ВОЛНОВОДНЫЙ ПОЛЯРИЗАТОР Российский патент 2007 года по МПК H01P1/16 H01P5/08 

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к технике измерений поляризационных характеристик и спутникового телевидения.

Известен волноводный поляризатор (Россия, АС 1793496, 7 МПК Н01P 1/165, 1989 г.), содержащий первый отрезок круглого волновода, соединенный коническим переходом со вторым отрезком круглого волновода, имеющим больший диаметр, и в каждом из которых размещены фазосдвигающие элементы в виде двух рядов емкостных металлических стержней, установленных диаметрально противоположно и в общей продольной плоскости, и две пары металлических гребней, одна из которых установлена диаметрально противоположно в первом отрезке круглого волновода в плоскости, ортогональной общей продольной плоскости, а вторая пара металлических гребней установлена диаметрально противоположно во втором отрезке круглого волновода в общей продольной плоскости и в них установлены емкостные металлические стержни.

Недостатком этого волноводного поляризатора является сложность изготовления, потому что он состоит из множества элементов, которые должны быть строго рассчитаны и установлены в расчетных местах, что является непростой технической задачей. Подстроечных элементов нет и поэтому характеристики зависят от расчета и точности установки. Из-за наличия резонансных элементов волноводный поляризатор имеет узкую частотную полосу. Характеристики (коэффициент эллиптичности ≤ 0,92, коэффициент бегущей волны ≤ 0,8, полоса пропускания ≤ 8%) получаются неудовлетворительными.

Наиболее близким к заявляемому устройству является волноводный поляризатор (Россия, АС 1798839, 7 МПК Н01Р 1/165, 1989 г.), содержащий отрезок квадратного волновода, соединенный переходом с двумя отрезками прямоугольного волновода, имеющими общую стенку, при этом переход выполнен в виде волновода Т-образного сечения, размеры которого меняются в направлении к отрезку квадратного волновода в пределах

2а≥с≥ak, b≤hak,

b≥h1≥0,01 и (0,01...ak)≤d≤ak,

где a, b - соответственно ширина и высота поперечного сечения отрезка волновода;

ak - размер стороны отрезка квадратного волновода;

c, d - соответственно полная высота и высота широкой стенки части волновода Т-образного поперечного сечения, при этом отрезки прямоугольного имеют общую узкую стенку, а длина перехода равна

где Л_⊥(Z), Л₁₁(Z) - соответственно длины волн четного и нечетного типа в волноводе Т-образного поперечного сечения на центральной частоте рабочего диапазона;

Z - координата вдоль горизонтальной оси перехода.

Недостатком этого волноводного поляризатора является сложность устройства и недостаточное согласование волноводного тракта из-за отсутствия настроечных согласующих элементов, в результате чего его характеристики (коэффициент эллиптичности = 0,94, коэффициент бегущей волны = 0,87, полоса пропускания ˜ 10%) получаются неудовлетворительными.

Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в улучшении согласования в обоих каналах волноводного тракта за счет обеспечения возможности настройки, при одновременном упрощении конструкции устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном волноводном поляризаторе, содержащем отрезок волновода, последний выполнен в виде усеченной пирамиды с размерами а×а с одной стороны, в×с - с другой, высотой больше или равной 2λ, и два клина, с помощью которых образован переход от квадратного сечения к Т-образному, при этом клинья выполнены с основанием 0,2λ×0,7 λ и высотой, равной высоте отрезка волновода, где λ - длина волны в свободном пространстве, введены также две группы настроечных элементов, причем каждая группа состоит из трех элементов и расположена по осевым линиям широкой стенки волноводов, образующих Т-образное сечение, при этом первый элемент отстоит от торца Т-образного сечения на расстоянии а последующие на расстоянии друг от друга, где λ_ср - средняя длина волны в волноводе.

Улучшение согласования волноводного тракта осуществляется путем внесения в волноводы реактивного сопротивления, за счет уменьшения общего реактивного сопротивления этого участка волноводного тракта. Тем самым существенно улучшая технические характеристики, доводы их до значений коэффициент эллиптичности до величины ≥ 0,98, коэффициент бегущей волны ≥ 0,95, полосы пропускания ˜ 18%, полученных экспериментальным путем.

Волноводный поляризатор немного проще по конструкции, чем прототип, за счет уменьшения числа элементов и упрощения их конструкции.

На фиг.1 приведен общий вид волноводного поляризатора. На фиг.2 приведен вид со стороны левого фланга, а на фиг.3 приведен вид со стороны правого фланга.

Волноводный поляризатор содержит (фиг.1) отрезок волновода 1, фланцы 2, 3, размещенные с торцов отрезка волновода, клинья 4, 5, помещенные вовнутрь острыми углами к квадратному сечению. Квадратное сечение

а×а, где выбрано из условия существования в волноводе волны Н₁₀ во взаимно перпендикулярных направлениях, а сечение в×с, где в<c≤λ, выбрано из условия размещения Т-образного соединения стандартных волноводов.

Длина выбрана больше или равной 2λ из условия плавности перехода.

Клинья выбраны с основанием 0,2λ×0,7λ из условия заполнения пространства, остающегося от Т-образного соединения волноводов, и их длина равна длине отрезка волновода 1, где λ - длина волны в свободном пространстве.

Дополнительно в волноводный поляризатор введены две группы 6.1, 6.2, и 6.3 и 7.1, 7.2, 7.3 настроечных элементов, причем каждая группа состоит из трех элементов и расположена по осевым линиям широкой стенки волноводов, образующих Т-образное сечение, при этом первый элемент отстоит от торца Т-образного сечения на расстоянии а последующие на расстоянии друг от друга, где λ_ср - средняя длина волны в волноводе.

Волноводный поляризатор работает следующим образом.

Электромагнитная волна произвольной поляризации, поступающая со стороны фланца 2, проводит по волноводу 1 к фланцу 3, постепенно разделяясь на две ортогональные составляющие. Клинья 4 и 5 обеспечивают плавность перехода от квадратного сечения к Т-образному. Согласующие элементы, установленные вблизи Т-образного сечения, то есть в области наибольшего значения реактивной составляющей, нейтрализуют ее, приводя к согласованию устройства в целом.

Настроечные элементы размещены следующим образом.

Первый элемент установлен на расстоянии от торца Т-образного в точке наибольшей напряженности электромагнитного поля и, следовательно, оказывает наибольшее влияние на распределение поля. Последующие элементы устанавливаются на расстоянии друг от друга, компенсируя неточности в расчетах и расширяя полосу пропускаемых устройства.

В результате применения двух групп настроечных элементов получены следующие характеристики.

Коэффициент эллиптичности ˜ 0,98, коэффициент бегущей волны ˜ 0,95, полоса пропускания ˜ 18%.

Таким образом, волноводный поляризатор с двумя группами согласующих устройств сравнительно прост в изготовлении и настройке.

Практическое исполнение, например для 3-см диапазона, следующее:

квадратное сечение 19×19 мм²;

выходное сечение 23×23 мм²;

длина волновода 80 мм;

основание клиньев 6,5×23 мм²;

расстояние до первого согласующего элемента - 13,0 мм;

расстояние между последующими согласующими элементами - 6,4 мм.

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к технике спутникового телевидения. Волноводный поляризатор содержит отрезок волновода, выполненный в виде усеченной пирамиды, и два клина, с помощью которых образован переход от квадратного сечения к Т-образному. Клинья выполнены с основанием 0,2λ×0,7λ и высотой, равной высоте отрезка волновода, где λ - длина волны в свободном пространстве. Введены две группы настроечных элементов, причем каждая группа состоит их трех элементов и расположена по осевым линиям широких стенок волноводов, образующих Т-образное сечение. Первый элемент отстоит от торца Т-образного сечения на расстоянии λ_ср/4, а последующие - на расстоянии λ_ср/8 друг от друга, где λ_ср - средняя длина волны в волноводе. Техническим результатом является обеспечение коэффициента эллиптичности = 0,98, коэффициента бегущей волны = 0,95, полосы пропускания 18% и упрощение конструкции. 3 ил.

Волноводный поляризатор, содержащий отрезок волновода, отличающийся тем, что волновод выполнен в виде усеченной пирамиды с размерами а×а с одной стороны, в×с - с другой, высотой больше или равной 2λ, и содержит два клина, с помощью которых образован переход от квадратного сечения к Т-образному, при этом клинья выполнены с основанием 0,2λ×0,7λ и высотой, равной высоте отрезка волновода, где λ/2<а<в<с<λ, λ - длина волны в свободном пространстве, при этом в него введены две группы настроечных элементов, причем каждая группа состоит из трех элементов и расположена по осевым линиям широких стенок волноводов, образующих Т-образное сечение, при этом первый элемент отстоит от торца Т-образного сечения на расстоянии λ_ср/4, а последующие - на расстоянии λ_ср/8 друг от друга, где λ_ср - средняя длина волны в волноводе.