В линзовом рупоре линза изменяет электрическую длину пути по раскрыву, помогая получить нужный фазовый фронт. Для W-диапазона, обычно 75–110 ГГц, особенно важны измеренные свойства материала, профиль и установка. Линза не гарантирует сужение луча на 50% или одинаковую стабильность ЭИИМ любого спутника.
Фаза на апертуре
В коротком рупоре фаза поля может заметно изменяться от центра к краю. Диэлектрическая линза добавляет пространственно неодинаковую задержку и может уменьшить ошибку относительно требуемого фронта.
В простом приближении дополнительная фаза при замене воздуха толщиной t материала равна k0(n−1)t. Для немагнитного малопотерного материала n ≈ √εr. Это не полная модель отражения и дифракции.
Плоский фронт для дальней зоны и сходящийся фронт для ближнего фокуса — разные цели. Расстояние до объекта и требуемый размер пятна необходимо задать до выбора профиля.
Что означает λ/50 на 94 ГГц
Свободная длина волны на 94 ГГц приблизительно 3,189 мм. Ошибка оптического пути λ/50 равна примерно 63,8 мкм и соответствует фазе 7,2°.
Это не автоматически допуск на механическую толщину. Если принять εr = 2,1 только для расчётного примера, то n−1 ≈ 0,449. Ошибка толщины 0,10 мм даст дополнительный путь около 44,9 мкм и фазу около 5,1° в указанном приближении.
Реальные εr и потери конкретной партии PTFE или другого материала должны соответствовать частоте и температуре. Ошибки профиля, положения, свойств и поля рупора складываются в общий бюджет.
Диэлектрическая и металлическая линзы
В диэлектрической линзе фазу меняют геометрия и свойства материала. Отражения на поверхностях и поглощение могут уменьшить полученный выигрыш.
Металлические линзовые структуры используют направляющие или периодические элементы и имеют собственные дисперсию, поляризационные свойства и потери. Их нельзя сравнить с PTFE только по массе одного объёма материала.
Линза Ротмана является многопортовой сетью формирования лучей и не тождественна прозрачной детали перед одним рупором. Сначала уточните архитектуру.
Угол Брюстера не является универсальным монтажным углом
Для идеальной границы двух немагнитных диэлектриков без потерь tan θB = n2/n1 для p-поляризации. При переходе из воздуха в материал с εr = 2,1 это около 55,4°, а не универсальные 68,5°.
Реальная линза имеет кривые поверхности, диапазон углов и обе компоненты поля. Брюстеровское условие одной плоской границы не устраняет все отражения всей антенны.
Луч и усиление
Для апертурной антенны G ≈ 4πηA/λ². При той же площади улучшение фазового распределения может увеличить эффективное использование апертуры, но конечный размер продолжает ограничивать направленность.
Измеряйте ширину на уровне −3 дБ в обеих главных плоскостях и внеосевые лепестки. Сравнение «луч уже на 50%» требует одинаковых частоты, апертуры, определения ширины и условий измерения.
Поглощение линзы может ухудшить реализованный выигрыш, даже если рассчитанная диаграмма стала уже. Следует различать направленность, усиление и усиление с учётом рассогласования.
Температура и крепление
Температура изменяет геометрию, εr, потери и расстояние до рупора. Крепление должно удерживать положение без недопустимых напряжений. Зазор, клей и защитное покрытие входят в модель.
Для оценки дрейфа нужна зависимость свойств от температуры, а не единый коэффициент компенсации для любого материала. Ra сам по себе не задаёт фазовую точность всего профиля.
Проверка W-диапазонного узла
- Задайте полосу, поляризацию, дальний луч либо ближний фокус.
- Охарактеризуйте материал и геометрию.
- Смоделируйте рупор, линзу и крепление вместе.
- Проверьте отражение, усиление, диаграмму и фазу.
- Повторите установку и температурные условия.
Измерительные переходы и приборы должны покрывать нужный W-диапазон. 94 ГГц равно 0,094 ТГц; один результат на этой частоте не подтверждает работу на 1 ТГц.
Основы раскрыва приведены в теории рупора, различие сетевой линзы — в описании Rotman lens. Приведённые расчёты иллюстративны и не заменяют измерения выбранного узла.
