Линзовые антенны

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 18:17, 26 мая 2016.
Open book.svg Авторство
Чичварин Н. В.
Согласовано: 20.05.2016
Статья по учебной дисциплине
Название дисциплины:

Обнаружение и распознавание сигналов

Раздел:

2. Анализ регулярных сигналов

Глава:

2.4 Классификация подсистем КПС по назначению и характеру преобразования сигналов.

Преподаватель:

Чичварин Н. В.

Линзовые антенны – это апертурные антенны оптического типа. Как свидетельствует само название, основным элементом в этих антеннах является линза, которая преобразует пучок лучей, расходящийся из фокуса, в котором находится источник излучения (при работе в режиме передачи), в пучок параллельных лучей на раскрыве линзы. И наоборот, пучок параллельных лучей, падающих на раскрыв линзы, сходится в ее фокусе (в режиме приема), где улавливается рупором, открытым концом волновода, вибратором и т.д.

Модельное представление линзовых систем осуществляется в, основном когерентном приближении. Тем не менее, и в когерентном и некогерентном приближениях теоретические аспекты описания оптических и радиотехнических линз аналогичны, поскольку строятся на основе моделей распространения электромагнитного излучения.

Рис. 1. Ускоряющая линза, где:
1 - облучатель;
2 - фокус линзы;
3 - линза;
4 - траектории лучей.

Линзы

В линзовых антеннах (далее, линзы), такие же как и в зеркальных, используются облучатели. Для линзовой антенны ширина диаграммы направленности и КНД (Коэффициент Направленного Действия) рассчитываются исходя из размеров апертуры в долях волны. Положения фокальных плоскостей определяются так же, как и в геометрической оптике. Во всех случаях, модельное представление радиотехнических линз аналогично моделированию линз оптических. Аналогичным образом строится модельное представление фазированных антенных решеток. Линзовые антенны разделяются на замедляющие и ускоряющие.

Замедляющие линзы

В замедляющих линзах фазовая скорость меньше скорости света (аналогично оптическим стеклянным линзам). Замедляющие линзы выполняют из высокочастотного диэлектрика или из более легкого и имеющего меньшие потери искусственного диэлектрика, представляющего собой систему из небольших металлических дисков, шариков и пр., укрепленных на диэлектрическом каркасе или вкрапленных в пенополистироле или другом диэлектрике с малыми потерями и малой диэлектрической проницаемостью.

Ускоряющие линзы

В ускоряющих линзах фазовая скорость больше скорости света (как в волноводе). Ускоряющие линзы изготавливают в виде системы параллельных металлических пластин (металлопластинчатые линзы) или секций прямоугольных волноводов, оси которых параллельны оси антенны. Пример ускоряющей линзы приведен на рис. 1.

Рис. 2. Сферическая линза Люнеберга:
1 - облучатель;
2 - линза;
3 - траектории лучей.

Линзы Люнеберга

Преимущество линзовых антенн перед зеркальными (классические антенны РЛС) состоит в том, что у них облучатель не затеняет раскрыва и не искажает распределения в апертуре. Имеется несколько типов линзовых антенн, позволяющих обеспечить широкий сектор качания (сканирования) луча. Таким свойством, например, обладают сферическая и цилиндрическая линзы Люнеберга. В линзе Люнеберга со сферической симметрией показатель преломления должен изменяться по ходу лучей. Аналогичным образом выполняются градиентные линзы (граданы) в оптике.

Источник излучения (облучатель), расположенный на периферии линзы (рис. 2), создает пучок параллельных лучей на ее апертуре. Перемещение облучателя по сфере приводит к качанию диаграммы направленности линзы по любым направлениям. Обычно сферическую линзу Люнеберга возбуждают решеткой облучателей, и тогда каждому из облучателей соответствует своя неподвижная остронаправленная диаграмма направленности. Вся система облучателей с линзой образует многолучевую антенную систему, способную одновременно обслуживать широкий сектор углов, осуществляя в нем непрерывный радиолокационный контроль пространства, а также вести направленную радиосвязь одновременно с различными корреспондентами, находящимися в разных направлениях.

Линза Ротмана

К многолучевым линзовым антеннам кроме линзы Люнеберга следует отнести линзу Ротмана и линзу R-2R. Принцип действия линзы Ротмана основан на том, что линза в своем простейшем исполнении состоит из области между параллельными пластинами, питаемой коаксиальными зондами с двух противоположных сторон. Зонды с правой стороны линзы (входы излучающих элементов) соединены высокочастотным кабелем определенной длины с отдельными излучающими элементами антенной решетки на раскрыве линзы. Зонды, расположенные с левой стороны линзы (входы лучей), распределены вдоль фокальной дуги таким образом, что каждый из них соответствует определенному направлению луча в пространстве.

См. также