КНИГА ПРИЛОЖЕНИЕ 8_1

ПРИЛОЖЕНИЕ 8
_____________________________________________________________________________________________
ПРИЛОЖЕНИЕ 8.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛИНЗОВАЯ АНТЕННА
Линзовые антенны состоят из электрических линз и облучателей. Чаще
всего в качестве облучателя применяется рупор, в раскрыве которого устанавливается линза. В этом случае линза корректирует фазовые искажения в рупорной антенне. Длина рупора обычно уменьшается до величины фокусного
расстояния линзы.
Исходными данными для расчета линзовой антенны являются: длина
волны  ; ширина диаграммы направленности ( 2 00,5 ;200,5 ) или коэффициент
направленного действия D.
Предполагается, что облучателем линзовой антенны является рупорная
антенна.
Порядок расчета диэлектрической линзовой антенны.
1. Выбирается материал для линзы.
Для изготовления линзовых антенн находят применение, например, следующие материалы: полистирол, полиэтилен, фторопласт – 4 и т. п.
При выборе материала существенное значение имеет тангенс угла диy
Y
2
(x+f)
2
+y
D
F
f
X
F
x

t1 = /n-1
f
t
Рис. П8.1
Рис. П8.2
электрических потерь, так как от его величины зависит КПД линзы. Применяемые материалы обычно характеризуются tg  10 3...10 4 ;   2...9 .
48 ________________________________________________________________
Диэлектрическая линзовая антенна
_____________________________________________________________________________________________
2. Определяются размеры раскрыва облучателя.
В качестве облучателей часто используются рупорные антенны, тогда
при заданной ширине диаграммы направленности стороны раскрыва рупора
определяются из выражений
bP  510  / 202,5 , aP  680  / 202,5 .
(П8.1)
3. Выбирается фокусное расстояние линзы.
Чаще всего фокусное расстояние принимают равным большему размеру
раскрыва рупора (рис. П8.1).
4. Вычисляется толщина незонированной линзы по формуле
2
f
D2
 f 
t
 
,
 
2
n 1
 n  1  4(n  1)
(П8.2)
здесь n - коэффициент преломления материала линзы.
5. Вычерчивается профиль линзы.
Уравнение профиля замедляющей линзы
x 2 (n 2  1)  2 fx(n  1)  y 2  0 .
(П8.3)
В соответствии с данным уравнением и строится профиль линзовой антенны.
6. Определяется необходимость зонирования линзы.
Зонирование применяют при значительной толщине линзы, когда вес антенны достигает недопустимо больших значений. Кроме сложности изготовления, существенным недостатком такой антенны является некоторое ухудшение ее диапазонных свойств.
Принцип зонирования сводится к тому, что скачок фазы за счет сокращения пути луча в линзе в 2p (р = 1, 2, 3 ...) раз не нарушает коррекции фазового фронта на выходе линзы (рис. П8.2).Толщина зоны линзы определяется
как
t1 

n 1
.
(П8.4)
Профиль зонированной линзы вычерчивается в соответствии с уравнением
p 2 2
p2
p
(x 
)  (n  1)  2( f 
)  (x 
)  y2  0 .
n 1
n 1
n 1
(П8.5)
Рис. П8.2 иллюстрирует методику вычерчивания профиля зонированной
линзы. Первоначально вычерчивается ряд гипербол, вычисленных по выражению (П8.5) при поочередной подстановке р = 0,1,2… . Из точек пересечения
гипербол с осью Y проводятся прямые, параллельные оси X . Ломаные линии,
________________________________________________________________ 49
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
_____________________________________________________________________________________________
образованные отрезками гипербол и отрезками этих прямых, образуют профиль линзы.
7. Находится полоса пропускания зонированной линзы.
2f / f0  2 /   1 / 2( M  1) .
(П8.6)
8. Вычисляется амплитудное распределение напряженности поля в плоскости раскрыва линзы.
E ( )  f1 ( )
n cos   1
,
(n  1)( n  cos  )
(П8.7)
где  - угол между оптической осью антенны и направлением в рассматриваемую точку поверхности линзы; f1 ( ) - характеристика направленности облучателя в рассматриваемой плоскости.
9. Рассчитываются характеристики направленности линзовой антенны.
Если в качестве облучателя использован рупор, то расчет характеристики направленности линзовой антенны может быть выполнен по формулам
kbP
sin  )
2
,
f E ( )  (1  cos  )
kbP
sin 
2
ka
cos( P sin  )
2
.
f H ( )  (1  cos  )
2 kaP
2
1 ( 
sin  )
 2
sin(
(П8.8)
(П8.9)
По формулам (П8.8) и (П8.9) вычисляются диаграммы направленности
линзовой антенны. По результатам расчетов строятся нормированные диаграммы направленности линзовой антенны F ( ) и F ( ) , причем, как обычно
F ( )  f E ( ) / f E ( ) макс и F ( )  f H ( ) / f H ( ) макс.
10. Вычисляется КПД линзовой антенны.
(П8.10)
 A  exp( t  k  n  tg ) ,
где t - толщина линзы; tg - тангенс угла диэлектрических потерь материала
линзы.
11. Определяется КБВ в фидерном тракте, обусловленный отражением
от линзы, по формуле
КБВ 
1
1  КБВ
, | Г Л |
.
n
1  КБВ
(П8.11)
50 ________________________________________________________________
Диэлектрическая линзовая антенна
_____________________________________________________________________________________________
12. Выбирается схема антенно-фидерного тракта и рассчитывается КПД
фидерной линии по формуле
(1 | Г | 2 )e 2l
Ф 
1 | Г | 2 e 4l
,
(П8.12)
где | Г | - модуль коэффициента отражения антенно-фидерного тракта с учетом
отражений от неоднородностей фидерной линии, отражений от раскрыва рупора, от линзы и т.п.; α - суммарное затухание линии передачи.
13. Определяется КПД антенны
(П8.13)
  Ф A .
14. Оценивается коэффициент усиления антенны
G   D,
(П8.14)
где D  0,81  4a P bP / 2 - коэффициент направленного действия линзовой
антенны.
15. Разрабатывается конструкция антенны и ее эскиз.
________________________________________________________________ 51