имеют малый вес и обладают незначительными потерями.

К замедляющим линзам также относятся жалюзиобразные линзы, состоящие из наклонных (рис. 56) или гофрированных (рис. 57) металлических пластин. В линзах первого типа лучи, падающие на центральную часть линзы, испытывают дополнительное замедление за счет увеличения длины проходимого ими пути между наклонными пластинами. Кажущийся коэффициент преломления п у этих линз равен косекансу угла наклона пластин:

n = cosec β.                                                       (37)

Недостатком жалюзиобразных линз из наклонных пластин является некоторая несимметричность их диаграмм направленности, возникающая из-за неравномерного распределения амплитуд поля в раскрыве антенны (рис, 56). Это явление может быть скомпенсировано лишь за счет несимметричного искажения диаграммы направленности облучателя, что, безусловно, усложняет конструкцию последнего. 

При гофрированных пластинах указанного недостатка нет, так как лучи, падающие на центральную часть линзы, после прохождения через нее не смещаются от центра (рис. 57), как у линз первого типа (рис. 56).