Линзовая антенна. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Линзовая антенна - антенное устройство, работающее по принципу оптич. линзы, т. е. осуществляющее преобразование формы фазового фронта электромагнитной волны. Как правило, размеры апертуры линзовой антенны значительно больше длины волны принимаемого или излучаемого поля, поэтому аналогия с оптич. линзами распространяется и на методы их расчёта (геом. и физ. оптика). Далее речь идёт об электромагнитных линзовых антеннах (нек-рые их разновидности имеют аналоги в акустике и гидроакустике). Все пояснения относятся к линзовым антеннам, работающим в режиме излучения. Линзовая антенна состоит из линзы и первичного излучателя, расположенного в её фокусе.

Обычно линзовая антенна предназначаются для работы в средах с показателем преломления

(с малыми потерями). Изменение фазы

вдоль луча при прохождении участка

=s₂-s₁ такой среды определяется соотношением где

- угл. частота, с - скорость электромагнитных волн

в вакууме. Преобразование фазового фронта достигается либо профилированием границы линзовой антенны,

(системы с однородным n), либо применением сред с неоднородным n(s). Часто используют искусств. диэлектрич. среды, когда в обычные диэлектрики с

вкрапливают с разл. плотностью металлич. или диэлектрич. элементы (шарики, сфероиды, диски и др.) или металлич. порошок, достигая изменения эфф. показателя преломления практически по любому закону. Используют также искусств. среды, выполненные в виде блоков из обычных волноводов (одинакового или различного сечения) или параллельных гофрированных металлич. листов, Если электрич. вектор перпендикулярен металлич. листам, то между ними будет распространяться волна типа ТЕМ, фазовая скорость к-рой равна c. Наличие гофр создаёт эффект замедления: волна будто бы распространяется с Если же электрич. вектор параллелен

металлич.

листам, то между ними будет распространяться волна типа ТЕ и соответствующий набор ведёт себя как искусств. диэлектрик с

Если блок выполнен из волноводов различного сечения или из металлич. пластин с различными расстояниями между ними, то получаем среду с неоднородным n_эф.

Наиболее простым типом линзовых антенн являются линзы из однородного диэлектрика с соответствующим образом рассчитанным профилем одной или обеих её поверхностей.

Для уменьшения массы линзы больших размеров выполняют зонированными (рис. 1), при этом фаза волны в каждой зоне отличается на

(m=1, 2, ...). Зонированные линзы работают удовлетворительно в более узком диапазоне длин волн, чем обычные. Кроме того, у края каждой зоны возникают дифракц. явления, ухудшающие характеристики линзовой антенны. Фокусирующие свойства неоднородных линз обеспечиваются выбранным законом изменения коэф. преломления. Первая линза из неоднородного диэлектрика исследована Дж. К. Максвеллом (J. С. Maxwell) в 1860. Она имеет форму полусферы. Линза с центр. симметрией в форме шара предложена Р. К. Люнебергом (R. К. Luneberg) в 1944.

Плоский фронт образуется на нек-рой плоскости, находящейся вне линзы. Такие линзы допускают поворот луча без искажения его формы в широком секторе углов до 360°, их изготавливают из большого числа сферич. слоев с пост. п. Число слоев, их толщину и п выбирают, исходя из допустимой фазовой ошибки. В линзе Микаэляна, наз. линзой равной толщины, коэф. преломления зависит только от одной координаты. Все три линзы - фокусирующие, т. е. создают на выходе параллельный пучок лучей.

Применяют также широконаправленные и отражательные линзы. В широконаправленных линзах фазовый фронт на выходе должен быть сферическим или цилиндрическим. Отражат. линзы применяют, когда необходимо переотражать падающее на них излучение в заданном направлении. Известны два типа отражат. линз: рефлектор Люнеберга и линза Итона - Липмана. Первый тип представляет собой обычную линзу Люнеберга, в к-рой часть поверхности покрыта металлич. слоем. Падающая на линзу волна фокусируется в соответствующей точке металлич. покрытия и затем отражается. Проходя через линзу, она излучается в направлении, обратном направлению падения. Линза Итона-Липмана имеет форму шара (рис. 2). Коэф. преломления определяется ф-лой п(r)

Линзовые антенны нашли применение в радиолокации. Они удобны при работе в широкой полосе частот без перестройки, для обеспечения нужной диаграммы направленности; с их помощью легко осуществить поворот луча в широком секторе углов.

Литература по линзовым антеннам

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.