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, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.