ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ СЕЛЕКТОР Российский патент 2005 года по МПК H01P1/161 

Поляризационный селектор относится к области антенной техники и может быть использован в радиотехнических системах различного назначения в качестве базового элемента облучателя зеркальных антенн для обеспечения режима двойного использования частоты за счет поляризационной развязки.

Известен поляризационный селектор (А.А.Метрикин «Антенно-волноводные тракты радиорелейных линий связи», Издательство «Связь», Москва, 1966 г., стр.99), выполненный на волноводе квадратного сечения в виде волноводного тройника, внутри которого установлены две решетки из параллельных проводов.

Существенным недостатком такого поляризационного селектора является узкополосность и малое переходное затухание (развязка) между его плечами в диапазоне гармоник основных частот, кроме того, необходимо применение дополнительных переходных секций с квадратного волновода на круглый и прямоугольный.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является, выбранный в качестве прототипа поляризационный селектор [А.А.Метрикин «Антенно-волноводные тракты радиорелейных линий связи». Издательство «Связь», Москва, 1966 г., стр.103], [О.П.Фролов «Антенны для земных станций спутниковой связи». Издательство «Радио и Связь», Москва, 2000 г., стр.86], выполненный на волноводе круглого сечения в виде волноводного тройника, содержащего отрезки волноводов круглого и прямоугольного сечений, а также переход с круглого на прямоугольное сечение волновода, при этом в отрезке волновода круглого сечения установлены металлическая пластина, индуктивный стержень, подстроенный винт, а в отрезке волновода прямоугольного сечения - согласующая диафрагма.

Такое выполнение поляризационного селектора упрощает тракт, исключая необходимость применения дополнительных волноводных переходов.

Существенным недостатком и этого поляризационного селектора является узкополосность и малая степень развязки между его плечами в диапазоне гармоник основных частот. Это ограничивает применение поляризационного селектора в широкополосной аппаратуре.

Техническая задача изобретения - повышение переходного затухания в полосе рабочих частот прямоугольного волновода, что позволяет применять его в широкополосных антенных устройствах.

Задача достигается тем, что в известный поляризационный селектор, выполненный на волноводе круглого сечения в виде волноводного тройника, содержащего отрезки волноводов круглого и прямоугольного сечения, а также переход с круглого на прямоугольное сечение волновода, при этом в отрезке волновода круглого сечения установлены металлическая пластина, индуктивный стержень, подстроечный винт, а в отрезке волновода прямоугольного сечения - согласующие диафрагмы, согласно изобретению на выходе отрезка волновода прямоугольного сечения и на выходе перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода установлено по поляризационной решетке, выполненной из металлических проводников диаметром D=0,01 λ_мин, отстоящих на расстоянии l=0,1 λ_мин друг от друга, где λ_мин - минимальная длина волны рабочего диапазона прямоугольного волновода, при этом проводники одной поляризационной решетки расположены параллельно широкой стенке отрезка волновода прямоугольного сечения, а проводники второй поляризационной решетки параллельно широкой стенке перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода, причем пространство в отрезке волновода прямоугольного сечения с согласующими диафрагмами заполнено диэлектриком с низким значением диэлектрической проницаемости.

Сопоставленный анализ с прототипом показывает, что предложенный поляризационный селектор отличается наличием новых элементов - установлены на выходе отрезка волновода прямоугольного сечения и на выходе перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода по поляризационной решетке, выполненной из металлических проводников диаметром D=0,01 λ_мин, отстоящих на расстоянии l=0,1 λ_мин друг от друга, где λ_мин - минимальная длина волны рабочего диапазона прямоугольного волновода, при этом проводники одной поляризационной решетки расположены параллельно широкой стенке отрезка волновода прямоугольного сечения, а проводники второй поляризационной решетки - параллельно широкой стенке перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода, причем пространство в отрезке волновода прямоугольного сечения с согласующими диафрагмами заполнено диэлектриком с низким значением диэлектрической проницаемости.

Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения «Новизна».

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенные элементы известны, однако введение их в поляризационный селектор указанным образом и с указанными связями позволяет обеспечить такое новое свойство, как повышение переходного затухания (Р) между плечами поляризационного селектора в полосе рабочих частот прямоугольного волновода.

Изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является промышленно применимым, так как оно может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

Сущность изобретения поясняется посредством фиг.1-2 и последующего описания.

На фиг.1 приведен общий вид поляризационного селектора. На фиг.2 приведен график зависимости переходного затухания между плечами предложенного поляризационного селектора в полосе рабочих частот волновода.

Конструктивно поляризационный селектор (фиг.1) выполнен на волноводе круглого сечения в виде волноводного тройника, содержащего отрезки волноводов круглого 1 и прямоугольного 2 сечений, а также перехода 3 с круглого на прямоугольное сечение волновода, при этом в отрезке волновода круглого сечения 1 установлены металлическая пластина 4, индуктивный стержень 5, подстроечный винт 6, а в отрезке волновода прямоугольного сечения 2 - согласующие диафрагмы 7, причем пространство в отрезке волновода прямоугольного сечения 2 с согласующими диафрагмами 7 заполнено диэлектриком 8 с низким значением диэлектрической проницаемости. На выходе отрезка волновода прямоугольного сечения 2 и на выходе перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода установлено по поляризационной решетке 9, каждая поляризационная решетка выполнена из металлических проводников диаметром D=0,01 λ_мин, отстоящих на расстоянии l=0,1 λ_мин друг от друга, где λ_мин - минимальная длина волны рабочего диапазона прямоугольного волновода. Проводники одной поляризационной решетки 9 расположены параллельно широкой стенке отрезка волновода прямоугольного сечения 2, а проводники второй поляризационной решетки - параллельно широкой стенке перехода 3 с круглого на прямоугольное сечение волновода.

Поляризационный селектор работает следующим образом

При подведении высокочастотной энергии к поляризационному селектору в круглом волноводе возбуждаются две волны с взаимно перпендикулярной поляризацией - E₁ и Е₂, которые направляются в плечи I и II. Волны, у которых вектор E₁ перпендикулярен плоскости пластины 4, проходят в плечо I, а ответвление их в боковое плечо II не происходит, т.к. его поперечный размер меньше критического. Волны, у которых вектор E₁ перпендикулярен плоскости пластин согласующих диафрагм 7, беспрепятственно проходят через это плечо. Согласование волновода прямоугольного сечения с круглым достигается установкой согласующих диафрагм 7, индуктивного стержня 5, подстроечного винта 6. Теоретически такая система поляризационного селектора обладает переходным затуханием (Р) 25 дБ в 10% полосе рабочего диапазона прямоугольного волновода.

Установка на выходах плеч поляризационного селектора поляризационных решеток 9, выполненных из металлических проводников диаметром 0,01 λ_мин и расположенных на расстоянии l, равном 0,1 λ_мин друг от друга, параллельно широкой стенке волновода, позволяет повысить переходное затухание (Р) между выходами плеч поляризационного селектора до 30 дБ. Однако наличие резонансных возбуждений в поляризационном селекторе, вызванных наличием замкнутых объемов между пластинами согласующих диафрагм для непроходящих волн, возникающих вследствие кроссполяризации поля, снижает переходное ослабление (Р) в отдельных участках полосы рабочих частот прямоугольного волновода до 17 дБ (фиг.2 кривая 1).

Экспериментально установлено, что при заполнении пространства в отрезке волновода прямоугольного сечения с согласующими диафрагмами диэлектриком с низким значением диэлектрической проницаемости, например пенопласт с ε=1,15-1,3, резонные возбуждения устраняются и обеспечивается переходное затухание (Р) 28-30 дБ в полосе рабочих частот диапазона прямоугольного волновода (фиг.2 кривая 2).

Экспериментально установлено, что минимальные потери при прохождении электромагнитных волн через поляризационную решетку обеспечиваются при диаметре металлических проводников, равном 0,01 λ_мин, и расстоянии между проводниками, равным 0,1 λ_мин. При больших диаметрах проводников и меньших расстояниях между проводниками поляризационной решетки резко возрастает отражение и потери увеличиваются.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает переходное затухание между выходами поляризационного селектора до 28 - 30 дБ в полосе рабочих частот диапазона прямоугольного волновода, что позволяет применять его в широкополосных антенных устройствах.

Изобретение может быть использовано для обеспечения режима двойного использования частоты за счет поляризационной развязки. Техническим результатом является повышение переходного затухания в полосе рабочих частот прямоугольного волновода. Сущность изобретения заключается в том, что в поляризационном селекторе, выполненном на круглом волноводе в виде волноводного тройника, содержащего отрезки волноводов круглого и прямоугольного сечений, а также перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода, на выходе отрезка волновода прямоугольного сечения и на выходе перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода установлено по поляризационной решетке. Каждая решетка из металлических проводников диаметром D=0,01 λ_мин, отстоящих на расстоянии l=0,1 λ_мин друг от друга. Проводники решеток расположены параллельно широким стенкам отрезка волновода прямоугольного сечения и перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода. Кроме того, в отрезке волновода круглого сечения установлены металлическая пластина, индуктивный стержень, подстроечный винт, а в отрезке волновода прямоугольного сечения - согласующие диафрагмы, причем пространство в отрезке волновода прямоугольного сечения с согласующими диафрагмами заполнено диэлектриком с низким значением диэлектрической проницаемости. 2 ил.

Поляризационный селектор, выполненный на волноводе круглого сечения в виде волноводного тройника, содержащего отрезки волноводов круглого и прямоугольного сечений, а также переход с круглого на прямоугольное сечение волновода, при этом в отрезке волновода круглого сечения установлены металлическая пластина, индуктивный стержень, подстроечный винт, а в отрезке волновода прямоугольного сечения согласующие диафрагмы, отличающийся тем, что на выходе отрезка волновода прямоугольного сечения и на выходе перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода установлено по поляризационной решетке, выполненной из металлических проводников диаметром D=0,01 λ_мин, отстоящих на расстоянии l=0,1 λ_мин друг от друга, где λ_мин - минимальная длина волны рабочего диапазона прямоугольного волновода, при этом проводники одной поляризационной решетки расположены параллельно широкой стенке отрезка волновода прямоугольного сечения, а проводники второй поляризационной решетки параллельно широкой стенке перехода с круглого на прямоугольное сечение волновода, причем пространство в отрезке волновода прямоугольного сечения с согласующими диафрагмами заполнено диэлектриком с низким значением диэлектрической проницаемости.