Волноводный излучатель эллиптической поляризации Советский патент 1992 года по МПК H01Q21/24 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в апертурных антеннах для преобразования поляризации, в качестве слабонаправленной антенны, а также в составе фазированной решетки,

Известны излучатели, в которых требуемые характеристики поля излучения, в частности коэффициент эллиптичности, достигается за счет соответствующей конструкции излучателя и способа его возбуждения.

Недостатком таких излучателей является узкая рабочая полоса частот, сложность конструкции и системы возбуждения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является волноводный излучатель эллиптичной поляризации, содержащий прямоугольный волновод, металлический фланец (экран) и преобразователь поляризации, выполненный в виде незамкнутого проводящего кольца длиной Я, где А -длина рабочей волны, расположенного перед раскрывом волновода.

Этот излучатель имеет узкую рабочую полосу частот, что объясняется использованием в качестве поляризатора резонансного элемента - незамкнутого проводящего кольца длиной А . Отмеченный недостаток снижает эффективность применения излучателя.

Цель изобретения - обеспечение регулировки коэффициента эллиптичности поля в широкой полосе частот.

Поставленная цель достигается тем, что в волноводном излучателе эллиптической поляризации, содержащем прямоугольный волновод с металлическим фланцем и преобразователь поляризации, размещенный перед раскрывом прямоугольного волновода, преобразователь поляризации выполнен в виде цилиндрической спирали осевого излучения, имеющей радиальный участок захода закрепленной на металлическом фланце с возможностью вращения вокруг своей оси параллельной оси прямоугольного волновода, причем ось прямоуюльного волновода и ось цилиндрической спирали осевого излучения лежат в плоскогти арал- лельнойузким стенкам прямоугольного волновода, а точка крепления расположена на расстоянии(равном радиусу проводника цилиндрической спирали осевого и ч/,у ения от

со

с

VI

СП 00 VJ

со

VI

внутренней поверхности прямоугольного волновода.

Волноводные и спиральные излучатели широко применяются в антенной технике благодаря своим широкополосным свойствам. Однако в известных применениях они не создают устройств с регулируемым коэффициентом эллиптичности поля излучения. Известны способы создания эллиптически поляризованных полей с помощью суперпозиции двух ортогональных линейно поляри- зованных полей, а так же способы регулировки коэффициента эллиптичности путем изменения амплитудных и фазовых соотношений этих полей.

В заявляемом устройстве поле излучения возбужденного волновода, перед рас- крывом которого расположена спираль, состоит из суммы полей излучения раскры- ва волновода, имеющего линейную поляризацию и спирали, имеющего эллиптическую поляризацию. Таким образом, в суммарном поле излучения эллиптической поляризации одна составляющая определяется как полем излучения раскрыва так и полем излучения спирали, а другая (ортогональная) только полем излучения спирали,

Поле излучения спирали создается за счет энергии поля излучения раскрыва волновода так, что чем больший вклад в суммарное поле вносит спираль, тем меньший раскрыв волновода.

Амплитудные и фазовые соотношения ортогональных линейно поляризованных полей суммарного поля сложным образом зависит от расположения спирали относительно раскрыва волновода, интенсивности ее возбуждения, геометрических параметров спирали и раскрыва волновода и для их теоретического определения необходимо решить электродинамическую задачу, постановка и решение которой в настоящее время в научно-технической литературе отсутствует.

Эксперимент показал, что интенсивность возбуждения спирали можно эффективно изменять вращением спирали вокруг своей оси при наличии радиального участка захода спирали, расположенного над рас- крывом волновода. Это объясняется изменением наводимого тока на радиальном участке захода - он максимален когда напряженность электрического поля и продольная ось радиального участка параллельны и минимален в случае их ортогональности. Для эффективного изменения коэффициента эллиптичности суммарного поля в широких пределах необходимо, чтобы радиальный участок проходил через максимум электрического поля излучения

раскрыва волновода. Так экспериментально подтверждено, что поляризацию поля излучения прямоугольного волновода, возбужденного основной волной Ню, можно

изменять от практически линейной до практически круговой вращением цилиндрической спирали осевого излучения вокруг своей оси параллельной оси волновода. Спираль имела радиальный участок захода

и крепилась к фланцу в плоскости симметрии волновода, проходящей через широкие стенки, где расположен максимум электрического поля излучения раскрыва. Более широкие пределы изменения коэффициента

эллиптичности суммарного поля получаются для расстояния от внутренней поверхности волновода до точки крепления равного радиусу проводника, из которого выполнена спираль.

Таким образом, введение в известную систему волновод - спираль новых признаков; радиального участка захода цилиндрической спирали осевого излучения и выше описанного крепления спирали к металлическому фланцу позволяет регулировать коэффициент эллиптичности поля излучения в больших пределах и в широкой полосе частот вращением спирали вокруг геометрической оси.

К дополнительным преимуществам заявляемого устройства по сравнению с прототипом следует отнести: необязательность электрического контакта конца спирали и экрана, что подтверждено экспериментально и большую пропускаемую f-.ощность, что обьясняется применением в качестве поляризатора элемента с бегущей волной тока. Первое дополнительное преимущество расширяет возможности конструктивного выполнения узла крепления спирали с вращением вокруг геометрической оси, а второе позволяет рекомендовать применение заявляемого устройства в излучающих системах большой мощности.

На чертеже представлен общий вид полноводного излучателя эллиптической поляризации, где 1 - прямоугольный волновод; 2 - металлический фланец; 3 - цилиндрическая спираль осевого излучения; 4 - радиальный участок захода спирали осевого излучения; 5 - осевой участок захода.

Волноводный излучатель эллиптической поляризации содержит раскрыв прямоугольного волновода 1 с металлическим

фланцем 2. Перед раскрывом прямоугольного волновода 1 установлен преобразователь поляризации в виде цилиндрической спирали осевого излучения 3, имеющей радиальный 4 и осевой 5 участки заходов. Начало осевого участка 5 крепится к

металлическому фланцу 2 с возможностью вращения цилиндрической спирали осевого излучения 3 вокруг своей оси. Ось цилиндрической спирали осевого излучения 3 параллельна оси прямоугольного волновода. Ось прямоугольного волновода и ось цилиндрической спирали осевого излучения лежат о плоскости параллельной узким стенкам прямоугольного волновода. Расстояние между точкой крепления осевого участка 5 на металлическом фланце 2 до внутренней поверхности прямоугольного волновода 1 равно радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучения 3. Волноводный излучатель эллиптической поляризации работает следующим образом.

При возбуждении раскрыва прямоугольного волновода 1 излучает линейно поляризованное поле, которое возбуждает цилиндрическую спираль осевого излучения 3. Распределение тока на цилиндрической спирали осевого излучения 3 имеет характер бегущей волны, а излучаемое ею поле эллиптическую поляризацию. Следовательно суммарное поле излучателя состоит из линейно поляризованного поля раскрыва волновода 1 и эллиптически поляризованного поля спирали осевого излучения 3 и его коэффициент эллиптичности определяется соотношением амплитуд и фаз этих полей.

При вращении цилиндрической спирали осевого излучения 3 вокруг своей оси изменяется проекция напряженности электрического поля раскрыва прямоугольного волновода 1 на радиальный участок захода 4, тем самым изменяется интенсивность возбуждения спирали осевого излучения 3 и, следовательно, амплитуда и фаза ее поля излучения, что приводит к изменению коэффициента эллиптичности суммарного поля волноводного излучателя эллиптической поляризации.

Для эффективного изменения коэффициента эллиптичности поля волноводного излучателя эллиптической поляризации в широких пределах расстояние от точки крепления осевого участка 5 на металлическом фланце 2 до внутренней поверхности прямоугольного волновода 1 должно равняться радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучения 3, а радиальный участок захода 4 при вращении должен проходить через максимум электрического поля излучения раскрыва прямоугольного волновода 1.

Наибольшая рабочая полоса частот цилиндрической спирали осевого излучения с

перекрытием fmax/fmln 1,8-2, где fmax И fmin

- максимальная и минимальная рабочие частоты, достигается при оптимальном шаговом угле спирали и сравнима с рабочей 5 полосой прямоугольного волновода.

Таким образом, вращение вокруг своей оси спирали осевого излучения 3, имеющей радиальный участок захода 4 закрепленной на металлическом фланце 2 прямоугольного

10 волновода Г так, что оси цилиндрической спирали осевого излучения 3 и прямоугольного волновода 1 параллельны и лежат в плоскости параллельной узким стенкам прямоугольного волновод 1, а точка креп15 ления расположена на расстоянии равном радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучения 3 от внутренней поверхности прямоугольного волновода 1, обеспечивает регулировку коэффициента

0 эллиптичности поля в широкой полосе частот.

Эксперимент показал, что для водно- водного излучателя эллиптической поляризации на основе стандартного волновода

5 сечением 72x34 мм при возбуждении на рабочей длине волны А 10 см применение преобразователя поляризации в виде цилиндрической спирали осевого излучения с параметрами: длина одного витка I Я 10

0 см, шаговый угол ог 17°. число витков п 4, радиус проводника г 2 мм. расширяет рабочую полосу частот более чем в 2 раза по сравнению с преобразователем поляризации в виде незамкнутого кольца длиной 10

5 см, зазором 1 см и радиусом проводника 2 мм.

Формула изобретения

0Волноводный излучатель эллиптической поляризации, содержащий прямоугольный волновод с металлическим фланцем и преобразователь поляризации, размещенный перед раскрывом прямо5 угольного волновода, отличающийся тем, что, с целью обеспечения регулировки коэффициента эллиптичности поля в широкой полосе частот, преобразователь поляризации выполнен в виде цилиндрической

0 спирали осевого излучения, закрепленной на металлическом фланце с возможностью вращения вокруг своей оси параллельной оси прямоугольного волновода и имеющей радиальный участок захода, причем ось пря5 моугольного волновода и ось цилиндрической спирали осевого излучения лежат в плоскости, параллельной узким стенкам прямоугольного волновода, а точка крепления расположена на расстоянии, равном радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучения от внутренней поверхности широкой стенки прямоугольного волновода.

Изобретение относится к антеннам СВЧ. Цель изобретения - обеспечение регулировки коэффициента эллиптичности поля в широкой полосе частот - достигается размещением перед раскрытом прямоугольного волновода с фланцем спирали с радиальным участком, закрепленной на фланце с возможностью вращения вокруг своей оси, параллельной оси прямоугольного волновода. 1 ил.