меняются для увеличения направленного действия рупорных антенн и устанавливаются в их раскрыве (рис. 7-60, в). Подобные вставки в рупорные аитениы корректируют фазовые искажения, или позволяют получить специальные формы характеристики направленности. При той же иаправ-

бблучйтель

Диэлентран

Металлические плистииь!

Рис. 7-6). Линза Люнеберга.

а - сферическая линза, образованная нз шаровых сегментов; 6 - траектория лучей в сферической линзе; в - эскиз цилиндрической линзы; г - продольное сечение цилиндрической линзы.

леиности рупорной антенны линзовая вставка позволяет более чем в 10 раз сократить длину рупора.

Как известно, фазовая скорость в волноводе больше, чем скорость в воздухе, и поэтому профиль ускоряющих линз обра-теи профилю замедляющих.

Для облучения линзовых антенн применяют, облучатели тех же типов, что и в параболических аитеииах.

Ширина характеристики направленности линзовой антенны с круглыш раскрывом ориентировочно определяется по формулам:

Боковые лепестки у линзовых антени обычно составляют около 1% (по мощности).

Линзовые антенны дают широкие возможности формирования желаемой характеристики направленности путем изменения профиля поверхностей линзы, величины коэффициента преломления и закона его изменения внутри линзы. К недостаткам линзовых аи-генн следует отнести большой вес и дороговизну изготовления.

Линзовые антенны с большим углом качания луча. В случае, когда требуется обеспечить качание луча на несколько десятков градусов, практически очень трудно для этой цели пользоваться механическим пермещением всей антенны. Управление же лучом с помощью смещения облучателя из фокуса при значительных углах отклонения луча приводит к значительным искажениям характеристики направленности. Для того чтобы эти искажения были минимальными, в антенной технике применяются так называемые линзы Люнеберга (сферические и цилиндрические).

Сферическая лииза Люнеберга состоит из большого числа шаровых клиньев - сегментов, образованных сечением шара плоскостями, проходящими через один из его диаметров (рис. 7-61, а). Сегменты изготовляются из радиопрозрачного материала, например из пенистого полистирола. Сегменты прессуются таким образом, чтобы плотность полистирола повышалась по направлению от границы к центру сферы. Это необходимо для обеспечения коэффициента преломления лиизы по закону

П=У2-

\ Го I

. = 73

(7-91)

где с -диаметр (размер) раскрыва.

Для линзовой антенны к. н. д. приближенно вычисляется по формуле

;=2,4

где Sa - геометрическая площадь раскрыва антенны.

По сравнению с параболическими антеннами линзовые имеют преимущество вследствие отсутствия в раскрыве облучателя, затеняющего раскрыв и искажающего амплитудно-фазовое распределение лепестка.

где /--расстояние от центра сферы; Ло - радиус сферы.

При г=Го коэффициент преломления равен единице и, значит, линза согласована с внешним пространством. В радиальном направлении лиизы коэффициент преломления изменяется, повышаясь за счет увеличения плотности материала до значения п= = У~2 в центре сферы. При этом, если перед сферической лиизой установить облучатель, все лучи на выходе линзы образуют параллельный пучок шириной 2го (рис. 7-61,6). Поскольку коэффициент преломления линзы на ее поверхности равен единице, преломления лучей на границе воздух - поверхность линзы не происходит. Линза

обладает сферической симметрией: перемещая облучатель по поверхности линзы, можно осуществлять качание характеристики направленности на любой угол без ее искажения.

Цилиндрическая лииза Люнеберга состоит из двух круглых металлических пластин.

Рис. 7-62. Аитеииы поверхностных волн.

с - направитель в виде металлической пластины с диэлектрическим покрытием; б - направитель в виде плоской металлической периодической структуры.

образующих основания цилиндра, .пространство между которыми заполняется диэлектриком (рис. 7-61, е). Линза возбуждается прямоугольным волноводом с волной Нои электрический вектор которой параллелен плоскости пластин. Изменение коэффициента преломления по радиусу цилиндра достигается путем изменения расстояния b между пластинами (рис. 7-61,г). При этом коэффициент преломления п в зависимости от размера b изменяется по закону

где е - относительная диэлектрическая постоянная диэлектрика, заполняющего пространство между металлическими пластинами.

Угол раствора характеристики направленности вдлнндрической лиизы Люнеберга определяется по формулам:

(7-92)

Антенны поверхностных волн представляют собой комбинацию первичного источника излучения - возбудителя 1 и металлической или диэлектрической поверхности

направителя 2, увеличивающего направленность возбудителя (рис. 7-62).

Излученная возбудителем радиочастотная энергия распространяется вдоль направителя в виде волиы особой структуры, называемой поверхностной волной, что приводит к увеличению направленного действия антенны.

Создание поверхностной волны возможно при условии замедления фазовой скорости волны возбудителя по сравнению со скоростью в воздухе. Это замедление возможно получить, например, в случае применения в направителе плоской металлической пластины или стержня с тонким диэлектрическим покрытием (рис. 7-62, а), например из полиэтилена.

Если бы направитель обладал идеальной проводимостью, то электромагнитные волны полностью излучались бы им в окружающую среду, так как внутри идеального проводника электрическое поле отсутствует. По мере уменьшения проводимости металла напряженность электрического поля в ием увеличивается, что приводит к уменьшению фазовой скорости и к концентрации энергии вдоль иаправителя. Однако при уменьшении проводимости резко растут потери энергии в металле. Поэтому в качестве направителя применяется металл с высокой проводимостью, покрытый слоем диэлектрика, в котором фазовая скорость волиы меньше скорости в воздухе. Чем толще слой диэлектрика, тем сильнее поверхиостиая волна, но тем больше и потери энергии в диэлектрике.

Эффект уменьшения фазовой скорости волиы можно получить также при возбуждении металлических плоских или цилиндрических поверхностей, имеющих периодическую структуру, например каиавки (рис. 7-62,6).

Направленность излучения антенны поверхностных волн зависит [Л. 11]:

1) в случае диэлектрического покрытия направителя - от его длины и ширины, увеличиваясь при их увеличении, а также от толщины диэлектрического слоя;

2) в случае периодической структуры направителя - от его длины и ширины, а также от глубины и ширины канавок и расстояния между выступами.

Коэффициент направленного действия антенны определяется по формуле

D = (7-8)

(7-93)

где I - длина направителя.

Диэлектрические антенны являются также антеннами поверхностных воли и состоят из сплошного или трубчатого стержня из диэлектрика и расположеииого внутри стержня облучателя в виде вибратора (рис. 7-63) или щели. Для получения одно-направлеииого излучения (приема) часть диэлектрического стержня со стороны сочленения с вибратором помещается в металлический патрон. Форма поперечного се-

ПС MN

1 - -COS Ф

Противовес

- - cos Ф I

(7-94)

Рис. 7-63. Диэлектрические аитеины.

о - со сплошным стержнем: I - металлический экран; 2 - коаксиальный кабель; б - с трубчатым стержнем.

чения стержней может быть круглой, квадратной, прямоугольной. Сплошные стержни обычно выполняются суживающимися к противоположному от облучателя концу, трубчатые же стержни имеют, как правило, постоянное поперечное сечение. Возбуждеи-

Максимам излучения (приеиа)

где Я, - длина волиы в диэлектрике, равная

Обычно для стержней используется ди-алектрик с относительной диэлектрической проницаемостью 6=2,5. В этом случае при отношении Я=12 величина Я/Я =0,65 н-0,7 (уменьшается при увеличении Я).

Коэффициент направленного действия антенны определяется так же, как и для антенны поверхностных воли.

Если одностержневая антенна ие обеспечивает требуемой направленности, то применяют несколько диэлектрических антени. питаемых синфазно.

Угол раствора характеристики направленности (по половинной мощности) одиночной диэлектрической антенны определяется по формуле

я

(7-95)

Рис. 7-64. Спиральная антенна.

Наибольший и наименьший диаметры сплошной стержневой антенны находятся по формулам;

макеИ 0,565 ;

Кб- 1

ная облучателем в патроне, являющемся волноводом, волна распространяется по диэлектрическому стержню, частично отражаясь на границе раздела диэлектрика и воздуха, а частично излучаясь наружу. Поперечное сечение стержня подбирается так, чтобы переносимая волйой энергия в основном концентрировалась вблизи поверхности стержня, а в направлении, перпендикулярном стержню, интенсивность излучения быстро убывала. Это возможно осуществить за счет замедления фазовой скорости в диэлектрике. Таким образом, диэлектрические антенны могут быть по принципу действия отнесены к антеннам поверхностных волн.

Максимум излучения антенны совпадает с осью стержня. Направленное действие антенны увеличивается при увеличении длины стержня I по сравнению с длиной волны. Увеличение отношения Я до 3-4 приводит к росту амплитуды боковых лепестков характеристики направленности, что нежелательно.

Характеристика направленности диэлектрической антенны определяется по формуле

d HH -0,355

Спиральные антенны выполняются в виде проволочной спирали, один конец которой присоединяется к внутренней жиле коаксиального кабеля (рис. 7-64). К оболочке кабеля в качестве противовеса присоединяется плоский металлический экран круглой или прямоугольной формы. По принципу действия спиральные антенны относятся к антеннам поверхностных волн с периодической структурой.

Спиральные антенны излучают радиоволны круговой поляризации. В зависимости от отношения общей длины витков спирали tiL (где п - число витков, а L - длина одного витка) к длине волны антенна может быть направленной или слабонаправленной. Увеличение пЬ/Х (до известного предела) приводит к увеличению направленности антенны. В случае L/Я ! (оптимальный случай) в спиральной антенне устанавливается бегущая волна, обеспечивающая широкодиапазонность антенны.

Ширина характеристики направленности по половине мощности определяется по