ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ПОЛЯРИЗАТОР Российский патент 2004 года по МПК H01P1/165 

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к волноводной технике, и может быть использовано в составе антенно-волноводных устройств (АВУ) станций спутниковой и радиорелейной связи СВЧ-диапазона.

В настоящее время в системах связи для увеличения пропускной способности как при приеме, так и при передаче сигналов используется повторное использование частот на основе поляризационного уплотнения. Такая организация связи требует использования в составе станций связи АВУ, обеспечивающих разделение сигналов ортогональных поляризаций с высоким уровнем развязки, что в конечном счете проявляется в повышении требований к характеристикам элементов АВУ, в частности к характеристикам волноводных поляризаторов, которые должны иметь в полосе рабочих частот кроссполяризационную развязку не менее 33 дБ. Развязка с таким уровнем может быть реализована при максимальной дисперсии дифференциального фазового сдвига (ДФС) поляризатора в пределах ±2,5° и соответствующем уровне согласования.

Известен широкополосный поляризатор на волноводе круглого сечения [1], в котором отклонение от создаваемого ДФС (π/2 или π) минимизируется выбором фазосдвигающего элемента в виде комбинации продольных металлических и диэлектрических пластин, взаимно компенсирующих отклонения фазы. Основными недостатками этого поляризатора являются неприемлемые вносимые потери, связанные с наличием в волноводе диэлектрика, а также отсутствие элементов подстройки (регулировки) фазового сдвига и согласования.

Известен широкополосный поляризатор на волноводе круглого сечения [2], являющийся прототипом, в котором для создания ДФС используется комбинация диаметрально противоположных продольных пластин, имеющих на концах ступенчатые или плавные переходы с параллельными им рядами емкостных металлических стержней.

Однако использование такой комбинации из двух протяженных неоднородностей приводит к повышенному отражению составляющей электрического поля, лежащей в плоскости фазосдвигающего элемента, по сравнению с ортогональной составляющей, что, в конечном счете, сказывается на достижимом коэффициенте эллиптичности. К тому же такая конструкция фазосдвигающего элемента не технологична, поскольку требует специальных приспособлений для контроля установки металлических пластин в отрезке круглого волновода.

Целью настоящего изобретения является уменьшение коэффициента эллиптичности и потерь на отражение широкополосного волноводного поляризатора, а также улучшение технологичности его конструкции. Для достижения этой цели предлагается поляризатор, содержащий отрезок круглого волновода и две установленные в нем диаметрально противоположные металлические продольные пластины с металлическими стержнями.

Согласно изобретению отрезок круглого волновода выполнен переменного сечения, симметрично расширяющегося к середине, при этом расстояние между металлическими пластинами постоянно и равно входному (выходному) диаметру отрезка круглого волновода.

Такая конфигурация поляризатора позволяет минимизировать дисперсию ДФС между составляющими электрического поля в плоскости фазосдвигающего элемента и в ортогональной ей плоскости, уменьшить потери на отражение для составляющей поля в плоскости расположения фазосдвигающего элемента и упростить технологию изготовления (по всей длине расстояние между пластинами постоянно и равно входному и выходному диаметрам круглого волновода).

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого изобретения из литературы не известны, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 приведен общий вид широкополосного поляризатора; на фиг.2 - вид по стрелке А фигуры 1; на фиг.3 - частотная зависимость ДФС π/2-поляризатора.

Широкополосный поляризатор (фиг.1 и 2) содержит отрезок круглого волновода переменного сечения, симметрично расширяющегося к середине, 1, в котором установлены диаметрально расположенные продольные металлические пластины 2 с рядами емкостных металлических стержней 3. Расстояние между пластинами 2 постоянно по всей длине и равно входному (выходному) диаметру отрезка круглого волновода. Закон изменения сечения и длина отрезка круглого волновода 1, а также количество и длина стержней 3 выбраны таким образом, что при прохождении через поляризатор волна (ТЕ₁₁)|| с вектором электрического поля, лежащим в плоскости расположения пластин со штырями, и ортогональная ей волна (TE₁₁)⊥ получают такие фазовые сдвиги Ф|| и Ф⊥, при которых ДФС, равный ΔФ=|Ф||-Ф⊥|, имеет в рабочей полосе частот минимальное отклонение от π/2 или π.

Закон изменения сечения отрезка круглого волновода с входным (выходным) диаметром D₀ в этом поляризаторе выбран в виде:

-L/2≤l≤-L/4, L/4≤l≤L/2

D(t)=D_m -L/4≤l≤L/4,

при этом D₀=0.82λ₀, D_m/D₀=1.12, L=1.5λ₀, где λ₀ - длина волны в свободном пространстве на частоте f/₀.

На фиг.3 представлена частотная зависимость ДФС π/2-поляризатора, содержащего 7 пар металлических стержней, в полосе частот 21%, из которой следует, что максимальное отклонение ДФС от 90° не превышает 2,3°.

Предложенный поляризатор обеспечивает высокий коэффициент эллиптичности и минимальные потери на отражение. Поляризатор является составной частью антенно-волноводного устройства зеркальной антенны.

Источники информации

1. Орлеанская Э.В. Фазовращатель на круглом волноводе. А.С. N209555 (СССР), 1968.

2. Модель A.M., Орлеанская Э.В. Широкополосный волноводный поляризатор. A.C. N246612 (СССР), 1969.

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к волноводной технике, и может быть использовано в составе антенно-волноводных устройств станций спутниковой и радиорелейной связи СВЧ-диапазона. Технический результат заключается в уменьшении коэффициента эллиптичности и потерь на отражение, а также улучшение технологичности. Сущность изобретения заключается в выполнении отрезка круглого волновода переменного сечения, симметрично расширяющегося к середине этого отрезка, при этом расстояние между диаметрально противоположными продольными металлическими пластинами постоянно и равно диаметру входного/выходного сечения отрезка круглого волновода. 3 ил.

Широкополосный волноводный поляризатор, содержащий отрезок круглого волновода и две установленные в нем диаметрально противоположные металлические пластины с металлическими стержнями, отличающийся тем, что отрезок круглого волновода выполнен переменного сечения, симметрично расширяющегося к середине, при этом расстояние между продольными пластинами постоянно и равно диаметру входного (выходного) сечения отрезка круглого волновода.