Лінзових антен

Призначення, принцип дії та класифікація

Лінзові антени

Лінзові антени є антенами високої спрямованості. Вони дозволяють формувати вузькі ХС голкоподібної або віялоподібної форми, багатопроменеві ХС.

Лінзові антени складаються із слабкоспрямованої антени (опромінювача), до якої підводиться фідер живлення, самої лінзи та елементів кріплення. Опромінювачі спрямовують сферичні або циліндричні хвилі на лінзу. Лінза перетворює хвилі зі сферичним або циліндричним фронтом у хвилі із плоским фронтом (рис.8.13). Для перетворення сферичних хвиль використовуються вісесиметричні лінзи. Для опромінювання вісесиметричних лінз застосовуються невеликі пірамідальні рупори, спіральні антени, вібратори із пасивними та активними рефлекторами, щілинні антени та інші антени, які випромінюють сферичну або квазісферичну хвилі. Циліндричні хвилі перетворюються в плоскі за допомогою циліндричних лінз. В даному випадку як опромінювач використовуються лінійні решітки та інші антени, які випромінюють хвилі з циліндричним фронтом.

Умовою формування плоского фронту є рівність оптичних шляхів всіх променів від фазового центру опромінювача до площини розкриву. Таку умову можливо задовольнити, якщо збільшувати в лінзі довжину оптичного шляху центральних променів більше ніж периферійних або зменшувати оптичну довжину периферійних променів більше ніж центральних. Перший метод реалізується в уповільнювальних (рис. 8.13, а), а другий – у прискорювальних (рис. 8.13, б) лінзах.

Досягається формування плоского фронту вибором профілю лінзи та розташуванням фазового центра опромінювача у фокусі лінзи. Фокус є точкою, від якої оптичні шляхи променів до розкриву є однаковими. Уповільнювальна лінза має коефіцієнт заломлення , а прискорювальна − .

Окрім названих лінз на практиці використовуються також геодезичні лінзи та лінзи, що мають змінний коефіцієнт заломлення. Неоднорідні лінзи виготовляють із неоднорідного діелектрика, що має змінний коефіцієнт заломлення. Лінзи можуть бути одноповерхневими і двоповерхневими відповідно до кількості викривлених сторін.

Геодезичні лінзи являють собою системи із паралельних плоских (рис. 8.14, а) або гофрованих (рис. 8.14, б) металевих пластин.

Формування плоского фазового фронту у розкриві геодезичних лінз досягається шляхом геометричного уповільнення − вирівнювання геометричних шляхів різних променів без зміни фазової швидкості. Геодезичні лінзи діапазонні і не потребують високої точності виготовлення. Недоліком лінзи, яка наведена на рис. 8.14, а є асиметрія АР в її розкриві, яка зумовлена нахилом пластин.

Уповільнювальні лінзи виготовляються із діелектрика або штучного діелектрика, який має малі втрати та малу вагу. Металодіелектричні лінзи виготовляються із пінистого полістиролу з вкрапленими в нього невеликими, металевими, ізольованими одна від одної частинками різноманітної форми з розмірами малими порівняно із довжиною хвилі. Діелектрик повинен характеризуватись малими втратами. Коефіцієнт заломлення , де ε – відносна діелектрична проникність.

Прискорювальна лінза складається із декількох паралельних металевих пластин, які розміщені на відстані а одна від одної (λ/2<а<λ). Хвилі з вектором електричного поля , який паралельний пластинам, проходить між ними. Самі пластини подібні вузьким стінкам прямокутного хвилеводу і в лінзі розповсюджується хвиля Н₁₀ із фазовою швидкістю . Такій швидкості відповідає показник заломлення . Прискорювальна лінза має меншу вагу, оскільки в ній відсутнє діелектричне заповнення.