Поляризационный коммутатор для квазиоптического лучеводного тракта Советский патент 1993 года по МПК H01P1/165 H01P3/20 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно - к квазиоптическим усг тройствам, и может использоваться для проведения радиоизмерений в квазиопти-. ческой линии передачи миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн.

Известен переключатель плоскости поляризации, выполненный в виде пластин из электрооптического кристалла.

Известен также электрооптический переключатель поляризации, содержащий электрооптический кристалл с электродами и управляющий блок.

Известно жидкокристаллическое элект- рроптическое устройство, содержащее ячейку с двумя электродами, заполненную

жидкокристаллическим материалом с положительной диэлектрической анизотропией.

Известно устройство невзаимного вращения Плоскости поляризации, в котором используется гиромагнитный материал, а для подмагничивания применен соленоид.

Однако, все эти и подобные им устройства в настоящее время неосуществимы на миллиметровых и субмиллиметровых волнах из-за отсутствия в этом диапазоне опти- чески активных и гиромагнитных материалов с достаточно хорошими электрическими параметрами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является механический поляризационный коммутатор, выполненный в виде диска, на ортогоVI

00

со ел со

ON

нальных диаметрах которого расположены отверстия с закрепленными в них одинаково ориентированными дифракционными проволочными решетками, приводимого во вращение электромотором и снабженного датчиками синхроимпульсов.

Это устройство осуществляет поляризационную коммутацию взаимно-ортогональ- но поляризованных сигналов, распространяющихся по квазиоптическому тракту, путем поочередного введения в этот тракт поляризующих проволочных решеток, размещенных в отверстиях вращающегося диска. Каждая решетка пропускает сигнал только в тот поляризационный канал, поляризация сигнала в котором ортогональна направлению натяжения ее проволочек, и не пропускает в ортогональный поляриза- ционны.й канал.

Недостатком этого устройства является нестабильность азимутов поляризации коммутируемых сигналов, что приводит к появлению паразитной связи между взаимно-поляризационными каналами, нестабильности амплитуд сигналов в поляризационных каналах и, в конечном итоге, является причиной азимутальных и амплитудных погрешностей измерительного тракта, в который включен этот коммутатор.

Нестабильность азимутов поляризации обусловлена тем, что каждая дифракционная решетка, жестко закрепленная в отверстии диска, при вращении последнего не только совершает движение по окружности, но и при этом разворачивается относительно собственной оси с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения диска. Одновременное решеткой разворачивается и плоскость поляризации коммутируемого сигнала, т.к. электрический вектор волны, прошедший сквозь решетку, всегда перпендикулярен ее проволокам.

За время t. в течение которого дифракционная решетка перекрывает тракт своей апертурой, плоскость поляризации прошедшего сквозь нее сигнала успевает развернуться на угол а, определяемый выражением:

а

t

360.

где Т - период вращения диска коммутатора.

При этом разворот этой плоскости относительно среднего положения, соответству- ющего моменту совпадения центра решетки с оптической осью тракта, составляет величину

±&

В результате амплитуда сигнала в поляризационном канале изменяется в

cos () раз, а в ортогональном поляризэционном канале появляется паразитный сигнал, амплитуда которого пропорциональна

10

sin (2) cos (2) slna

(2)

Оба эти явления крайне нежелательны, так как приводят к появлению больших амплитудных и азимутальных погрешностей

15 измерительного тракта, к которому подключен коммутатор.

Для уменьшения влияния нестабильности азимутов поляризации коммутируемых сигналов приходится либо укорачивать вре20 мя индикации, т.е. индицировать эти сигналы лишь в течение промежутков времени малых по сравнению со временем t, либо увеличивать время коммутации, т.е. уменьшать скорость вращения диска,

25 Уменьшение времени индикации ведет к пропорциональному увеличению потерь энергии коммутируемых сигналов, а увели- чение времени коммутации снижает быстродействие устройства.

30 Цалью изобретения является повышение стабильности азимутов поляризации коммутируемых сигналов при сохранении величин потерь и быстродействия коммутатора.

35 Для этого в поляризационном коммутаторе, содержащем металлический диск, выполненный с возможностью осевого вращения и в котором закреплены дифракционные проволочные решетки, располо40 женные на ортогональных диаметрах, проволоки соседних проволочных дифракционных решеток ориентированы под углом 90° одни к другим и проволочные дифракционные решетки закреплены в металличе45 ском диске с возможностью вращения вокруг собственных осей, параллельных оси вращения металлического диска, посредством планетарного механизма передачи. На фиг. 1 представлен общий вид пред50 ложенного поляризационного коммутатора, разрез; на фиг.2 - диск с решетками.

Поляризационный коммутатор содержит металлический диск 1 с четырьмя одинаковыми круглыми отверстиями,

55 расположенными на его ортогональных диаметрах и равноотстоящими от центра.

В каждом отверстии размещена дифракционная проволочная решетка, представляющая собой кольцо 2 с натянутыми на него параллельными металлическими проволочкэм 3, толщина и расстояние между которыми много меньше рабочей длины волны излучения. Решетки ориентированы так, что направления натяжения проволок любых двух соседних решёток взаимно-ор- тогональны, например, как показано на фиг.2.

Кольца 2 жестко прикреплены к сателлитам 4 и вместе с ними могут вращаться в подшипниках 5, закрепленных в отверстиях диска 1. Сателлиты 4 связаны с валом б диска 1 через редуктор, образованный зубчатыми колесами 7, 8. 9, 10, 11.

Передаточное отношение I редуктора подобрано таким, чтобы выполнялось уело- вне:

1

DM

где DC - диаметр сателлита 4;

Оц - диаметр центрального колеса 11 (см. фиг.2).

Вал б соединен с электромотором 12. Коммутатор снабжен фотодатчиками 13, подсвечиваемыми лампами 14 через секторные щели 15 (см.фиг.2), прорезанные в диске 1. Все устройство, за исключением электромотора 12 размещено в корпусе, на котором имеются фланцы для подключения коммутатора к квазиоптической линии передачи.

Коммутатор работает следующим образом. При вращении вала электромотора 12 крутящий момент передается диску 1 и ведущему зубчатому колесу 7. Последнее через зубчатые колеса 8, 9, 10 приводит во прэщение центральное зубчатое колесо 11 планетарного механизма.входящее в за- цепление с сателлитами 4. Благодаря определенно выбранному передаточному отношению редуктора 7-8-9-10-11 (см. отношение 3), на сегменты 4 передается крутящий момент, обеспечивающий их поворот вокруг собственных осей при вращении диска 1. Сателлиты 4 вместе с прикрепленными к ним дифракционными проволочными решетками вынуждены двигаться по окружности в плоскости диска 1, поворачиваясь вокруг собственных осей таким образом, чтобы направление натяжения проволочек каждой дифракционной решетки оставалось неизменным. Диск 1 пересекает квази- оптический тракт, по которому распространяются взаимно-ортогонально поляризованные сигналы. При вращении диска размещенные в его отверстиях дифракционные решетки поочередно вводятся

5

10 15

20

25 30 3540 455055

в этот тракт и перекрывают его своими апертурами. Каждая решетка пропускает только тот сигнал, электрический вектор которого перпендикулярен ее проволочкам, и не пропускает ортогонально поляризованный сигнал. Проволочки решеток, расположенных на ортогональных диаметрах диска, имеют взаимно-ортогональную ориентацию, поэтому при вращении диска происходит поля- ризационо-временное разделение сигналов, проходящих по тракту: в течении времени, пока одна из решеток перекрывает тракт своей апертурой, открыт только тот поляризационный канал, в котором сигнал поляризован перпендикулярно проволочкам этой решетки; через четверть оборота диска, когда тракт перекрывается решеткой с ортогональной ориентацией проволочек, коммутатор пропускает сигнал в ортогональный поляризационный канал. Еще через четверть оборота диска цикл начинается сначала. Таким образом, на выходе коммутатора получаются разделенные во времени на четверть периода вращения диска 1 взаимно-ортогонально поляризованные волновые пакеты со строго стабилизированными азимутами поляризации.

Стабилизация азимутов поляризации коммутируемых сигналов достигается такой конструкцией, дает возможность получить максимальную развязку между ортогональными поляризованными каналами (определяемую способностью проволочных решеток подавлять паразитные компоненты поляризации), стабилизировать амплитуду сигналов в каналах и тем самым свести к минимуму потери сигналов при коммутации без снижения быстродействия устройства, что в совокупности позволяет повысить точность измерений.

Формула изобретения Поляризационный коммутатор для квазиоптического лучеводного тракта, содержащий металлический диск, выполненный с возможностью осевого вращения и в котором закреплены дифракционные проволочные решетки, расположенные на ортогональных диаметрах, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности азимутов поляризации коммутируемых сигналов, проволоки соседних проволочных дифракционных решеток ориентированы под углом 90° одни к другим и проволочные дифракционные решетки закреплены в металлическом диске с возможностью вращения вокруг собственных осей, параллельных оси вращения металлического диска, посредством планетарного механизма передачи.

Фиг Л

Фиг. I

Использование: для проведения радиоизмерений в квазиоптической линии передачи миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Сущность изобретения: поляризационный коммутатор выполнен в виде металлического диска, установленного с возможностью вращения вокруг собственной оси. На металлическом диске на ортогональных диаметрах расположены отверстия с закрепленными в них проволочными дифракционными решетками. Проволочные дифракционные решетки установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей, параллельных оси вращения металлического диска. Проволоки соседних проволочных дифракционных ре- шеток ориентированы под углом 90° друг к другу и связаны с металлическим диском планетарным механизмом. 2 ил. И