DE2005452A1

DE2005452A1 - Cylindrical Lüneburg lens with ring lens

Info

Publication number: DE2005452A1
Application number: DE19702005452
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Phys 2000 We del Schulten
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-02-06
Filing date: 1970-02-06
Publication date: 1971-08-19

Description

"Zylindrische Luneburg-Linse mit Ringlinse" Die Erfindung bezieht sich auf eine zylindrische Luneburg-Linse mit homogener Schale. "Cylindrical Luneburg Lens with Ring Lens" The invention relates to on a cylindrical Luneburg lens with a homogeneous shell.

Luneburg-Linsen sind kugelförmige oder kreiszylindrische, dielektrische Körper, deren Dielektrizitätskonstante eine Funktion des Radius ist. Sie haben die Eigenschaft, ein paralleles Strahlenbündel so zu fokussieren, daß sämtliche Strahlen, die die Linse treffen, in einem Punkt bzw. in einer Brennlinie vereinigt werden. Eine kugelförmige Luneburg-Linse hat die Eigenschaft, daß durch Verschieben des Brennpunktes die Strahlungskeule in jede beliebige Richtung geschwenkt werden kann. In vielen Pällen reicht es aber aus, die Strahlungskeule in einer Ebene schwenken zu können. Dann genügt eine zylindrische Luneburg-Linse. Sie kann leichter hergestellt werden als eine Kugellinse. Die zylindrische Linse besitzt eine Brennlinie statt eines Brennpunktes.Luneburg lenses are spherical or circular cylindrical, dielectric Bodies whose dielectric constant is a function of the radius. You have the Property of focusing a parallel bundle of rays in such a way that all rays that hit the lens are united in a point or in a focal line. A spherical Luneburg lens has the property that by moving the Focal point, the radiation lobe can be pivoted in any direction. In many palls, however, it is sufficient to pivot the radiation beam in one plane to be able to. Then a cylindrical Luneburg lens is sufficient. It can be made more easily are called a ball lens. The cylindrical lens has a focal line instead of a focal point.

Nach der Erfindung wird die Brennlinie einer zylindrischen Luneburg-Linse dadurch in einen Brennpunkt verwandelt, daß eine Ringlinse zur vertikalen Bündelung der Strahlen die zylindrische Luneburg-Linse umschließt und die einfallenden Strahlen so ablenkt, daß sie nach Durchlaufen beider Linsen in einem Brennpunkt vereinigt werden.According to the invention, the focal line of a cylindrical Luneburg lens transformed into a focal point by a ring lens for vertical focusing of the rays enclosing the cylindrical Luneburg lens and the incident rays deflects so that it unites in a focal point after passing through both lenses will.

Daß hat Vorteile für die Speisung der Linsenantenne (z.B.This has advantages for feeding the lens antenna (e.g.

geringeres Gewicht der Speiseelemente). Die Daten dieser Ringlinse hängen von dem £(r)-Verlauf der Luneburg-Linse ab ( £ = Dielektrizitätskonstante). Es kann gezeigt werden, daß eine zylindrische isotrope Luneburg-Linse, deren Brechungsindex den Verlauf e (r) = 2 - (r/a)2 hat (r = Radiuskoordinate; a ist der Radius der Linse), parallel einfallende Strahlen in einem Brennpunkt vereinigt, wenn sie von einer Ringlinse umschlossen wird, die eine Brennweite von f = ( n/2)a hat. Die Ringlinse kann gedacht werden als eine Zylinderlinse der Brennweite f = (s /2)a, die zu einem Ring vom Radius a gebogen wurde. Fig. 1 und 2 zeigen eine solche Anordnung in zwei Ansichten. Es sind einige Strahlen eingezeichnet, wobei die Strahlen St nebeneinander liegend und die Strahlen St' übereinander liegend zu denken sind. A ist die Symmetrieachse der zylindrischen Luneburg-Linse. RL ist die Ringlinse und F der Brennpunkt. In Fig. 3 ist der E (r)-Verlauf angedeutet.lower weight of the feeding elements). The data of this ring lens hang from the £ (r) curve of the Luneburg lens (£ = dielectric constant). It can be shown that a cylindrical isotropic Luneburg lens whose refractive index has the course e (r) = 2 - (r / a) 2 (r = radius coordinate; a is the radius of the lens), parallel incident rays combined in a focal point when they come from one Ring lens is enclosed, which has a focal length of f = (n / 2) a. The ring lens can be thought of as a cylindrical lens of focal length f = (s / 2) a, which leads to a Ring was bent from radius a. Figs. 1 and 2 show such an arrangement in two Views. Some rays are drawn in, with the rays St next to each other lying and the rays St 'are to be thought of as lying one on top of the other. A is the axis of symmetry the cylindrical Luneburg lens. RL is the ring lens and F is the focal point. In The E (r) curve is indicated in FIG. 3.

Bei einem Brechungsindex von n des Ringlinsenmaterials berechnet sich der Krümmungsradius R der äußeren Wölbung W aus der Formel für die Brennweite einer Plankonvexlinse: f = R/(n-1) Die größte Wandstärke d der Ringlinse hängt ab von der Höhe h der Luneburg-Linse und ergibt sich aus geometrischen Überlegungen aus der Gleichung Ein Verlauf deS Dielektrizitätskonstante nach Fig. 3 (# = 2 -(ra )² ) ist nur eine der möglichen Funktionen, nach denen eine Luneburg-Linse entworfen werden kann. Es können auch andere Funktionen berechnet werden. Allerdings ist es nicht möglich, sie durch einen einfachen algebraischen Ausdruck darzustellen. Es gibt aber eine Theorie, nach der geeignete Funktionen 8 (r) berechnet werden können. Eine Berechnung der entsprechenden Ringlinse kann ebenfalla nur numerisch erfolgen.With a refractive index of n of the ring lens material, the radius of curvature R of the outer curvature W is calculated from the formula for the focal length of a planoconvex lens: f = R / (n-1) The greatest wall thickness d of the ring lens depends on the height h of the Luneburg lens and results from geometric considerations from the equation A course of the dielectric constant according to FIG. 3 (# = 2 - (ra) ²) is only one of the possible functions according to which a Luneburg lens can be designed. Other functions can also be calculated. However, it is not possible to represent them with a simple algebraic expression. But there is a theory according to which suitable functions 8 (r) can be calculated. The corresponding ring lens can also only be calculated numerically.

Fig. 4 und 5 zeigen das prinzipielle Aussehen einer Luneburg-Linse mit homogener Schale Sch und die zugehörige Ringlinse RL, die jetzt als ein Teil der homogenen Schale Sch angesehen werden kann, wobei der Brennpunkt F für diesen Fall außerhalb liegt. Die Theorie ergibt für die Brennweite f der Ringlinse näherungsweise: wenn fe die Brennweite der zylindrischen Luneburg-Linse ist, deren Radius gleich 1 gesetzt wurde.4 and 5 show the basic appearance of a Luneburg lens with a homogeneous shell Sch and the associated ring lens RL, which can now be viewed as part of the homogeneous shell Sch, the focal point F being outside in this case. The theory approximates the focal length f of the ring lens: if fe is the focal length of the cylindrical Luneburg lens whose radius was set equal to 1.

Patentansprüche:Patent claims:

Claims

Claims cylindrical Luneburg lens with homogeneous shell, characterized in that a Ringlite for vertical bundling of the rays encloses the cylindrical Luneburg lens and deflects the incident rays so that that they are united in a focal point after passing through both lenses.

2. Cylindrical Luneburg lens according to claim 1, characterized in that that they are part of the homogeneous shell of the cylindrical Luneburg lens forms.

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