Рисунок 1 к пояснению вида ускоряющих и замедляющих линз
 Скачать 2.02 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Линзовой антенной называют совокупность электромагнитной линзы и облучателя. Они относятся к антеннам оптического типа и используются, как правило, в диапазоне сантиметровых и дециметровых волн для создания достаточно узких диаграмм направленности. В некоторых случаях линзовая антенна может использоваться в качестве вспомогательного элемента какой-либо антенны, улучшающего ее характеристики. Линзовая антенна представляет собой прозрачное для радиоволн ограниченное обычно двумя поверхностями тело, коэффициент преломления которого отличен от коэффициента преломления окружающей среды. Принципиально линзовые антенны можно использовать для формирования различных диаграмм направленности. Однако на практике линзовые антенны подобно оптическим линзам применяются, главным образом, для превращения расходящегося пучка лучей в параллельный, то есть для превращения криволинейной (сферической или цилиндрической) волновой поверхности. В линзовых антеннах сантиметрового диапазона используются оптические свойства электромагнитных волн, поскольку геометрические размеры и радиусы кривизны поверхности линзовых антенн обычно оказываются намного больше длины волны. Антенны-линзы характерны тем, что в них цилиндрический или сферический фронт волны преобразуется в плоский. Принцип действия линзы основан на том, что линза представляет собой среду, в которой фазовая скорость распространения электромагнитных волн либо больше скорости света (  ), либо меньше ее ( ). В соответствии с этим линзы разделяются на ускоряющие ( ) и замедляющие ( ).  Рисунок 1 - К пояснению вида ускоряющих и замедляющих линз В ускоряющих линзах выравнивание фазового фронта волны происходит за счет того, что участки волновой поверхности часть своего пути проходят в линзе с повышенной фазовой скоростью. Эти участки пути различны для разных лучей. Чем сильнее луч отклонен от оси линзы, тем больший участок пути он проходит с повышенной фазовой скоростью внутри линзы. Таким образом, профиль ускоряющей линзы должен быть вогнутым. В замедляющих линзах, наоборот, выравнивание фазового фронта происходит не за счет убыстрения движения периферийных участков волновой поверхности, а за счет замедления движения середины этой поверхности. Следовательно, профиль замедляющей линзы должен быть выпуклым.  Рисунок 2 - Диэлектрическая линза На рис. 2 показана диэлектрическая линза, на которую от источника F падает сферическая волна длиной  . Благодаря выпуклой форме освещенной поверхности линзы сферический фронт волны в линзе преобразуется в плоский с длиной волны  . Выходная поверхность линзы является плоской, и при выходе из линзы фронт остаётся плоским . Поскольку размеры выходной поверхности линзы велики по сравнению с длиной волны, излучение её оказывается остронаправленным. Рисунок 3 - К расчёту профиля замедляющей линзы Пусть луч из точки F падает в точку Р поверхности линзы и пусть α является углом падения луча, а β - углом преломления. Тогда  , где  - коэффициент преломления диэлектрика.Для дальнейших расчётов в качестве материала линзы будет использоваться полистирол с относительной диэлектрической проницаемостью ε=2.55 и коэффициентом преломления  Обычно n выбирают в пределах от 1.3-1.6. Однако увеличение коэффициента n нежелательно, так как это приводит к значительному увеличению коэффициента отражения на границе «воздух-диэлектрик». Уравнение профиля линзы определяется из условия, что длина оптического пути от преобразуемой к преобразованной поверхности равных фаз по любому направлению должна быть постоянной:  . Отсюда получаем: или  (уравнение гиперболы)где f - фокусное расстояние (расстояние от фокуса F до вершины Q) , Θ - угол между осью линзы и лучом, ρ - расстояние от фокуса до текущей точки поверхности линзы. Таким образом, выпуклая поверхность линзы должна иметь гиперболическую форму. Поскольку выходная поверхность линзы является синфазной поверхностью, она может рассматриваться как плоский излучающий раскрыв. Сама линза и облучающий источник играют роль распределителя. Толщина замедляющей диэлектрической линзы определяется по следующей формуле:  При известных D и f определяют угол раскрыва линзы:   Рисунок 4 - Зависимости толщины линзы d от фокусного расстояния f РАСЧЕТ РЕАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ И ДН ЗЕРКАЛАДанный расчет проводится для сравнения реального  и требуемого  распределений поля в раскрыве зеркала в двух плоскостях. Для параболоида вращения с реальной нормированной ДН облучателя  справедливо следующее равенство: . После нормировки на максимум  получим: .Здесь величина  определятся через угол  посредством выражения .Графики реальных  и требуемых  распределений поля в раскрыве зеркала приведены на рисунке 11 и 12 . Кроме того, на графиках показана увеличенная в 10 раз относительная ошибка  . Как видно в пределах зеркала средняя ошибка меньше 7%, ее увеличение к краям обусловлено ее абсолютным уменьшением.  Рисунок 13 - Реальная ДН зеркала в вертикальной плоскости  Рисунок 14 - Реальная ДН зеркала в горизонтальной плоскости где: К ― коэффициент бегущей волны;  ― электрическая длина отрезка линии передачи;по ТЗ: К = 0.962   нормируем полученное значение на коэффициент отражения   по номограмме находим расстояние l от нагрузки до точки в которой эквивалентный импеданс является активным и значение этого импеданса rЭ. имеем: l = 0.27λ=0.864 rЭ = 0.15 т.к.  где:  ,  ;ТР ― ширина узкой стенки трансформатора b ― ширина узкой стенки волновода то получим  учитывая что b = 1 см находим из этого соотношения bТР т.о. bТР = 0.15 смС учетом введения четвертьволнового трансформатора коэффициент стоячей волны в тракте КСВ = 1.04 |