Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 35

Кажущийся коэффициент преломления линз из гофрированных пластин равен отношению электрического пути волны к тому пути, который бы она прошла при отсутствии пластин:

n = l₁/l₀                                                                   (38)

Контуры жалюзиобрззных линз выбираются из тех же соображений, что и линз из диэлектрика, т. е. уравнение (37) остается справедливым и в этом случае.

     2. Волноводные или ускоряющие линзовые антенны

Если сделать линзу из материала, коэффициент преломления п которого меньше единицы (т. е. фазовая скорость радиоволн υ_ф в котором была бы больше скорости света с, так как n = с/ υ_ф ), то для получения плоской волны в раскрыве линзы последняя должна быть более  толстой у краев и тонкой в центральной части (рис. 58).

При такой форме линзы лучи, проходящие через центральную часть, будут претерпевать незначительное дополнительное изменение фазы, тогда как лучи у ее краев, проходящие больший путь, будут догонять по фазе центральные лучи за счет «ускорения» при прохождении через линзу.

При соответствующем выборе профиля второй поверхности фаза всех лучей на выходе линзы может быть получена одинаковой, т. е. падающая на линзу сферическая волна будет превращена в плоскую, как это показано на рис. 58. Расчеты показывают, что у одпоповерхностных линз при п < 1 (рис. 58) вогнутая поверхность должна быть эллиптической.

Несмотря на отсутствие природных материалов, у которых коэффициент преломления меньше единицы, свойства таких  сред  были  имитированы  с  помощью  волноводных систем.

Известно, что при распространении между двумя параллельными металлическими пластинами радиоволны, вектор электрического поля которых параллелен плоскости пластин,

будут иметь фазовую скорость υ_ф,  превышающую скорость света с:

υ_ф,=                                                      (39)

где l₀  — длина волны в воздухе;

а — расстояние между пластинами.

Разместив серию металлических пластин одну над другой на одинаковых расстояниях а > l₀/2  и выбрав их ширину в соответствии с уравнением, которое при п < 1 является уравнением эллипса, мы получим систему, аналогичную по своему действию показанной на рис. 58. Линзовые антенны последнего типа называются волноводными или ускоряющими. В литературе нередко можно встретить и другое название — металлопластинчатые линзы. Последний термин менее удачен, так как к металлопластинчатым   должны быть отнесены также уже упоминавшиеся жалюзиобразные линзы,  являющиеся по принципу своего действия замедляющими и имеющие внешние очертания оптических собирательных линз, а не рассеивающих,   как у волноводных линз (рис. 59). Следует заметить, что если ширина каждой из образующих волноводную линзу пластин будет неизменной по длине (в плоскости, перпендикулярной чертежу), то линза обеспечит   сужение характеристики направленности лишь в одной плоскости. Для получения игольчатой характеристики направленности ширину пластин делают не постоянной, а переменной, чтобы края пластин с вогнутой стороны линзы образовали поверхность вращения вокруг оси Z.

3. Зонированные линзы и их диапазонность

Коэффициент усиления линзовых антенн, прямо пропорционален площади линзы и обратно пропорционален квадрату длины волны. Поэтому для увеличения направленных свойств стремятся укоротить волну или, если это по каким-либо причинам невозможно, увеличить площадь линзы.

Однако с увеличением площади поперечного сечения линзы при неизменном фокусном расстоянии f (которое нерационально увеличивать из-за сильного возрастания габаритных размеров антенной системы) толщина линзы сильно увеличивается, что утяжеляет антенну.

Для уменьшения веса линзу делают ступенчатой или как говорят, зонированной за счет изъятия частей объема, на которых изменение оптического пути луча равно целому числу длин волн. Сечение линзы при этом приобретает вид, показанный на рис. 60 а.