ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПОЛЯРИЗАЦИИ Российский патент 1994 года по МПК H01P1/175 

Изобретение относится к СВЧ-ферритовой технике и может быть использовано в аппаратуре приема телевизионного сигнала, ретранслируемого со спутника.

Известны СВЧ-ферритовые переключатели поляризации, осуществляющие селекцию СВЧ-сигналов различной поляризации, которые содержат отрезки круглого входного и прямоугольного выходного волноводнов, ферритовую секцию с полным или частичным заполнением, соленоид для продольного подмагничивания ферритового элемента и устройства, согласующие отрезки входного и выходного волноводов с ферритовой секцией.

В прототипе согласующие элементы выполнены в виде четвертьволновых диэлектрических трансформаторов. Работа приборов основана на принципе фарадеевского вращения плоскости поляризации СВЧ-сигнала, распространяющегося в продольно намагниченной ферритовой среде.

Основной задачей ферритового переключателя является прием линейно поляризованного сигнала, имеющего угловое отклонение от плоскости поляризации сигнала на входе поляризатора.

Для этого необходимо приложить к ферритовому стержню продольное магнитное поле с целью ликвидации указанного углового отклонения.

Второй основной функциональной задачей СВЧ-переключателя поляризации является подавление ортогонального поляризованного СВЧ-сигнала.

Уровень подавления зависит от многих факторов, но в первую очередь от однородности ферритового стержня и качества согласования ферритовой секции с круглым входным и прямоугольным выходным волноводами.

Недостатками указанных приборов, в том числе и прототипа, является недостаточный уровень подавления ортогонально поляризованного сигнала, связанный с возможностью согласования их лишь в ограниченной полосе частот, а также большая длина переключателей.

Эти недостатки возникают из-за краевых эффектов на стыке ферритовой секции с входным и выходным волноводами. Согласующие четвертьволновые диэлектрические трансформаторы не полностью устраняют паразитное влияние краевых эффектов. Основной вклад в ограничение рабочей полосы частот и повышенного уровня КСВ вносят краевые эффекты от стыка цилиндрической ферритовой секции с прямоугольным выходным волноводом.

Цель изобретения - повышение уровня подавления ортогонально-поляризованного СВЧ-сигнала и уменьшение длины переключателя поляризации.

Технический результат заключается в компенсации паразитных краевых эффектов, возникающих на стыке цилиндрической секции с прямоугольным волноводом, приводящей к расширению рабочей полосы частот и уменьшению КСВ переключателя и повышению качества воспроизведения программ спутникового телевидения.

Компенсация паразитных краевых эффектов осуществлена путем конструктивного изменения стыковочного узла ферритовой секции с прямоугольным волноводом, при этом отрезок прямоугольного волновода переключателя поляризации выполнен в виде четвертьволновой секции, выходной диэлектрический элемент внутри которой частично выступает за пределы секции на величину a = (5 - 15) 10^-3 λ₂ и подсоединен к выходному прямоугольному волноводу, размер широкой стенки которого больше, а размер узкой стенки меньше соответствующих размеров отрезка прямоугольного волновода переключателя поляризации, где λ₂ - длина волны в выходном прямоугольном волноводе, подключаемом к переключателю поляризации со стороны отрезка прямоугольного волновода.

На фиг.1 изображен переключатель поляризации; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1.

Переключатель поляризации содержит отрезок входного цилиндрического волновода 1 с четвертьволновым диэлектрическим трансформатором 2, ферритовую секцию 3 с катушкой 4 для формирования продольного магнитного поля и отрезка прямоугольного волновода 5 с выходным диэлектрическим трансформатором 6 и отрезком выходного прямоугольного волновода 7.

Работа переключателя поляризации осуществляется следующим образом.

СВЧ-сигнал линейной поляризации поступает на входной цилиндрический волновод 1. Плоскость поляризации сигнала составляет угол θ с плоскостью поляризации выходного СВЧ-сигнала. Для компенсации угла θ сигнал через λ/4 диэлектрический трансформатор 2 поступает в ферритовую секцию 3 с продольно подмагничивающим током в катушке 4. В отрезок прямоугольного волновода 5 сигнал из ферритовой секции 3 поступает через выходной диэлектрический трансформатор 6. Параметры переключателя в значительной степени зависят от КСВ диэлектрических трансформаторов 2 и 6. Диэлектрический элемент согласования отрезка цилиндрического входного волновода 1 на цилиндрическую ферритовую секцию 3 представляет собой традиционный λ/4 диэлектрический трансформатор 2, в котором краевые эффекты от стыков волноводов разных диаметров компенсируются путем корректировки его длины.

После проведения корректировки длины трансформатора можно получить в 1,5 раза большую рабочую полосу частот и КСВ, отличающийся более чем на 5% от расчетного.

Существенно иные соотношения получаются для диэлектрического элемента согласования с цилиндрической ферритовой секции 3 на отрезок прямоугольного волновода 5. Влияние краевых эффектов на стыке разных по поперечному сечению волноводов имеет ярко выраженный емкостной характер. Традиционное увеличение длины выходного диэлектрического трансформатора 6 не дает полной компенсации их влияния.

Степень компенсации паразитных краевых эффектов характеризуется величиной полосы частот и уровнем КСВ. Обнаружена эффективная зависимость полосы частот и КСВ переключателя поляризации от величины а = (5 - 15) . 10^-3 λ₂ , на которую длина l₁ выходного диэлектрического трансформатора 6 больше длины l₂ волновода 5. При этом присоединяемый к переключателю поляризации отрезок выходного прямоугольного волновода 7 должен иметь размер широкой стенки больше, а узкой - меньше соответствующих размеров прямоугольного волновода 5 переключателя поляризации.

В таблице приведены результаты экспериментального исследования зависимости полосы частот и КСВ переключателя поляризации от отношения а/λ₂, где λ₂ - длина волны в выходном прямоугольном волноводе, подключаемом к переключателю поляризации со стороны отрезка прямоугольного волновода.

За счет применения четвертьволновой секции с диэлектрическим заполнением длины переключателя поляризации может быть уменьшена примерно на 30%.

Как видно из таблицы, минимальный уровень КСВ и максимальная рабочая полоса частот достигается при а/λ₂ = (5 - 15) . 10^-3. Нормирование а к λ₂ позволяет получить не зависящее от частоты соотношение, при котором достигается взаимная компенсация краевых эффектов от стыковки различных по поперечному сечению волноводов.

Пример. Входной цилиндрический волновод имеет диаметр 19 мм и предназначен для приема сигнала на частотах 10,9 - 11,7 ГГц, применяемых для передачи телевизионных программ через ретрансляторы, установленные на спутнике (спутниковое телевидение).

Ферритовая секция содержит металлизированный ферритовый стержень, на который надета катушка подмагничивания. Выходной прямоугольный волновод имеет сечение 17,8 х 12,6 мм и подключается к волноводу сечением 19 х 19,5 мм.

Диэлектрический элемент согласования имеет длину l₁ на (7 ± 0,1) 10^-3 λ₂ больше длины указанного волновода. Переключатель поляризации позволяет осуществлять прием сигнала одной поляризации (уровень подавления 25 дБ). При подаче в катушку подмагничивания тока величиной 80 мА переключатель поляризации переключается на прием сигнала с ранее подавляемой поляризацией. Величина потерь сигнала с принимаемой поляризацией составляет не более 0,2 дБ.

Использование: аппаратура приема телевизионного сигнала, ретранслируемого со спутника. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные отрезок входного цилиндрического волновода с четвертьволновым диэлектричесим трансформатором, ферритовую секцию с катушкой продольного подмагничивания, отрезок прямоугольного волновода с выходным диэлектрическим волноводом и выходной прямоугольный волновод. Размер широкой стенки выходного прямоугольного волновода больше, а размер узкой стенки - меньше соответствующих размеров отрезка прямоугольного волновода. Длина выходного диэлектрического трансформатора превышает длину отрезка прямоугольного волновода на величину (5 15) 10^-3·λ₂ , где λ₂ - длина волны в выходном прямоугольном волноводе. 4 ил.

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПОЛЯРИЗАЦИИ, содержащий последовательно соединенные отрезок входного цилиндрического волновода с четвертьволновым диэлектрическим трансформатором, ферритовую секцию с катушкой продольного подмагничивания и отрезок прямоугольного волновода с выходным диэлектрическим трансформатором, отличающийся тем, что к отрезку прямоугольного волновода, выполненному длиной, равной λ₁ / 4 , подсоединен выходной прямоугольный волновод, размер широкой стенки которого больше, а размер узкой стенки меньше соответствующих размеров отрезка прямоугольного волновода, при этом длина l₁ выходного диэлектрического трансформатора превышает длину l₂ отрезка прямоугольного волновода на величину
(l₁-l₂) = (5-15) 10^-3˙ λ₂ ,
где λ₂ - длина волны в выходном прямоугольном волноводе.