Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 13.1.2. Типы дифракцииХотя общие законы дифракции даны выше, полезно привести элементарное рассмотрение двух частных случаев: дифракции Фраунгофера и дифракции Френеля. Дифракция Фраунгофера происходит, когда точка наблюдений достаточно удалена от источника излучения, так что лучи, выходящие из вторичных источников Гюйгенса можно считать параллельными. Излучение антенны в свободное пространство, рассматриваемое в гл. 14, обычно трактуется как дифракция Фраунгофера. Дифракция Френеля наблюдается, когда лучи, идущие от источника в точку наблюдения, нельзя считать параллельными, и необходимо учитывать обусловленную этой непараллельностью разность фаз. Рассмотрим поле вдоль оси круглого отверстия с равномерным амплитудным и фазовым распределением. На рис. 13.4, а изображено хорошо известное [265] построение, приводящее к разбиению излучающей апертуры yа зоны Френеля. Если
Эти колебания прекратятся, когда при наблюдении из точки Р все отверстие будет состоять лишь из одной зоны Френеля.
Рис. 13. 4, Дифракция Френеля и Фраунгофера: а — деление излучающей апертуры на зоны Френеля для точки Р на расстоянии D$ б-д - переход от области Фреиеля к области Фраунгофера: Из простых геометрических соотношений следует, что это будет иметь место, если расстояние точки Р от апертуры вдоль оси будет не меньше
где Из рис. 13.4, б видно, что в этой точке поле, наводимое крайним элементом апертуры, сдвинуто по фазе на 180° относительно поля, наводимого центральным элементом. На рис. 13.4, в показана векторная диаграмма для дальности При применении в диапазоне СВЧ техники оптического типа часто приходится работать в ближней зоне, т. е. в зоне Френеля; в связи с этим были проведены исследования дифракции в этой области [77, 116, 117]. Было показано [16, 184, 229], что фокусировки можно добиться с помощью коррекции фазового распределения в апертуре.
Рис. 13. 5. Фокусировка излучающей апертурой: а — распределение поля идеального излучателя, фокусное расстояние Рассмотрим точку наблюдения на оси, для которой имеется разность хода между центральным и крайними лучами. Если в апертуре имеется квадратичное распределение фазы со значением Для оптических длин волн распределение интенсивности в окрестности фокуса линзы дано Эйри [5]; эти же задачи для диапазона СВЧ рассмотрены в работах [84, 85, 164, 226, 244, 330, 331]. Обычно в окрестности фокуса имеется область высокой интенсивности, близкая по форме к длинному узкому эллипсоиду и имгющая боковые лепестки с меньшей интенсивностью на различных расстояниях от оси. При прохождении волны через фокус фаза ее изменяется на 180°, причем это изменение происходит относительно медленно на протяжении многих длин волн и обусловлено возрастанием фазовой скорости в этой области [359]. Формирование фокального пятна можно проследить на рис. 13.5, а, взятом из работы Бачинского и Бекефи [12]. Следует обратить внимание на характер зависимости напряженности поля от расстояния вдоль оси в зоне Френеля. Аналогичные диаграммы направленности изучались [80] на сверхвысокочастотной модели человеческого глаза. Фокусирование излучения, приводящее к образованию фокального пятна в зоне Френеля, изучалось как средство улучшения поперечного линейного разрешения в неопубликованной работе Мередита (R. Meredith). Допустим, что для фокусирования излучения в некоторую точку, лежащую на оси, требуется квадратичное распределение фазы На рис. 13.5, б дан пример, когда фокус находится на расстоянии, равном одной восьмой релеевской дальности. При фокусировании на таком близком расстоянии продольный размер фокального пятна мал и ширина луча в дальней зоне оказывается большой, причем луч при равномерном распределении амплитуд в отверстии оказывается шире, нежели при спадающем к краям распределении. Наименьший поперечный размер, или круг наименьшего рассеяния, будет немного смещен из фокальной плоскости ближе к отверстию. Графики соответствуют случаю квадратной апертуры со стороной 6,5 см при частоте Можно сформировать такие пучки электромагнитных волн, у которых на некоторой дальности в зоне Френеля поперечное амплитудное распределение будет повторяться [344]. С помощью соответствующих фазовращателей можно восстановить и первоначальное распределение фазы, в результате чего получится новая зона Френеля с той же самой конфигурацией поля. Последовательное повторение таких шагов путем пропускания пучка через систему равноразнесенных фазирующих устройств позволит направлять луч без уменьшения плотностп энергии. В системе [345], работающей на частоте
|
1 |
Оглавление
|