Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике СВЧ, и может быть использовано в волноводных трактах антенных систем для возбуждения и поляризационной селекции двух основных волн с ортогональными линейными поляризациями.
Преимущественной областью применения изобретения являются волноводные тракты, в которых одна основная волна распространяется в высокочастотном диапазоне, а другая - в низкочастотном диапазоне, причем между диапазонами имеется частотный интервал.
Известен волноводный поляризационный селектор (смотри патент FR 1277376, МПК Н01Р 1/161, опубликован 01.12.1961; патент DE 1149419, МПК Н01Р 1/161, опубликован 30.05.1963; патент GB 994469, МПК Н01Р 1/161, опубликован 10.06.1965; патент US 3201717, МПК Н01Р 1/161, опубликован 17.08.1965), содержащий следующие элементы конструкции.
Первый отрезок круглого волновода с торцевой металлической стенкой, на которой установлен соосный цилиндрический металлический выступ меньшего диаметра.
Второй и третий отрезки прямоугольных волноводов установлены взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка круглого волновода. Широкие стенки отрезков прямоугольных волноводов параллельны упомянутой оси. В первом отрезке прямоугольного волновода установлена продольная металлическая пластина, параллельная его широким стенкам, и металлический штырь, параллельный его узким стенкам. Во втором отрезке прямоугольного волновода установлены два металлических штыря, параллельные его узким стенкам.
Первая и вторая продольные диаметральные металлические пластины установлены взаимно перпендикулярно со смещением вдоль упомянутой оси. Первая из них расположена между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов перпендикулярно продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а вторая - между третьим отрезком прямоугольного волновода и торцевой стенкой. Каждая продольная диаметральная металлическая пластина выполнена со ступенчатым изменением поперечного размера обеих поперечных граней и продольным размером не менее длины волны.
В каждом из отрезков прямоугольных волноводов распространяются две основные волны Н10. Одна из этих волн распространяется в высокочастотном диапазоне, а другая - в низкочастотном диапазоне, причем между диапазонами имеется частотный интервал.
Недостатком известного устройства является большой продольный размер, который обусловлен продольными размерами продольных диаметральных металлических пластин и расстоянием от второй продольной диаметральной металлической пластины до торцевой металлической стенки.
Также известен волноводный поляризационный селектор (смотри патент JPS 49126242, МПК Н01Р 1/161, опубликован 03.12.1974), содержащий следующие элементы конструкции.
Первый отрезок квадратного волновода выполнен с торцевой металлической стенкой. В углах первого отрезка квадратного волновода установлены со смещением вдоль продольной оси две группы продольных металлических пластин с треугольной формой поперечного сечения. Четыре одинаковых пластины каждой группы установлены симметрично относительно упомянутой продольной оси. Каждая пластина выполнена с двумя плоскими гранями, параллельными боковым стенкам первого отрезка квадратного волновода, и с третьей выпуклой гранью, обращенной в сторону упомянутой оси.
Второй и третий отрезки прямоугольных волноводов установлены взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка квадратного волновода. Широкие стенки отрезков прямоугольных волноводов параллельны продольной оси первого отрезка квадратного волновода. В каждом отрезке прямоугольного волновода выполнено плавное расширение поперечного сечения.
Первая и вторая продольные металлические пластины с продольным размером более половины длины волны установлены взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка волновода. Первая из них расположена между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов перпендикулярно продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а вторая - между третьим отрезком прямоугольного волновода и торцевой металлической стенкой, с которой она имеет электрический контакт.
Недостатком известного устройства является большой продольный размер, который обусловлен продольными размерами продольных металлических пластин.
Также известен волноводный поляризационный селектор, описанный в следующих монографиях:
- Модель A.M. - «Фильтры СВЧ в радиорелейных системах», Москва, Издательство «Связь», 1967, стр. 250-252;
- Метрикин А.А. - «Антенны и волноводы РРЛ», Москва, Издательство «Радио и Связь», 1977, стр. 113-116;
- Бородин С.В. - «Справочник по радиорелейной связи», Москва, Издательство «Радио и Связь», 1981, стр. 73-75;
- Кантор Л.Я. - «Спутниковая связь и вещание», Москва, Издательство «Радио и Связь», 1997, стр. 271-273.
Устройство содержит следующие элементы конструкции.
Первый отрезок круглого волновода выполнен с торцевой металлической стенкой, на которой установлена поглощающая нагрузка.
Второй и третий отрезки прямоугольных волноводов установлены взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка круглого волновода. Широкие стенки отрезков прямоугольных волноводов параллельны упомянутой оси. В каждом отрезке прямоугольного волновода в месте соединения с отрезком круглого волновода установлены диафрагмы и треугольные металлические пластины.
Первая и вторая продольные диаметральные металлические пластины с продольным размером более половины длины волны установлены взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка круглого волновода. Первая из них расположена между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов перпендикулярно продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а вторая - между третьим отрезком прямоугольного волновода и поглощающей нагрузкой.
Недостатком известного устройства является большой продольный размер, который обусловлен продольными размерами продольных диаметральных металлических пластин, расстоянием от второй продольной диаметральной металлической пластины до поглощающей нагрузки и продольным размером поглощающей нагрузки.
Также известен волноводный поляризационный селектор (смотри патент JPS 58205303, МПК Н01Р 1/161, опубликован 30.11.1983), содержащий следующие элементы конструкции.
Первый отрезок круглого волновода.
Второй и третий отрезки прямоугольных волноводов, установленные взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка круглого волновода. Широкие стенки отрезков прямоугольных волноводов параллельны упомянутой оси. В каждом отрезке прямоугольного волновода в месте соединения с отрезком круглого волновода установлена диафрагма. Второй отрезок прямоугольного волновода выполнен с расширением поперечного сечения.
Первая и вторая продольные диаметральные металлические пластины с продольным размером более половины длины волны установлены взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка круглого волновода. Первая из них расположена между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов перпендикулярно продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а вторая - за продольной осью третьего отрезка прямоугольного волновода.
В каждом из отрезков прямоугольных волноводов распространяется основная волна Н10. Во втором отрезке прямоугольного волновода волн Н10 распространяется в коротковолновом диапазоне, а в третьем отрезке прямоугольного волновода - в длинноволновом диапазоне.
В первом отрезке круглого волновода за второй продольной диаметральной металлической пластиной может быть установлена торцевая металлическая стенка или поглощающая нагрузка.
Недостатком известного устройства является большой продольный размер, который обусловлен продольными размерами продольных диаметральных металлических пластин, расстоянием от второй продольной диаметральной металлической пластины до торцевой металлической стенки или поглощающей нагрузки и продольным размером поглощающей нагрузки.
Также известен волноводный поляризационный селектор (смотри патент SU 1756983, МПК Н01Р 1/161, опубликован 23.08.1992), содержащий следующие элементы конструкции.
Первый отрезок круглого волновода.
Второй и третий отрезки прямоугольных волноводов, установленные взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка круглого волновода. Широкие стенки отрезков прямоугольных волноводов параллельны упомянутой оси. Диаметрально противоположно относительно каждого отрезка прямоугольного волновода установлен короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода.
Первая и вторая продольные диаметральные металлические пластины с продольным размером более половины длины волны установлены взаимно перпендикулярно со смещением вдоль упомянутой оси. Первая из них расположена между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов перпендикулярно продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а вторая - за продольной осью третьего отрезка прямоугольного волновода.
В первом отрезке круглого волновода за второй продольной диаметральной металлической пластиной может быть установлена торцевая металлическая стенка или поглощающая нагрузка.
Недостатком известного устройства является большой продольный размер, который обусловлен продольными размерами продольных диаметральных металлических пластин, расстоянием от второй продольной диаметральной металлической пластины до торцевой металлической стенки или поглощающей нагрузки и продольным размером поглощающей нагрузки.
Общим недостатком известных волноводных поляризационных селекторов является большой продольный размер.
Известен волноводный поляризационный селектор (смотри патент US 2682610, МПК Н01Р 1/161, опубликован 29.06.1954), содержащий
первый отрезок волновода, завершающийся торцевой металлической стенкой,
второй и третий отрезки прямоугольных волноводов, расположенные взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка волновода, причем плоскости их широких стенок параллельны упомянутой оси,
первую и вторую диафрагмы, расположенные, соответственно, в местах соединения второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов с первым отрезком волновода,
первую и вторую продольные металлические пластины, расположенные взаимно перпендикулярно, первая из которых расположена между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов перпендикулярно продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а вторая - между продольной осью третьего отрезка прямоугольного волновода и торцевой металлической стенкой,
расположенный в первом отрезке волновода настроечный металлический штырь, ось которого параллельна продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода.
Первый отрезок волновода выполнен с поперечным сечением в форме круга и поглощающей нагрузкой на торцевой металлической стенке. Поглощающая нагрузка выполнена из двух взаимно перпендикулярных поглощающих пластин с согласующим элементом типа «Ласточкин хвост» в начале каждой пластины. В первом отрезке круглого волновода установлены еще два настроечных металлических штыря, параллельные продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, и еще три металлических штыря, параллельные продольной оси третьего отрезка прямоугольного волновода.
Второй отрезок прямоугольного волновода работает в режиме передачи линейно поляризованной основной волны Н10, а третий отрезок прямоугольного волновода - в режиме приема линейно поляризованной основной волны Н10 ортогональной поляризации.
Продольные металлические пластины выполнены с продольным размером более половины длины волны.
Данный волноводный поляризационный селектор принят в качестве ближайшего аналога заявляемого волноводного поляризационного селектора.
Недостатком данного волноводного поляризационного селектора является большой продольный размер, который обусловлен продольными размерами продольных диаметральных металлических пластин, расстоянием от второй продольной металлической пластины до поглощающей нагрузки и продольным размером поглощающей нагрузки.
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является создание волноводного поляризационного селектора, лишенного указанного недостатка.
В итоге достигается технический результат, заключающийся в уменьшении продольного размера волноводного поляризационного селектора.
Указанный технический результат достигается созданием волноводного поляризационного селектора, содержащего
первый отрезок волновода, завершающийся торцевой металлической стенкой,
второй и третий отрезки прямоугольных волноводов, расположенные взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка волновода, причем плоскости их широких стенок параллельны упомянутой оси,
первую и вторую диафрагмы, расположенные, соответственно, в местах соединения второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов с первым отрезком волновода,
первую и вторую продольные металлические пластины, расположенные взаимно перпендикулярно, первая из которых расположена между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов перпендикулярно продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а вторая - между продольной осью третьего отрезка прямоугольного волновода и торцевой металлической стенкой,
расположенный в первом отрезке волновода настроечный металлический штырь, ось которого параллельна продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода,
первый отрезок волновода выполнен с поперечным сечением в форме овала, малая ось которого параллельна продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а большая ось параллельна продольной оси третьего отрезка прямоугольного волновода,
второй отрезок прямоугольного волновода выполнен с возможностью работы в диапазоне (λ1min, λ1max), где λ1min и λ1max - соответственно минимальная и максимальная длина волны первого диапазона, и поперечным размером A1 широких стенок,
третий отрезок прямоугольного волновода выполнен с возможностью работы в диапазоне (λ2min, λ2max), где λ2min и λ2max - соответственно минимальная и максимальная длина волны второго диапазона, и поперечным размером А2 широких стенок, причем λ1max<λ2min, а А2≥А1,
расстояние S между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов находится в диапазоне 0,9(A1+A2)/2<S<1,1(A1+A2)/2,
отверстие в первой диафрагме расположено с максимальным удалением от торцевой металлической стенки, а отверстие во второй диафрагме расположено с минимальным удалением от торцевой металлической стенке,
первая продольная металлическая пластина выполнена с продольным размером L1 в диапазоне (0,4-0,5)А1, и овальными отверстиями, малые оси которых совпадают с продольной осью первого отрезка волновода, а большие оси - перпендикулярны ей,
вторая продольная металлическая пластина соединена с торцевой металлической стенкой и выполнена с продольным размером L2 в диапазоне (0,25-0,45)А2,
на торцевой металлической стенке расположена третья продольная металлическая пластина, параллельная первой продольной металлической пластине, и выполненная с продольным размером L3 в диапазоне (0,25-0,45)А2.
Согласно частному варианту выполнения овал поперечного сечения первого отрезка волновода образован двумя отрезками прямых линий, параллельных большой оси, и двумя полуокружностями, диаметр которых равен длине малой оси.
Согласно другому частному варианту выполнения первый отрезок волновода снабжен переходом на отрезок круглого волновода.
Согласно еще одному частному варианту выполнения второй отрезок прямоугольного волновода снабжен переходом на отрезок прямоугольного волновода большего поперечного сечения.
Согласно еще одному частному варианту выполнения второй отрезок прямоугольного волновода снабжен настроечным металлическим штырем, ось которого параллельна большой оси овала поперечного сечения первого отрезка волновода.
Согласно еще одному частному варианту выполнения третий отрезок прямоугольно волновода расположен таким образом, что плоскость внутренней поверхности его узкой стенки находится на одном уровне с плоскостью внутренней поверхности торцевой металлической стенки.
Согласно еще одному частному варианту выполнения третий отрезок прямоугольного волновода снабжен настроечным металлическим штырем, ось которого параллельна малой оси овала поперечного сечения первого отрезка волновода.
Согласно еще одному частному варианту выполнения каждое из овальных отверстий в первой продольной металлической пластине образовано двумя отрезками прямых, параллельных большой оси и двумя полуокружностями, диаметр которых равен длине малой оси.
Согласно еще одному частному варианту выполнения овальные отверстия выполнены одного размера с длиной G большой оси и длиной Н малой оси, которые удовлетворяют соотношениям:
0,80D≤G≤0,95D,
0,07D≤H≤0,13D,
и расстоянием L между ними, удовлетворяющим соотношению:
0,07D≤L≤0,13D.
На фигуре 1 представлено схематическое изображение общего вида заявленного волноводного поляризационного селектора.
На фигуре 2 представлено схематическое изображение общего вида заявленного волноводного поляризационного селектора со стороны первого отрезка волновода.
На фигуре 3 представлено схематическое изображение общего вида заявленного волноводного поляризационного селектора со стороны торцевой металлической стенки.
На фигуре 4 представлено схематическое изображение общего вида заявленного волноводного поляризационного селектора со стороны второго отрезка прямоугольного волновода.
На фигуре 5 представлено схематическое изображение общего вида заявленного волноводного поляризационного селектора со стороны третьего отрезка прямоугольного волновода.
На фигуре 6 представлено изображение продольного разреза заявленного волноводного поляризационного селектора в плоскости, в которой расположена малая ось овала поперечного сечения первого отрезка волновода.
На фигуре 7 представлено изображение продольного разреза заявленного волноводного поляризационного селектора в плоскости, в которой расположена большая ось овала поперечного сечения первого отрезка волновода.
На фигуре 8 представлено схематическое изображение общего вида заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения, содержащим переход с первого отрезка волновода на отрезок круглого волновода и переход во втором отрезке прямоугольного волновода на отрезок прямоугольного волновода большего поперечного сечения.
На фигуре 9 представлено изображение поперечного сечения первого отрезка волновода заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 10а представлено схематическое изображение первой продольной металлической пластины волноводного поляризационного селектора, принятого в качестве ближайшего аналога.
На фигурах 10б-10г представлены схематические изображения первых продольных металлических пластин заявленного волноводного поляризационного селектора в частных вариантах выполнения.
На фигуре 11 представлены зависимости критических частот двух основных волн Н11г и Н11в и первой высшей волны E01 волновода с поперечным сечением в форме овала от длины малой оси овала при фиксированной длине большой оси овала, а также изображены границы первого и второго диапазонов заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 12 представлены зависимости переходного ослабления между вторым и третьим отрезками прямоугольных волноводов от расстояния между их продольными осями для заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 13 представлены зависимости резонансных частот основных волн Н11г и Н11в первого отрезка волновода от продольного размера первой продольной металлической пластины без овальных отверстий, а также изображены границы первого и второго диапазонов заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 14 представлены зависимости резонансных частот основной волны Н11в первого отрезка волновода от продольного размера третьей продольной металлической пластины, а также изображены границы первого и второго диапазонов заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 15 представлены зависимости резонансных частот основной волны Н11в первого отрезка волновода от длины малой оси одного, двух и трех овальных отверстий в первой продольной металлической пластине, а также изображены границы первого диапазона заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 16 представлена фотография экспериментального образца заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 17 представлены результаты расчета и измерения зависимости от частоты в первом диапазоне КСВН во втором отрезке прямоугольного волновода экспериментального образца заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 18 представлены результаты расчета и измерения зависимости от частоты в интервале от нижней частоты второго диапазона до верхней частоты первого диапазона КСВН в третьем отрезке прямоугольного волновода экспериментального образца заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 19 представлены результаты расчета и измерения зависимости от частоты в интервале от нижней частоты второго диапазона до верхней частоты первого диапазона переходного ослабления между вторым и третьим отрезками прямоугольных волноводов экспериментального образца заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения.
На фигуре 20 представлена фотография одного из серийных моноблоков, состоящего из заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения и облучателя осе симметричной параболической антенны с отношением 0.4 фокусного расстояния к диаметру апертуры.
Волноводный поляризационный селектор, представленный на фигурах 1-7, содержит первый отрезок волновода 1 с торцевой металлической стенкой 2, второй и третий отрезки прямоугольных волноводов 3 и 4, первую и вторую диафрагмы 5 и 6, первую, вторую и третью продольные металлические пластины 7, 8 и 9, а также настроечный металлический штырь 10.
Первый отрезок волновода 1 с продольной осью 11 имеет поперечное сечение в форме овала 12 с большой осью 13 длиной D и малой осью 14 длиной d (смотри фигуры 1-3 и 9). Настроечный металлический штырь 10, установлен в первом отрезке волновода 1 параллельно малой оси 14 овала 12 (смотри фигуры 2, 4 и 6). В частном варианте выполнения, показанном на фигуре 8, первый отрезок волновода 1 снабжен переходом 15 на отрезок круглого волновода 16. В другом частном варианте выполнения, показанном на фигуре 9, овал 12 образован двумя отрезками прямых линий 17, параллельных большой оси 13, и двумя полуокружностями 18, диаметр которых равен длине d малой оси 14.
Второй и третий отрезки прямоугольных волноводов 3 и 4, расположенные взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси 11 первого отрезка волновода 1, причем плоскости их широких стенок 19 и 20 параллельны продольной оси 11 (смотри фигуру 1). Расстояние S между продольными осями 21 и 22 второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов 3 и 4 (смотри фигуру 5) находится в диапазоне 0,9(A1+A2)/2<S<1,1(A1+A2)/2.
Второй отрезок прямоугольного волновода 3 выполнен с возможностью работы в диапазоне (λ1min, λ1max), где λ1min и λ1max - соответственно минимальная и максимальная длина волны первого диапазона, и поперечным размером A1 широких стенок 19 (смотри фигуры 4 и 6). В частном варианте выполнения, показанном на фигуре 8, второй отрезок прямоугольного волновода 3 снабжен переходом 23 на отрезок прямоугольного волновода 24 большего поперечного сечения. В другом частном варианте выполнения, показанном на фигуре 8, второй отрезок прямоугольного волновода 3 снабжен настроечным металлическим штырем 25, ось которого параллельна большой оси 13 овала 12.
Третий отрезок прямоугольного волновода 4 выполнен с возможностью работы в диапазоне (λ2min, λ2max), где λ2min и λ2max - соответственно минимальная и максимальная длина волны второго диапазона, и поперечным размером А2 широких стенок 20, причем λ1max<λ2min, а A2≥A1 (смотри фигуры 4, 5 и 7). В частном варианте выполнения, показанном на фигурах 4 и 5, третий отрезок прямоугольного волновода 4 расположен таким образом, что плоскость внутренней поверхности его узкой стенки 26 находится на одном уровне с плоскостью внутренней поверхности торцевой металлической стенкой 2. В другом частном варианте выполнения, показанном на фигуре 8, третий отрезок прямоугольного волновода 4 снабжен настроечным металлическим штырем 27, ось которого параллельна малой оси 14 овала 12.
Первая и вторая диафрагмы 5 и 6 расположены в местах соединения второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов 3 и 4 с первым отрезком волновода 1 (смотри фигуры 1-8). Отверстие в первой диафрагме 5 выполнено с максимальным удалением от торцевой металлической стенки 2, а отверстие во второй диафрагме 6 выполнено с минимальным удалением от торцевой металлической стенки 2.
Первая и вторая продольные металлические пластины 7 и 8 расположены взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси 11 первого отрезка волновода 1 (смотри фигуру 5).
Первая продольная металлическая пластина 7 установлена между продольными осями 21 и 22 второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов 3 и 4 перпендикулярно продольной оси 21 (смотри фигуры 1, 2 и 4-8). Первая продольная металлическая пластина 7 выполнена с продольным размером L1 (смотри фигуры 5 и 7) в диапазоне (0,4-0,5)А1, и овальными отверстиями 28 (смотри фигуры 4, 6, 7 и 10). Малые оси 29 длиной Н овальных отверстий 28 совпадают с продольной осью 11 первого отрезка волновода 1, а большие оси 30 длиной G перпендикулярны продольной оси 11. В частном варианте выполнения, показанном на фигуре 10, форма овальных отверстий 28 образована двумя отрезками прямых линий 31, параллельных большой оси 30, и двумя полуокружностями 32, диаметр которых равен длине Н малой оси 29. В другом частном варианте выполнения, показанном на фигуре 10, овальные отверстия 28 выполнены одного размера с длиной G большой оси и длиной Н малой оси, которые удовлетворяют соотношениям 0,80D≤G≤0,95D и 0,07D≤H≤0,13D. При этом расстояние L между овальными отверстиями 28 удовлетворяет соотношению 0,07D≤L≤0,13D.
Вторая продольная металлическая пластина 8 установлена между продольной осью 22 третьего отрезка прямоугольного волновода 4 и торцевой металлической стенкой 2 перпендикулярно продольной оси 22, соединена с торцевой металлической стенкой 2 и выполнена с продольным размером L2 в диапазоне (0,25-0,45)А2 (смотри фигуры 1 и 4-6).
Третья продольная металлическая пластина 9 установлена на торцевой металлической стенке 2 параллельно первой продольной металлической пластине 7 и выполнена с продольным размером L3 в диапазоне (0,25-0,45)А2 (смотри фигуры 5 и 7).
Заявленный волноводный поляризационный селектор работает следующим образом.
В первом отрезке волновода 1 распространяются две основные волны Н11 (смотри фигуру 1) с ортогональными линейными поляризациями вектора напряженности электрического поля. Одна из этих основных волн Н11г имеет горизонтальную поляризацию и распространяется в первом отрезке волновода 1 в первом диапазоне (λ1min, λ1max). Другая основная волна Н11в имеет вертикальную поляризацию и распространяется в первом отрезке волновода 1 во втором диапазоне (λ2min, λ2max). Между первым и вторым диапазонами имеется интервал λ1max<λ2min.
Форма поперечного сечения первого отрезка волновода 1 в виде овала 12 отражает различие между первым и вторым диапазонами. Для предотвращения резонансных явлений в первом отрезке волновода 1 должны распространяться только две основные волны Н11г и Н11в и экспоненциально затухать все высшие типы волн.
Если первый и второй диапазоны совпадают, то форма поперечного сечения первого отрезка волновода 1 должна иметь не менее четвертой степени симметрии. Как правило, это круглый или квадратный волновод (смотри, например, статью A.M. Boifot «Classification of Ortho-Mode Transducers)), ELAB-RUNIT, N-7034, Trondheim, Norway, volume 2, №5, 1991, p. 503-510). Ширина диапазонов, в которых только две основные волны Н11г и Н11в распространяются в круглых и квадратных волноводах, составляет 26.6% и 34.3% (смотри, например, «Справочник по элементам волноводной техники», А.Л. Фельдштейн, Л.П. Явич, В.П. Смирнов, Москва, «Советское радио», 1967, стр. 135-149). Например, ширина диапазона частот 10.70-12.75 ГГц (λ2max=28.04 мм, λ2min=23.53 мм) земных приемных антенн спутникового телевидения составляет 17.5% (смотри, например, монографию Л.Я. Кантор «Спутниковая связь и вещание», Москва, Издательство «Радио и Связь», 1997, стр. 70). Для этого диапазона первый отрезок волновода 1, как правило, выполнен по международному стандарту С120 с поперечным сечением в форме круга диаметром 17.475 мм или 17.5 мм (смотри, например, «Справочник по элементам волноводной техники», А.Л. Фельдштейн, Л.П. Явич, В.П. Смирнов, Москва, «Советское радио», 1967, стр. 119-121).
Если первый и второй диапазоны не совпадают, причем между ними имеется интервал λ1max<λ2min, то форма поперечного сечения первого отрезка волновода 1 должна иметь вторую степень симметрии, а именно, прямоугольник или овал. Для волноводных линий передачи - это, как правило, эллипс (смотри, например, монографию Э.А. Альховский «Гибкие волноводы в технике СВЧ», Москва, Издательство «Радио и Связь», 1986, стр. 17-31). Для корпусов волноводных поляризационных селекторов, которые изготавливают с помощью фрезерных станков с числовым программным управлением, наиболее проста форма овала 12, ограниченная двумя отрезками прямых линий 17, параллельных большой оси 13 овала 12, и двумя полуокружностями 18, диаметр которых равен длине d малой оси 14 овала 12 (смотри фигуру 9).
На фигуре 11 представлены результаты расчета критических частот двух основных волн Н11г и Н11в (кривые 1 и 2) и первой высшей волны E01 (кривая 3) первого отрезка волновода 1 с поперечным сечением в форме овала 12 в частном варианте выполнения заявленного волноводного поляризационного селектора. Расчет выполнен с помощью программного комплекса «CST Microwave Studio». По горизонтальной оси отложена длина d малой оси 14 овала 12. Длина D большой оси 13 овала 12 считалась постоянной и равной 17.5 мм. По вертикальной оси отложены значения критических частот. На фигуре 11 изображены также границы рабочих диапазонов частот (прямые 4, 5, 6 и 7) земных антенных систем связи со спутниками в диапазоне 14/11-12 ГГц (смотри, например, монографию О.П. Фролов, В.П. Вальд «Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи», Москва, Издательство «Горячая линия-Телеком», 2008, стр. 27). В этих антенных системах сигналы передаются в диапазоне 13.75-14.50 ГГц (λ1max=21.82 мм, λ1min=20.69 мм) шириной 5.31% и принимаются в диапазоне 10.95-12.75 ГГц (λ2max=27.40 мм, λ2min=23.53 мм) шириной 15.19%.
Длины D=17.5 мм и d=12.5 мм осей 13 и 14 овала 12 обеспечивают распространение в первом отрезке волновода 1 только двух основных волн Н11г и Н11в в полосе частот между нижней частотой 10.95 ГГц второго диапазона и верхней частотой 14.5 ГГц первого диапазона. Критическая частота 13.19 ГГц основной волны Н11г первого отрезка волновода 1 на 4.16% ниже нижней частоты 13.75 ГГц первого диапазона. Критическая частота 15.34 ГГц первой высшей волны E01 первого отрезка волновода 1 на 5.63% выше верхней частоты 14.5 ГГц первого диапазона. Критическая частота 9.83 ГГц основной волны Н11в первого отрезка волновода 1 на 10.78% ниже нижней частоты 10.95 ГГц второго диапазона. Критическая частота 13.19 ГГц основной волны Н11г первого отрезка волновода 1 на 3.39% выше верхней частоты 12.75 ГГц второго диапазона.
Основная волна Н11г первого отрезка волновода 1 поляризована параллельно первой продольной металлической пластине 7. Эта пластина делит первый отрезок волновода 1 на части продольного размера на два отрезка волновода 33 и 34 с одинаковым размером поперечного сечения и одинаковым продольным размером L1 (смотри фигуру 5). Волны горизонтальной поляризации в отрезках волноводов 33 и 34 экспоненциально затухают, так как критическая частота этих волн превышает верхнюю частоту первого диапазона. Распространяющаяся в первом отрезке волновода 1 основная волна Н11г горизонтальной поляризации отражается от первой продольной металлической пластины 7 и через диафрагму 5 поступает во второй отрезок прямоугольного волновода 3. По принципу работы на горизонтальной поляризации заявленный волноводный поляризационный селектор является уголковым изгибом волновода на 90 градусов в плоскости вектора напряженности магнитного поля. Оптимальное положение поперечной грани 35 (смотри фигуры 6 и 7) первой продольной металлической пластины 7, а также оптимальные значения продольного и поперечных геометрических размеров диафрагмы 5 обеспечивают в диапазоне частот до 10% КСВН не более 1.1 (уровень отраженной волны не более минус 26.4 дБ).
Второй отрезок прямоугольного волновода 3 с диафрагмой 5 вносит асимметрию в первый отрезок волновода 1 (смотри фигуры 5 и 6). Поэтому, к поперечной грани 36 первой продольной металлической пластины 7 экспоненциально затухающие в отрезках волноводов 33 и 34 волны горизонтальной поляризации приходят с различными амплитудами и фазами. В результате, в первом отрезке волновода 1 между поперечными гранями 36 и 37 (смотри фигуры 6 и 7) первой и третьей продольных металлических пластин 7 и 9 возбуждается распространяющаяся основная волна Н11г горизонтальной поляризации и экспоненциально затухающие высшие типы волн волновода с поперечным сечением в форме овала 12.
Распространяющаяся основная волна Н11г горизонтальной поляризации не может быть передана через диафрагму 6 в третий отрезок прямоугольного волновода 4, так как основная волна Н10 этого волновода имеет ортогональную поляризацию. Поэтому, отрезки волноводов 33 и 34 можно рассматривать в качестве элементов связи уголкового изгиба волновода в плоскости вектора напряженности магнитного поля с резонатором, в котором основная волна Н11г горизонтальной поляризации может распространяться. Продольный размер резонатора определяется поперечными гранями 36 и 37 первой и третьей продольных металлических пластин 7 и 9. Каждая из этих пластин делит первый отрезок волновода 1 на два отрезка волновода 33, 34 и 38, 39, в которых волна горизонтальной поляризации экспоненциально затухает (смотри фигуру 5).
Резонансные частоты резонатора с учетом элементов связи должны лежать вне первого диапазона, так как они порождают в первом отрезке волновода 1 резонансные увеличения амплитуды отраженной основной волны Н11г. С увеличением продольных размеров L1 и L3 первой и третьей продольных металлических пластин 7 и 9 продольный размер резонатора уменьшается, и резонансные частоты смещаются в сторону коротких волн. Максимальный продольный размер резонатора и минимальное значение низшей резонансной частоты соответствуют нулевому продольному размеру L3=0 третьей продольной металлической пластины 9. В этом случае продольный размер резонатора определяется поперечной гранью 36 первой продольной металлической пластины 7 и торцевой металлической стенкой 2. Кроме того, с увеличением продольного размера L1 первой продольной металлической пластины 7 возрастает затухание волн горизонтальной поляризации в отрезках волноводов 33 и 34 и уменьшается связь уголкового изгиба волновода в плоскости Н с резонатором.
Вертикальная поляризация основной волны Н11в, распространяющейся в первом отрезке волновода 1, ортогональна горизонтальной поляризации основной волны Н10, второго отрезка прямоугольного волновода 3 (смотри фигуру 1). Поэтому, основная волна Н11в первого отрезка волновода 1 не ответвляется во второй отрезок прямоугольного волновода 3 через диафрагму 5. Одна часть энергии основной волны Н11в, распространяющейся в первом отрезке волновода 1, отражается от поперечной грани 35 первой продольной металлической пластины 7 в обратном направлении. Другая часть энергии волны Н11в разделяется первой продольной металлической пластиной 7 на две волны вертикальной поляризации, которые продолжают распространяться в отрезках волноводов 33 и 34.
Второй отрезок прямоугольного волновода 3 с диафрагмой 5 вносит асимметрию в первый отрезок волновода 1. Поэтому, к поперечной грани 36 первой продольной металлической пластины 7 распространяющиеся в отрезках волноводов 33 и 34 волны вертикальной поляризации приходят с различными амплитудами и фазами. В результате, в области первого отрезка волновода 1 между поперечной гранью 36 первой продольной металлической пластины 7 и поперечной гранью 40 второй продольной металлической пластины 8 (смотри фигуру 6) возбуждается распространяющаяся основная волна Н11в вертикальной поляризации и экспоненциально затухающие высшие типы волн.
Основная волна Н11в поляризована параллельно второй продольной металлической пластине 8. Эта пластина делит первый отрезок волновода 1 на части продольного размера на два отрезка волновода 41 и 42 с одинаковым продольным размером L2 (смотри фигуры 1 и 4). Волна вертикальной поляризации в отрезках волноводов 41 и 42 экспоненциально затухает, так как критическая частота этой волны превышает верхнюю частоту второго диапазона. Поэтому, распространяющаяся в первом отрезке волновода 1 основная волна Н11в вертикальной поляризации отражается от второй продольной металлической пластины 8 и через диафрагму 6 поступает в третий отрезок прямоугольного волновода 4. По принципу работы на вертикальной поляризации заявленный волноводный поляризационный селектор является уголковым изгибом волновода на 90 градусов в плоскости вектора напряженности магнитного поля. Оптимальное положение поперечной грани 40 второй продольной металлической пластины 8, а также оптимальные значения продольного и поперечных геометрических размеров диафрагмы 6 обеспечивают в диапазоне частот до 10% КСВН не более 1.1 (уровень отраженной волны не более минус 26.4 дБ).
Экспоненциально затухающие высшие типы волн, возбуждаемые в области первого отрезка волновода 1 между поперечной гранью 36 первой продольной металлической пластины 7 и поперечной гранью 40 второй продольной металлической пластины 8, создают в отрезках волноводов 33 и 34 волны вертикальной поляризации отраженные от поперечной грани 36.
Интерференция волн, отраженных от поперечных граней 35 и 36 первой продольной металлической пластины 7, порождает периодическую систему резонансных рассогласований волноводного поляризационного селектора на основной волне Н11в первого отрезка волновода 1. В некоторых публикациях это явление получило название «Резонансы пластины»:
- WO 2013073674, МПК Н01Р 1/161, 1/213, опубликовано 23.05.2013;
- CN 103999284, МПК Н01Р 1/161, 1/213, опубликовано 20.08.2014;
- ЕР 2782186, МПК Н01Р 1/161, 1/213, опубликовано 24.09.2014;
- JP 2013110456, МПК Н01Р 1/161, 1/213, опубликовано 06.06.2013;
- JP 5477362, МПК Н01Р 1/161, 1/213, опубликовано 23.04.2014;
- KR 101596236, МПК Н01Р 1/161, 1/213, опубликовано 22.02.2016;
- KR 20140072916, МПК Н01Р 1/161, 1/213, опубликовано 13.06.2014;
- US 20140197908 МПК Н01Р 3/127, опубликовано 17.07.2014;
- US 9000861, МПК Н01Р 1/161, 1/213, опубликовано 07.04.2015.
Разность соседних резонансных частот определяется продольным размером L1 первой продольной металлической пластины 7. Причем, чем больше продольный размер L1 первой продольной металлической пластины 7, тем меньше разность соседних резонансных частот.
Требования к продольному размеру L1 первой продольной металлической пластины 7, обеспечивающие подавление резонансных рассогласований основных волн Н11г и Н11в первого отрезка волновода 1 заявленного волноводного поляризационного селектора, противоречивы. Для подавления резонансов основной волны Н11г горизонтальной поляризации продольный размер L1 первой продольной металлической пластины 7 должен быть не менее определенной величины. Для подавления резонансов основной волны Н11в вертикальной поляризации продольный размер L1 первой продольной металлической пластины 7 должен быть не более определенной величины.
Овальные отверстия 28 в первой продольной металлической пластине 7 устраняют это противоречие. Овальные отверстия 28 для основной волны вертикальной поляризации Н11в уменьшают продольный электрический размер первой продольной металлической пластины 7 при неизменном продольном геометрическом размере L1. Для основной волны Н11г горизонтальной поляризации положение поперечного ребра 36, определяющего продольный размер резонатора, остается неизменным.
Другим источником резонансных рассогласований основной волны Н11в вертикальной поляризации является вторая продольная металлическая пластина 8. Продольный размер L2 второй продольной металлической пластины 8 обеспечивает согласование основной волны Н11в вертикальной поляризации и определяет продольный размер отрезков волноводов 41 и 42 между поперечной гранью 40 и торцевой металлической стенкой 2. Волна вертикальной поляризации в отрезках волноводов 41 и 42 экспоненциально затухает, так как критическая частота этой волны превышает верхнюю частоту второго диапазона. Однако, при малых продольных размерах L2 в диапазоне (0,25-0,45)А2 могут возникать резонансы, частота которых уменьшается с увеличением L2. Третья продольная металлическая пластина 9 делит каждый из отрезков волноводов 41 и 42 на два отрезка волновода с половинным поперечным сечением, увеличивает экспоненциальное затухание высших типов волн и подавляет резонансы, обусловленные продольным размером L2 второй продольной металлической пластины 8.
Первый отрезок волновода 1 совместно со вторым отрезком прямоугольного волновода 3, диафрагмой 5 и первой продольной металлической пластиной 7 имеет вертикальную плоскость симметрии, в которой расположена малая ось 14 овала 12.
Первый отрезок волновода 1 совместно с третьим отрезком прямоугольного волновода 4, диафрагмой 6 и второй продольной металлической пластиной 8 имеет горизонтальную плоскость симметрии, в которой расположена большая ось 13 овала 12.
Указанные выше плоскости симметрии ортогональны, и заявленный волноводный поляризационный селектор в целом плоскостей симметрии не имеет. Поэтому переходное ослабление R между вторым и третьим отрезками прямоугольных волноводов 3 и 4 определяется их связью по высшим типам волн, которые экспоненциально затухают в первом отрезке волновода 1 (смотри, например, статью A.M. Boifot ((Classification of Ortho-Mode Transducers)), ELAB-RUNIT, N-7034, Trondheim, Norway, volume 2, №5, 1991, p. 503-510). Чем больше расстояние S между продольными осями 21 и 22 второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов 3 и 4, тем больше величина переходного ослабления.
Эту закономерность иллюстрируют приведенные на фигуре 12 результаты расчета зависимости переходного ослабления R между вторым и третьим отрезками прямоугольных волноводов 3 и 4 от расстояния S между их продольными осями 21 и 22 для частного варианта выполнения заявленного волноводного поляризационного селектора (смотри фигуру 1). Расчет выполнен в предположении, что первый отрезок волновода 1 имеет поперечное сечение в форме овала 12 с указанными выше длинами D=17.5 мм и d=12.5 мм большой оси 13 и малой оси 14. Второй отрезок прямоугольного волновода 3 предназначен для работы в первом диапазоне 13.75-14.50 ГГц и выполнен с поперечным сечением 16×8 мм. Третий отрезок прямоугольного волновода 4 предназначен для работы во втором диапазоне 10.95-12.75 ГГц и выполнен с поперечным сечением 19×9.5 мм. Остальные геометрические размеры заявленного поляризационного селектора обеспечивают подавление резонансов основных волн Н11г и Н11в первого отрезка волновода 1 в первом и втором диапазоне. Расчет выполнен с помощью программного комплекса «CST Microwave Studio».
По горизонтальной оси на фигуре 12 отложено расстояние S между продольными осями 21 и 22 второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов 3 и 4. По вертикальной оси отложено переходное ослабление R между вторым и третьим отрезками прямоугольных волноводов 3 и 4. Кривые 1 и 2 соответствуют минимальным значениям переходного ослабления R в первом и втором диапазонах. В частности, значение S=18 мм (0,9(A1+A2)/2=15.75 мм<S=18 мм<1,1(A1+A2)/2=19.25 мм) обеспечивает переходное ослабления R не менее 37 дБ в первом диапазоне и переходное ослабления R не менее 39 дБ во втором диапазоне.
Приведенные ниже результаты расчетов и измерений выполнены в предположении, что геометрические размеры поперечных сечений первого отрезка волновода 1, второго отрезка прямоугольного волновода 3, третьего отрезка прямоугольного волновода 4 и расстояния S соответствуют указанным выше значениям.
Влияние продольного размера L1 первой продольной металлической пластины 7 без овальных отверстий 28 (смотри фигуру 10а) на резонансные частоты основных волн Н11г и Н11в первого отрезка волновода 1 иллюстрируют результаты расчета, приведенные на фигуре 13.
При выполнении расчета положение поперечной грани 35 первой продольной металлической пластины 7, а также значения продольного и поперечных геометрических размеров диафрагмы 5 обеспечивали уровень отраженной основной волны Н11г не более минус 26.4 дБ (КСВН не более 1.1) вне области резонанса в первом диапазоне. Положение, диаметр и высота настроечного металлического штыря 10, продольный размер L2=6.1 мм (0,25А2=4.75 мм<L2=6.1 мм<0,45А2=8.55 мм) второй продольной металлической пластины 8, а также значения продольного и поперечных геометрических размеров диафрагмы 6 обеспечивали уровень отраженной волны Н11в не более минус 20.8 дБ (КСВН не более 1.2) вне области резонанса во втором диапазоне. Третья продольная металлическая пластина отсутствовала L3=0, что соответствует максимальному продольному размеру резонатора основной волны Н11г между поперечной гранью 36 первой продольной металлической пластины 7 и торцевой металлической стенкой 2 и минимальному значению низшей резонансной частоты основной волны Н11г первого отрезка волновода 1. Расчет выполнен с помощью программного комплекса «CST Microwave Studio».
По горизонтальной оси на фигуре 13 отложен продольный размер L1 первой продольной металлической пластины 7 без овальных отверстий 28. По вертикальной оси отложена резонансная частота основных волн Н11г (кривая 1) и Н11в (кривые 2 и 3) первого отрезка волновода 1. На фигуре 13 изображены также границы первого и второго диапазонов (прямые 4, 5, 6 и 7).
Продольный размер L1=7.5 мм (0,4A1=6.4 мм<L1=7.5 мм<0,5A1=8.0 мм) первой продольной металлической пластины 7 соответствует резонансной частоте 15.0 ГГц основной волны Н11г первого отрезка волновода 1. Эта частота на 3.1% превышает верхнюю частоту 14.5 ГГц первого диапазона. Между верхней частотой 14.5 ГГц первого диапазона и нижней частотой 10.95 ГГц второго диапазона при таком продольном размере L1 первой продольной металлической пластины 7 расположены только две резонансные частоты основной волны Н11в. Верхняя резонансная частота 14.31 ГГц основной волны Н11в первого отрезка волновода 1 находится внутри первого диапазона, а нижняя резонансная частота 13.29 ГГц основной волны Н11в первого отрезка волновода 1 расположена между первым и вторым диапазонами.
Влияние продольного размера L3 третьей продольной металлической пластины 9 на резонансные частоты основной волны Н11в первого отрезка волновода 1 иллюстрируют результаты расчета, приведенные на фигуре 14. При выполнении расчета первая продольная металлическая пластина 7 без овальных отверстий 28 имела продольный размер L1=7.5 мм, а вторая продольная металлическая пластина 8 имела продольный размер L2=6.1 мм. Расчет выполнен с помощью программного комплекса «CST Microwave Studio».
По горизонтальной оси на фигуре 14 отложен продольный размер L3 третьей продольной металлической пластины 9. По вертикальной оси отложена резонансная частота основной волны Н11в (кривые 1 и 2) первого отрезка волновода 1. На фигуре 14 изображены также границы первого и второго диапазонов (прямые 3, 4, 5 и 6).
Продольный размер L3=7.0 мм (0,25А2=4.75 мм<L3=7.0 мм<0,45А2=8.55 мм) третьей продольной металлической пластины 9 соответствует только одной резонансной частоте 13.4 ГГц основной волны Н11в первого отрезка волновода 1 между первым и вторым диапазонами.
Влияние количества и длины Н малой оси 29 овальных отверстий 28 в первой продольной металлической пластине 7 на резонансную частоту основной волны Н11в первого отрезка волновода 1 иллюстрируют результаты расчета, приведенные на фигуре 15. При выполнении расчета первая, вторая и третья продольные металлические пластины 7, 8 и 9 имели продольные размеры L1=7.5 мм, L2=6.1 мм и L3=7.0 мм. Длина G большой оси 30 овальных отверстий 28 составляла 15.5 мм (0,80D=14.0 мм<G=15.5 мм<0,95D=16.6 мм). Расчет выполнен с помощью программного комплекса «CST Microwave Studio».
По горизонтальной оси на фигуре 15 отложена длина Н малой оси 29 овальных отверстий 28 в продольной металлической пластине 7. По вертикальной оси отложена резонансная частота основной волны Н11в первого отрезка волновода 1. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют одному, двум и трем овальным отверстиям 28 (смотри фигуры 10б-10г) в продольной металлической пластине 7. На фигуре 15 изображены также границы первого диапазона (прямые 4 и 5).
Одно овальное отверстие 28 с длиной Н=3.62 мм малой оси 29 (смотри фигуру 10б) соответствует низшей резонансной частоте 14.8 ГГц основной волны Н11в первого отрезка волновода 1. Эта частота на 2.1% превышает верхнюю частоту 14.5 ГГц первого диапазона. Такое же значение низшей резонансной частоты основной волны Н11в первого отрезка волновода 1 обеспечивают два овальных отверстия 28 с длиной Н=1.6 мм малой оси 29 (смотри фигуру 10в) и три овальных отверстия 28 с длиной Н=1.0 мм малой оси 29 (смотри фигуру 10г). Между верхней частотой 14.5 ГГц первого диапазона и нижней частотой 10.95 ГГц второго диапазона резонансы основных волн Н11г и Н11в первого отрезка волновода 1 отсутствуют.
На фигуре 16 представлена фотография лабораторного макета заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения (смотри фигуру 8). Устройство предназначено для возбуждения различных типов волноводных облучателей земных антенных систем связи со спутниками в диапазоне 14/11-12 ГГц. Переход 15 с первого отрезка волновода 1 на круглый волновод 16 диаметром 17.5 мм выполнен в виде одной ступеньки с овальным поперечным сечением. Переход 23 со второго отрезка прямоугольного волновода 3 на отрезок прямоугольного волновода 24 большего поперечного сечения 19.0×9.5 мм также выполнен в виде одной ступеньки.
На фигуре 17 представлены результаты расчета и измерения зависимости от частоты КСВН во втором отрезке прямоугольного волновода 3 лабораторного макета в первом диапазоне 13.75-14.5 ГГц.
На фигуре 18 представлены результаты расчета и измерения зависимости от частоты КСВН в третьем отрезке прямоугольного волновода 4 лабораторного макета между нижней частотой второго диапазона 10.95 ГГц и верхней частотой первого диапазона 14.5 ГГц.
На фигуре 19 представлены результаты расчета и измерения зависимости от частоты переходного ослабления R между вторым и третьим отрезками прямоугольных волноводов 3 и 4 лабораторного макета между нижней частотой второго диапазона 10.95 ГГц и верхней частотой первого диапазона 14.5 ГГц. Расчет выполнен с помощью программного комплекса «CST Microwave Studio». Измерение радиотехнических параметров лабораторного макета выполнено с помощью векторного измерителя цепей «Agilent N5224A» с модулями восстановления калибровки 85540А.
КСВН во втором отрезке прямоугольного волновода 3 лабораторного макета в первом диапазоне шириной 5.31% не превышает 1.1. КСВН в третьем отрезке прямоугольного волновода 4 лабораторного макета во втором диапазоне шириной 15.19% составляет не более 1.21. Между нижней частотой второго диапазона 10.95 ГГц и верхней частотой первого диапазона 14.5 ГГц резонансы отсутствуют, а переходное ослабление R между вторым и третьим отрезками прямоугольных волноводов 3 и 4 лабораторного макета превышает 36 дБ.
Квадратные фланцы лабораторного макета со стороной квадрата длиной Т=39 мм отрезков прямоугольных волноводов 4 и 24 (смотри фигуру 8) сечением 19.0×9.5 мм в продольной проекции перекрываются большее, чем наполовину (S=18 мм<Т/2=19.5 мм). Продольный размер первого отрезка волновода 1 от торцевой металлической стенки 2 до перехода 15 составляет 38.5 мм, что на 10% превышает сумму поперечных размеров A1 и А2 (A1+A2=16+19=35 мм) широких стенок 19 и 20 отрезков прямоугольных волноводов 3 и 4. Продольный размер лабораторного макета от торцевой металлической стенки 2 до отрезка круглого волновода 16 составляет 50.5 мм, что на 11.4% меньше суммарной продольной проекции (S+T=18+39=57 мм) квадратных фланцев отрезков прямоугольных волноводов 3 и 4.
На фигуре 20 представлена фотография одного из серийных моноблоков, состоящего из заявленного волноводного поляризационного селектора в частном варианте выполнения (смотри фигуру 8) и облучателя осе симметричной параболической антенны с отношением 0.4 фокусного расстояния к диаметру апертуры. Моноблоки предназначены для земных антенных систем связи со спутниками в диапазоне 14/11-12 ГГц.
КСВН во втором отрезке прямоугольного волновода 3 моноблоков в первом диапазоне шириной 5.31% не превышает 1.1. КСВН в третьем отрезке прямоугольного волновода 4 моноблоков во втором диапазоне шириной 15.19% составляет не более 1.25. Между нижней частотой второго диапазона 10.95 ГГц и верхней частотой первого диапазона 14.5 ГГц резонансы отсутствуют, а переходное ослабление R между вторым и третьим отрезками прямоугольных волноводов 3 и 4 моноблоков превышает 35 дБ.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ВОЛНОВОДНЫЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ СЕЛЕКТОР | 2018 |
|
RU2691673C1 |
| ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОЛЯРИЗАЦИИ | 2017 |
|
RU2663306C1 |
| Рупорная антенна с эллиптическим поляризатором | 2021 |
|
RU2778279C1 |
| ВОЛНОВОДНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОЛЯРИЗАЦИИ ДЛЯ ДВУХ РАБОЧИХ ДИАПАЗОНОВ ЧАСТОТ | 2021 |
|
RU2764572C1 |
| Устройство сложения сигналов различных частот | 1985 |
|
SU1424078A1 |
| ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ СЕЛЕКТОР | 2004 |
|
RU2265259C1 |
| РУПОРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ДЛЯ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК С КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ | 2019 |
|
RU2723980C1 |
| ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ СЕЛЕКТОР | 2017 |
|
RU2663556C1 |
| ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ВОЛНОВОДНО-РУПОРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ | 2003 |
|
RU2237954C1 |
| МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ | 2007 |
|
RU2348091C1 |
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике СВЧ, и может быть использовано в волноводных трактах антенных систем для возбуждения и поляризационной селекции двух основных волн с ортогональными линейными поляризациями. Согласно изобретению первый отрезок волновода выполнен с поперечным сечением в форме овала, малая ось которого параллельна продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а большая ось параллельна продольной оси третьего отрезка прямоугольного волновода. Второй отрезок прямоугольного волновода выполнен с возможностью работы в диапазоне (λ1min, λ1max), где λ1min и λ1max - соответственно минимальная и максимальная длина волны первого диапазона, и поперечным размером A1 широких стенок. Третий отрезок прямоугольного волновода выполнен с возможностью работы в диапазоне (λ2min, λ2max), где λ2min и λ2max - соответственно минимальная и максимальная длина волны второго диапазона, и поперечным размером А2 широких стенок, причем λ1max<λ2min а A2≥A1. Расстояние S между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов выполнено в диапазоне 0,9(A1+A2)/2<S<1,1(A1+A2)/2. Первая диафрагма расположена с максимальным смещением от торцевой металлической стенки, а вторая диафрагма расположена с максимальным смещением к торцевой металлической стенке. Первая продольная металлическая пластина выполнена с продольным размером L1 в диапазоне (0,4-0,5)А1 и овальными отверстиями, малые оси которых совпадают с продольной осью первого отрезка волновода, а большие оси перпендикулярны ей. Вторая продольная металлическая пластина соединена с торцевой металлической стенкой и выполнена с продольным размером L2 в диапазоне (0,25-0,45)А2. На торцевой металлической стенке расположена третья продольная металлическая пластина, параллельная первой продольной металлической пластине, и выполнена с продольным размером L3 в диапазоне (0,25-0,45)А2. Использование изобретения позволяет уменьшить продольный размер волноводного поляризационного селектора. 8 з.п. ф-лы, 20 ил.
1. Волноводный поляризационный селектор, содержащий
первый отрезок волновода, завершающийся торцевой металлической стенкой,
второй и третий отрезки прямоугольных волноводов, расположенные взаимно перпендикулярно со смещением вдоль продольной оси первого отрезка волновода, причем плоскости их широких стенок параллельны упомянутой оси,
первую и вторую диафрагмы, расположенные соответственно в местах соединения второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов с первым отрезком волновода,
первую и вторую продольные металлические пластины, расположенные взаимно перпендикулярно, первая из которых расположена между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов перпендикулярно продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а вторая - между продольной осью третьего отрезка прямоугольного волновода и торцевой металлической стенкой,
расположенный в первом отрезке волновода настроечный металлический штырь, ось которого параллельна продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, отличающийся тем, что
первый отрезок волновода выполнен с поперечным сечением в форме овала, малая ось которого параллельна продольной оси второго отрезка прямоугольного волновода, а большая ось параллельна продольной оси третьего отрезка прямоугольного волновода,
второй отрезок прямоугольного волновода выполнен с возможностью работы в диапазоне (λ1min, λ1max), где λ1min и λ1max - соответственно минимальная и максимальная длина волны первого диапазона, и поперечным размером А1 широких стенок,
третий отрезок прямоугольного волновода выполнен с возможностью работы в диапазоне (λ2min, λ2max), где λ2min и λ2max - соответственно минимальная и максимальная длина волны второго диапазона, и поперечным размером А2 широких стенок, причем λ1max<λ2min, а А2≥А1,
расстояние S между продольными осями второго и третьего отрезков прямоугольных волноводов находится в диапазоне 0,9(A1+A2)/2<S<1,1(A1+A2)/2,
отверстие в первой диафрагме расположено с максимальным удалением от торцевой металлической стенки, а отверстие во второй диафрагме расположено с минимальным удалением от торцевой металлической стенки,
первая продольная металлическая пластина выполнена с продольным размером L1 в диапазоне (0,4-0,5)А1 и овальными отверстиями, малые оси которых совпадают с продольной осью первого отрезка волновода, а большие оси перпендикулярны ей,
вторая продольная металлическая пластина соединена с торцевой металлической стенкой и выполнена с продольным размером L2 в диапазоне (0,25-0,45)А2,
на торцевой металлической стенке расположена третья продольная металлическая пластина, параллельная первой продольной металлической пластине и выполненная с продольным размером L3 в диапазоне (0,25-0,45)А2.
2. Селектор по п. 1, отличающийся тем, что овал поперечного сечения первого отрезка волновода образован двумя отрезками прямых линий, параллельных большой оси, и двумя полуокружностями, диаметр которых равен длине малой оси.
3. Селектор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первый отрезок волновода снабжен переходом на отрезок круглого волновода.
4. Селектор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что второй отрезок прямоугольного волновода снабжен переходом на отрезок прямоугольного волновода большего поперечного сечения.
5. Селектор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что второй отрезок прямоугольного волновода снабжен настроечным металлическим штырем, ось которого параллельна большой оси овала поперечного сечения первого отрезка волновода.
6. Селектор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что третий отрезок прямоугольного волновода расположен таким образом, что плоскость внутренней поверхности его узкой стенки находится на одном уровне с плоскостью внутренней поверхности торцевой металлической стенки.
7. Селектор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что третий отрезок прямоугольного волновода снабжен настроечным металлическим штырем, ось которого параллельна малой оси овала поперечного сечения первого отрезка волновода.
8. Селектор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждое из овальных отверстий в первой продольной металлической пластине образовано двумя отрезками прямых, параллельных большой оси, и двумя полуокружностями, диаметр которых равен длине малой оси.
9. Селектор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что овальные отверстия выполнены одного размера с длиной G большой оси и длиной Н малой оси, которые удовлетворяют соотношениям:
0,80D≤G≤0,95D,
0,07D≤H≤0,13D,
и расстоянием L между ними, удовлетворяющим соотношению:
0,07D≤L≤0,13D.
| СПОСОБ И СИСТЕМА ЛАМИНИРОВАНИЯ БОЛЬШИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ | 2016 |
|
RU2682610C1 |
| US 6087908 A, 11.07.2000 | |||
| Поляризационный селектор | 1990 |
|
SU1756983A1 |
| ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ СЕЛЕКТОР | 2004 |
|
RU2265259C1 |
| Отклокитель для бурения наклонных скважин | 1959 |
|
SU128401A1 |
| JP 2013110448 A, 11.07.2013. | |||
