Рис. 8.4. Экспериментальные диаграммы направленности Н-секториального рупора в плоскости Н

расширении прямоугольного волновода только в одной плоскости получается , -секториальный рупор. В зависимости от того, в какой плоскости происходит I расширение, .различают Н-плоскостные (рис. 8.2,а) и Е-плоскостные секториаль-•лые рупоры (рис. 8.2,6). При .расширении в двух плоскостях получается пира-)*1идальный рупор (рис. 8.2,е, г). Расширяющийся круглый волновод образует I "Конический рупор" (рис. 8.2,6).

Основной параметр рупорной антенны - диаграмма направленности - оп-ределяется распределением поля в раскрыве. Указанное распределение поля в .значительной степени зависит от длины рупора (рис. 8.3). Для каждой задав-ьной длины рупора имеется оптимальный угол раствора рупора (2фо), при котором ширина диаграммы направленности получается минимальной. Это объ->ясняется тем, что, с одной стороны, при увеличении угла раствора рупора -.увеличивается площадь излучающего раскрыва, а это способствует концентра--•цни излучения, с другой стороны, увеличение размера раскрыва ар приводит -к увеличению расхождения фаз поля на плоскости отверстия и расширению .•диаграммы излучения. На рис. 8.4 изображены экспериментальные диаграммы -направленности в плоскости Н для Н-плоскостного секториального рупора длинной 10Х при различных углах раствора 2фо.

В табл. 8.1 приведены размеры (в долях волны) некоторых секториальпых Н-плоскостных рупоров и соответствующие значения ширины диаграммы на-Правленности (по .половинной мощности), рассчитанные по формуле (8.1).

При известной площади раскрыва рупора S можно определить его КНД с -помощью выражения (8.2).

Достоинство рупорных антенн - возможность работы в широком диапазоне волн.

К недостаткам .ложно отнести то, что для уменьшения ширины диаграм-"Мы .направленности надо увеличивать площадь раскрыва и вместе с тем сильно увеличивать длину рупора. Это усложняет конструкцию антенны, поэтому {рупорные антенны имеют ограниченное применение, главным образом для фор-мирования не очень острыг диаграмм (обычно не уже 10... 15°).

Таблица 8.1

Запедлтщая линза

Рис. 8.5. Рупор с диэлектрической фазо-выравнивающей линзой

Уменьшение длины рупора можно достигнуть применением фазовыравни-вающих устройств, в качестве которых часто применяют различные линзы, устанавливаемые в раскрыве рупора.

Пример* такого рупора с диэлектрической фазовыравнивающей линзой показан на рис. 8.5.

8.3. Линзовые антенны

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 которолв находится источник излучения (при работе в режиме передачи), в пучок па.раллельных 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.

Линзы разделяются на замедляющие и ускоряющие. В за.медляющих линзах фазовая скорость меньше скорости света (аналогично оптическим стеклянным линзам), а в ускоряющих - больше скорости света (как в волноводе).

Замедляющие линзы выполняют из высокочастотного диэлектрика или яз более легкого и имеющего меньшие потери искусственного диэлектрика, представляющего собой систему из лебольших металлических дисков, шариков и пр., укрепленных на диэлектрическом каркасе или вкрапленных в пенополисти-роле или другом диэлектрике с малыми потерями и малой диэлектрической проницаемостью. ,

Ускоряющие линзы изготавливают в виде системы параллельных металлических пласшн с расстоянием между ними (0,58... 0,62) X (металлопластин-чатые линзы) или секций прямоугольных волноводов, оси которых параллельны оси антенны. Пример замедляющей и ускоряющей линз приведен на рис. 8.6.

В линзовых антеннах используются такие же облучатели, как и в зеркальных антеннах. Для линзовой антенны ширина диаграммы направленностш и-КНД рассчитываются исходя из размеров апертуры в долях волны по формулам (8.1) и (8.2).

Преимущество линзовых антенн перед зеркальными состоит в том, что у них облучатель не затеняет раскрыва л не искажает распределения в апертуре.

Рис. 8.6. Замедляющая (a) и ускоряющая i(6) линзы:

t - облучатель; 2 - фокус лннзы; 3 - линза; 4 траекто]рии лучей

Рис. 8.7. Сферическая линза Люнеберга: J - облучатель; 2 - лннза; 3 - траектории лучей

Недостаток линзовых антенн - сравнительно сложная конструкция, больщая масса и высокая стоимость.

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 формуле

где п - показатель преломления; Гсф - радиус сферической линзы; г - текущий радиус ТОЧКИ внутри сферы.

Источник излучения (облучатель), расположенный на периферии линзы

(рис. 8.7), 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 не-.подвижная остронаправленная диаграмма направленности. Вся система облучателей с линзой образует многолучевую антенную систему, способную одновременно обслуживать широкий сектор углов, осуществляя в нем непрерывный

i радиолокационный контроль пространства, а также вести направленную радио-•связь одновременно с различными корреспондентами, находящимися в разных направлениях.

К многолучевым линзовым антеннам кроме линзы Люнеберга следует отнести линзу Ротмана .и линзу R-2R.

Принцип действия линзы Ротмана поясняет рис. 8.8. 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 соотБ,етствует определенному направлению луча в пространстве.