СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЧ-СИГНАЛА Российский патент 2005 года по МПК H01P1/165 

Предлагаемый способ относится к технике СВЧ и предназначен для использования в радиолокационных станциях (РЛС), в спутниковом телевидении, связи и других радиосистемах.

Известен способ преобразования поляризации СВЧ-сигнала [Альтман Дж.Л., Устройства СВЧ, перевод с англ., Мир, М., 1968 г. стр.202-210,], который основан на прохождении право- и левопоряризованного по кругу СВЧ-сигналов через волноводную секцию с четвертьволновой диэлектрической пластиной в круглом волноводе и линейно-поляризованного СВЧ-сигнала с произвольным положением плоскости поляризации (плоскость, проходящая через ось волновода и электрический вектор СВЧ-сигнала) через волноводную секцию с полуволновой диэлектрической пластиной в круглом волноводе, и преобразовании этих СВЧ-сигналов в линейно-поляризованный СВЧ-сигнал с заданным положением плоскости поляризации без поляризационных потерь. Такие потери появляются в том случае, если на выходе волноводной секции с диэлектрической пластиной, кроме СВЧ-сигнала с заданным положением плоскости поляризации, образуется ортогональный ему линейно-поляризованный СВЧ-сигнал.

Этот способ имеет недостаток, который заключается в том, что преобразование поляризации СВЧ-сигналов указанных видов не может производиться волноводной секцией с одной и той же диэлектрической пластиной без поляризационных потерь.

Наиболее близким по технической сущности является способ преобразования поляризации СВЧ-сигнала [Альтман Дж.Л., Устройства СВЧ, перевод с англ., Мир, М., 1968 г. стр.227], который основан на прохождении СВЧ-сигналов с круговой поляризацией и линейно-поляризованного СВЧ-сигнала через волноводную секцию с ферритовым стержнем, установленным по оси круглого волновода, и двухфазной обмоткой с постоянными токами, которая создает в феррите управляющее поперечное двухполюсное магнитное (УПДМ) поле, и преобразовании этих СВЧ-сигналов в линейно-поляризованный СВЧ-сигнал с заданным положением плоскости поляризации.

Этот способ имеет тот же недостаток, который заключается в том, что преобразование поляризации СВЧ-сигналов указанных видов происходит при разных ферритовых стержнях и, таким образом, не производится одной и той же волноводной ферритовой секцией без поляризационных потерь.

Технический результат предлагаемого решения заключается в уменьшении потерь СВЧ-сигнала путем уменьшения поляризационных потерь.

Указанный результат достигается тем, что способ преобразования поляризации СВЧ-сигнала основан на прохождении право- и левополяризованного по кругу СВЧ-сигналов и линейно-поляризованного СВЧ-сигнала с произвольным положением плоскости поляризации через волноводную ферритовую секцию с управляющим поперечным двухполюсным магнитным полем. Управляющее поперечное двухполюсное магнитное поле создается двухфазной обмоткой с постоянными токами в каждой обмотке, причем пространственная ось катушек одной фазной обмотки перпендикулярна к оси катушек второй фазной обмотки. Далее осуществляется преобразование право- и левополяризованного по кругу СВЧ-сигналов и линейно-поляризованного СВЧ-сигнала с произвольным положением плоскости поляризации в линейно-поляризованный СВЧ-сигнал с заданным положением плоскости поляризации.

Отличительными особеностями заявляемого способа являются изменение величины тока при преобразования поляризации СВЧ-сигнала в одной фазной обмотке пропорционально синусу угла в пределах 0°-180° одновременно с изменением величины тока в другой фазной обмотке пропорционально косинусу того же угла при одинаковых максимальных значениях этих токов и, независимо от этого, при изменении вида поляризации право- и левополяризованного по кругу СВЧ-сигналов и линейно-поляризованного СВЧ-сигнала осуществляется одновременное одинаковое относительное изменение величины токов в обеих фазных обмотках.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

На фиг.1 представлен пример выполнения системы, осуществляющей предлагаемый способ преобразования поляризации СВЧ-сигнала.

Блок-схема системы для осуществления способа преобразования поляризации СВЧ-сигнала состоит из волноводной ферритовой секции 1, содержащей круглый волновод 2 и расположенный в нем соосно ферритовый стержень 3, двух фазных обмоток 4 и 5, каждая из которых содержит две катушки, расположенные на одной оси, а оси обеих фазных обмоток 4 и 5 взаимно перпендикулярны. Каждая фазная обмотка 4 и 5 подключена к одному из двух выходов блока управления 6.

Способ преобразования поляризации СВЧ-сигнала осуществляется следующим образом.

В волноводной ферритовой секции 1 при отсутствии токов в фазных обмотках 4 и 5 и, соответственно, отсутствии УДПМ поля, могут распространяться два СВЧ-сигнала типа Н₁₁, плоскости поляризации которых в поперечном сечении круглого волновода 2 ортогональны, а скорости распространения одинаковы. Как известно из [Альтман Дж.Л., Устройства СВЧ, перевод с англ., Мир, М., 1968 г. стр.227] при появлении токов в фазных обмотках 4 и 5 и УПДМ поля, находящегося в плоскости поляризации одного СВЧ-сигнала, относительная магнитная проницаемость феррита (для этого СВЧ-сигнала становится меньше 1. Для СВЧ-сигнала, плоскость поляризации которого перпендикулярна вектору УПДМ поля, относительная магнитная проницаемость феррита равна 1. В результате второй СВЧ-сигнал испытывает замедление по отношению к первому аналогично тому, как это происходит при прохождении ортогональных СВЧ-сигналов через, например, волноводную секцию с пластиной, относительная диэлектрическая проницаемость материала которой (больше 1.

Если при выбранном ферритовом стержне 3 и определенной величине УПДМ поля Н₀ разность фаз двух ортогональных СВЧ-сигналов равна 180°, то волноводная ферритовая секция 1 становится аналогичной полуволновой волноводной секции с диэлектрической пластиной. При этом плоскость эквивалентной полуволновой пластины перпендикулярна плоскости, проходящей через вектор Н₀ и ось волноводной ферритовой секции 1.

Согласно [Альтман Дж.Л., Устройства СВЧ, перевод с англ., Мир, М., 1968 г. стр.209], линейно-поляризованный СВЧ-сигнал на входе волноводной ферритовой секции 1, плоскость поляризации которого расположена под углом θ₁ к выбранной оси, преобразуется на ее выходе в линейно-поляризованный СВЧ-сигнал, плоскость поляризации которого расположена под углом ψ=2θ-θ₁ к той же оси, где θ-угол между плоскостью эквивалентной полуволновой пластины и выбранной осью, ψ-угол заданного положения плоскости поляризации выходного СВЧ-сигнала.

В соответствии с этим, изменяя угол (в пределах 0°-180° можно получить заданное значение угла (при всех возможных значениях θ₁. Это обеспечивает любое заданное положение плоскости поляризации линейно-поляризованного СВЧ-сигнала на выходе волноводной ферритовой секции 1.

Для поворота плоскости эквивалентной полуволновой пластины в волноводной ферритовой секции 1 на угол θ необходимо поворачивать УПДМ поле Н₀ на угол θ, не изменяя его величины. С этой целью с выхода 1 блока управления 6 в обмотку 4 надо подавать ток, обеспечивающий создание этой обмоткой магнитного поля Н₀ Sinθ, а с выхода 2 блока управления 6 в обмотку 5 надо подавать ток, обеспечивающий создание этой обмоткой магнитного поля Н₀ Cosθ. В результате вектор Н₀ будет поворачиваться на угол θ, а величина его будет постоянна и равна Н₀.

Если при том же ферритовом стержне 3 и величине УПДМ поля h₀<Н₀ разность фаз двух ортогональных СВЧ-сигналов в волноводной ферритовой секции 1 равна 99°, то она становится аналогичной волноводной секции с четвертьволновой диэлектрической пластиной. Эта эквивалентная четвертьволновая пластина, как и полуволновая, находится в волноводной ферритовой секции 1 в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через вектор h₀ и ось волноводной ферритовой секции 1.

Для поворота плоскости эквивалентной четвертьволновой пластины в волноводной ферритовой секции 1 на угол (необходимо поворачивать УПДМ поле h₀ на угол θ, не изменяя его величины. С этой целью с выхода 1 блока управления 6 в обмотку 4 надо подавать ток, обеспечивающий создание магнитного поля h₀ Sinθ, а с выхода 2 блока управления 6 в обмотку 5 надо подавать ток, обеспечивающий создание этой обмоткой магнитного поля h₀ Cosθ. В результате вектор h₀ будет поворачиваться на угол θ, а величина его будет постоянна и равна h₀.

В соответствии с [Альтман Дж.Л., Устройства СВЧ, перевод с англ., Мир, М., 1968 г. стр.204] правополяризованный по кругу СВЧ-сигнал на входе волноводной ферритовой секции 1 преобразуется на ее выходе в линейно-поляризованный СВЧ-сигнал с заданным положением плоскости поляризации под углом (к выбранной оси, если плоскость эквивалентной четвертьволновой пластины располагается под углом θ_п=ψ-45° к той же оси.

Соответственно левополяризованный по кругу СВЧ-сигнал преобразуется в линейно-поляризованный СВЧ-сигнал с заданным положением плоскости поляризации, расположенной под углом Ψ к выбранной оси, если плоскость эквивалентной четвертьволновой пластины располагается под углом θ_∧=ψ+45° к той же оси.

В соответствии с этим, изменяя каждый из углов θ_п и θ_∧ в пределах 0°-180°, можно получить заданные значения угла (в пределах 45°-225° для правополяризованного по кругу сигнала и в пределах -45°-135° для левополяризованного по кругу сигнала. Это обеспечивает любое заданное положение плоскости поляризации линейно-поляризованного СВЧ-сигнала на выходе волноводной ферритовой секции 1.

Предлагаемый способ может успешно применяться в радиосистемах, где СВЧ-сигнал подвергается деполяризации при прохождении по линиям связи и при этом требуется обеспечить прием сигнала без поляризационных потерь посредством электронного управления. В этом случае уменьшение потерь при приеме СВЧ-сигналов с разными видами поляризации может составлять 3-10 дБ и более.

Способ относится к технике СВЧ и предназначен для использования в радиолокационных станциях (РЛС), в спутниковом телевидении, связи и других радиосистемах. Технический результат предлагаемого решения заключается в уменьшении потерь СВЧ-сигнала путем уменьшения поляризационных потерь. Указанный результат достигается тем, что способ преобразования поляризации СВЧ-сигнала основан на прохождении право- и левополяризованного по кругу СВЧ-сигналов и линейнополяризованного СВЧ-сигнала с произвольным положением плоскости поляризации через волноводную ферритовую секцию с управляющим поперечным двухполюсным магнитным полем. Управляющее поперечное двухполюсное магнитное поле создается двухфазной обмоткой с постоянными токами в каждой обмотке, причем пространственная ось катушек одной фазной обмотки перпендикулярна к оси катушек второй фазной обмотки. Далее осуществляется преобразование право- и левополяризованного по кругу СВЧ-сигналов и линейно-поляризованного СВЧ-сигнала с произвольным положением плоскости поляризации в линейно-поляризованный СВЧ-сигнал с заданным положением плоскости поляризации. Отличительными особеностями заявляемого способа являются изменение величины тока при преобразования поляризации СВЧ-сигнала в одной фазной обмотке пропорционально синусу угла в пределах 0°-180° одновременно с изменением величины тока в другой фазной обмотке пропорционально косинусу того же угла при одинаковых максимальных значениях этих токов и независимо от этого при изменении вида поляризации право - и левополяризованного по кругу СВЧ-сигналов и линейно-поляризованного СВЧ-сигнала осуществляется одновременное одинаковое относительное изменение величины токов в обеих фазных обмотках. 1 ил.

Способ преобразования поляризации СВЧ-сигнала, основанный на прохождении право - и левополяризованного по кругу СВЧ-сигналов и линейно поляризованного СВЧ-сигнала с произвольным положением плоскости поляризации через волноводную ферритовую секцию с управляющим поперечным двухполюсным магнитным полем, которое создается двухфазной обмоткой с постоянными токами в каждой обмотке, причем пространственная ось катушек одной фазной обмотки перпендикулярна оси катушек второй фазной обмотки, и преобразовании их в линейно поляризованный СВЧ-сигнал с заданным положением плоскости поляризации, отличающийся тем, что при преобразовании поляризации СВЧ-сигналов производится изменение величины тока в одной фазной обмотке пропорционально синусу угла в пределах 0-180° одновременно с изменением величины тока в другой обмотке пропорционально косинусу того же угла при одинаковых максимальных значениях этих токов и независимо от этого осуществляется одновременное одинаковое относительное изменение величины этих токов.