Рупорные антенны и микроволновые линзы


В качестве излучателей радиоволн сантиметрового диапазона широко применяются электромагнитные рупоры, о которых уже упоминалось в главе 7 (см. рис. 204, б). Направленность действия рупоров увеличивается с их раскрывом (апертурой). Обращаясь к рис. 460, видим, что фронт волны (в котором все точки совпадают по фазе) в отверстии рупора слегка искривлен. Это значит, что все точки поля в плоскости раскрыва (линия CAD) не совпадают по фазе, как это требуется для получения максимального суммарного сигнала вдоль оси рупора. На рис. 460 поля в точках С и G совпадают по фазе (обе эти точки лежат на фронте волны), но расстояние от G до точек на оси меньше расстояния от С на величину, приблизительно равную AG. (Точка наблюдения на оси считается достаточно удаленной по сравнению с раскрывом рупора, так что линии от точек С и G могут считаться параллельными). Если длина AG будет равна λ/2, то волны, достигающие точек С и G, взаимно уничтожаются. Необходимо рассчитывать рупор так, чтобы AG было меньше λ/4. Для рупоров больших размеров это означает необходимость сохранения малого угла раствора а, что обеспечивает небольшую кривизну фронта волны. Следовательно, рупор с большим раскрывом должен быть достаточно длинным. Если из-за недостатка места или по каким-либо другим причинам нельзя применять длинный рупор, для выправления кривизны фронта волны могут быть использованы диэлектрические линзы.
Рупорные антенны и микроволновые линзы

Микроволновые линзы. Микроволновые линзы можно применять для исправления кривизны фронта волны в рупорных антеннах, а также совместно с ненаправленными излучателями, чтобы получить направленное излучение. На рис. 460 показаны трудности, обусловленные кривизной волнового фронта тем, что излучение от точки G приходит в удаленную точку на оси раньше излучения от точки С. Если излучение от точки G несколько задержать или несколько ускорить излучение от точки С, станет возможной корректировка. На рис. 461 показаны два метода такой корректировки. В положении, приведенном на рис. 461, а, на пути радиоволн поставлена диэлектрическая линза. Предположим, что в данном случае она изготовлена из полистирола. Скорость распространения электромагнитной волны, определяемая по формуле υ=1/√με, в диэлектрике с диэлектрической постоянной ε, превышающий постоянную для воздуха, несколько меньше, чем скорость в воздухе. Волна, проходя через диэлектрик, соответственно замедляется. Зная скорость распространения волны в диэлектрике, нетрудно рассчитать форму линзы для такого замедления лучей, при котором бы получалась плоская волна. Тогда в плоскости, перпендикулярной оси, все точки волны будут в одной фазе.
Рупорные антенны и микроволновые линзы

На рис. 461, б показан другой способ получения того же результата. В этом случае получают ускорение волны от точки G вместо замедления ее. Вспомним, что в волноводе скорость волны выше ее скорости в воздухе. Заставляя волну проходить между двумя металлическими пластинами, параллельными направлению электрического поля Е, можно ускорить радиоволну. Очевидно, что при форме пластин, показанной на рисунке, луч СЕ получит ускорение по сравнению с лучом GB. Поэтому при такой линзе будет получена плоская волна.
Из рис. 461 видно также, что если в точку О поместить ненаправленный излучатель, дающий волны с кривым фронтом, то с помощью линзы можно получить плоскую волну, т. е. преобразовать ненаправленный излучатель в направленный.