Преобразователь поляризации

Авторы патента:

Табунов Артем Юрьевич (RU)

Гольберг Борис Хаимович (RU)

H01P1/16 - Волноводы; резонаторы, линии или другие устройства типа волноводов (работающие в оптическом диапазоне G02B; антенны H01Q; цепи, содержащие элементы с сосредоточенным полным сопротивлением H03H)

Владельцы патента RU 2663306:

Публичное акционерное общество "Радиофизика" (RU)

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к средствам преобразования поляризации волноводных волн. Изобретение может быть использовано в антенных системах с полосой рабочих частот порядка 5%. Преобразователь поляризации содержит последовательно расположенные и соединенные переходами отрезок входного круглого волновода диаметром D₁, отрезок промежуточного волновода, имеющий поперечное сечение в форме овала, и отрезок выходного круглого волновода диаметром D₂. Размер малой оси овала равен D₁, а размер большой оси овала равен D₂>D₁. В результате использования изобретения достигается технический результат, заключающийся в возможности изготовления преобразователя поляризации из единой заготовки путем токарно-фрезерной или электроэрозионной обработки внутренней полости заготовки с одной из ее сторон. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к средствам преобразования поляризации волноводных волн, и может быть использовано в антенных системах с полосой рабочих частот порядка 5%.

Известен преобразователь поляризации, содержащий корпус, внутри которого размещены отрезок круглого волновода и механическое приспособление, которое, в процессе использования преобразователя поляризации, с помощью микрометрического винта деформирует поперечное сечение отрезка круглого волновода в эллиптическое сечение на части продольного размера (см. SU 1631630, МПК Н01Р 1/165, опубл. 28.02.1991).

Известен преобразователь поляризации, содержащий последовательно расположенные и соединенные переходом отрезок круглого волновода диаметром D₁ и отрезок круглого волновода диаметром D₂>D₁. На стенках каждого из этих отрезков установлены радиальные металлические стержни (см. US 4672334, МПК Н01Р 1/17, опубл. 09.06.1987).

Известен преобразователь поляризации, содержащий последовательно расположенные и соединенные коническим переходом отрезок круглого волновода диаметром D₁ и отрезок круглого волновода диаметром D₂>D₁. На стенках отрезка круглого волновода диаметром D₁ установлены радиальные металлические стержни и продольные металлические пластины. На стенках отрезка круглого волновода диаметром D₂ установлены поперечные металлические диафрагмы (см. SU 1596407, МПК Н01Р 1/165, опубл. 30.09.1990).

Общим недостатком известных преобразователей поляризации является низкая технологичность их изготовления, обусловленная сложностью конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является преобразователь поляризации, содержащий последовательно расположенные и соединенные плавными переходами отрезок входного круглого волновода диаметром D₁, отрезок промежуточного волновода и отрезок выходного круглого волновода диаметром D₂, равным D₁ (см. JPH 0197001, МПК Н01Р 1/161, Н01Р 1/17, Н01Р 1/18, опубл. 14.04.1989).

Отрезок промежуточного волновода и переходы имеют поперечные сечения в форме овалов (эллипсов), причем размер большой оси эллипса промежуточного волновода равен D₁, а размер малой оси эллипса равен D₃<D₁.

Данный преобразователь поляризации принят в качестве ближайшего аналога заявляемого преобразователя поляризатора.

Недостатком данного преобразователя поляризации является невозможность его изготовления из единой заготовки путем обработки с одной из ее сторон, что делает невозможным его применение в антенных системах, выполненных в виде моноблока.

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является создание преобразователя поляризации, лишенного указанного недостатка.

В результате достигается технический результат, заключающийся в возможности изготовления преобразователя поляризации из единой заготовки путем токарно-фрезерной или электроэрозионной обработки внутренней полости заготовки с одной из ее сторон.

Указанный технический результат достигается созданием преобразователя поляризации, содержащего последовательно расположенные и соединенные переходами отрезок входного круглого волновода диаметром D₁, отрезок промежуточного волновода, имеющий поперечное сечение в форме овала, и отрезок выходного круглого волновода диаметром D₂, в котором размер малой оси овала равен D₁, а размер большой оси овала равен D₂>D₁.

Согласно частному варианту выполнения диаметр отрезка входного круглого волновода D₁>0,63λ_max, а диаметр отрезка выходного круглого волновода D₂<0,73λ_min, где λ_max и λ_min - длины волн в свободном пространстве, соответствующие нижней и верхней границам рабочего диапазона частот.

Согласно другому частному варианту выполнения отрезок промежуточного волновода имеет поперечное сечение в форме эллипса.

Согласно еще одному частному варианту выполнения отрезок промежуточного волновода имеет поперечное сечение в форме овала, образованного двумя параллельными отрезками прямых и двумя полуокружностями, диаметр которых равен расстоянию между двумя параллельными отрезками прямых.

Согласно еще одному частному варианту выполнения переходы выполнены с плавным изменением их поперечного сечения.

Согласно еще одному частному варианту выполнения переходы выполнены со ступенчатым изменением их поперечного сечения.

На фиг. 1 представлено схематичное изображение внутренней поверхности преобразователя поляризации в частном варианте выполнения.

На фиг. 2 представлено схематичное изображение преобразователя поляризации со стороны отрезка выходного круглого волновода в частном варианте выполнения.

На фиг. 3а и 3b представлены два взаимно перпендикулярных продольных разреза преобразователя поляризации в частном варианте выполнения.

На фиг. 4 представлено схематичное изображение антенного устройства, в котором реализован заявленный преобразователь поляризации.

На фиг. 5 представлено поперечное сечение отрезка промежуточного волновода в частном варианте выполнения.

На фиг. 6 представлены зависимости от частоты коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) во входном и выходном отрезках преобразователя поляризации в частном варианте выполнения.

На фиг. 7 представлена зависимость от частоты коэффициента эллиптичности поля излучения антенного устройства в направлении продольной оси.

Преобразователь поляризации, представленный на фиг. 1, 2, 3а и 3b, содержит последовательно расположенные отрезок входного круглого волновода 1 диаметром D₁, отрезок промежуточного волновода 2, имеющий поперечное сечение в форме овала, и отрезок выходного круглого волновода 3 диаметром D₂>D₁, соединенные переходами 4а и 4b. В различных частных вариантах переходы 4а и 4b могут быть выполнены с плавным или ступенчатым (как показано на фиг. 1) изменением поперечного сечения. Размер малой оси овала отрезка промежуточного волновода 2 равен D₁, а размер большой оси - D₂.

Для согласования предлагаемого преобразователя поляризации со стороны отрезка входного круглого волновода 1 его диаметр D₁ следует выбирать из выражения D₁>0,63λ_max. В этом выражении величина λ_max определяет длину волны в свободном пространстве, которая соответствует нижней границе рабочего диапазона частот. Такой выбор минимального размера D₁ обеспечивает интервал порядка десяти процентов между критической частотой основной волны Н₁₁ круглого волновода и нижней границей рабочего диапазона частот. Аналогично, диаметр D₂ отрезка выходного круглого волновода 3 следует выбирать из выражения D₂<0,73λ_min. В этом выражении величина λ_min определяет длину волны в свободном пространстве, которая соответствует верхней границе рабочего диапазона частот. Такой выбор максимального размера D₂ обеспечивает интервал порядка пяти процентов между критической частотой первой высшей волны E₀₁ круглого волновода и верхней границей рабочего диапазона частот.

Для уменьшения продольного габаритного размера преобразователя поляризации диаметры D₁ и D₂ следует выбирать таким образом, чтобы отношение D₂ к D₁ было максимально возможным (с учетом вышеприведенных неравенств).

Преобразователь поляризации может быть изготовлен путем токарно-фрезерной или электроэрозионной обработки внутренней поверхности заготовки с одной из ее сторон.

Заявленный преобразователь поляризации работает следующим образом.

Волна Н₁₁ линейной поляризации, поступающая в отрезок входного круглого волновода 1 диаметром D₁, ориентирована под углом 45 градусов к осям симметрии поперечных сечений отрезка промежуточного волновода 2 и переходов 4а и 4b в форме овалов. Электромагнитное поле этой волны можно разложить на две ортогональные составляющие Н_11в и Н_11г, ориентированные параллельно осям 5а и 5b, соответствующим малой и большой осям овала. Фазовые скорости волн Н_11в и Н_11г в волноводах, имеющих поперечные сечения в форме овалов, различны (см., например, книгу «Гибкие волноводы в технике СВЧ» / Под редакцией Э.А. Альховского, Москва, Радио и Связь, 1986, с. 17-22). Продольные и поперечные размеры отрезка промежуточного волновода 2 и переходов 4а и 4b выбраны так, что обеспечивают дифференциальный фазовый сдвиг девяносто градусов вблизи центральной частоты рабочего диапазона и минимальное отклонение дифференциального фазового сдвига от этой величины внутри рабочего диапазона частот. Профиль и длина переходов 4а и 4b выбраны так, что обеспечивают согласование преобразователя поляризации со стороны отрезков входного и выходного круглых волноводов 1 и 3 соответственно. В результате распространения волн Н_11в и Н_11г в предлагаемом преобразователе поляризации в отрезке выходного круглого волновода 3 в рабочем диапазоне частот возбуждается волна Н₁₁ эллиптической поляризации, которая близка к круговой поляризации.

Примером использования предлагаемого преобразователя поляризации может являться его применение в составе моноблока 6, состоящего из поляризационного селектора 7, предлагаемого преобразователя линейной поляризации в круговую поляризацию и облучателя осесимметричной параболической антенны 8 с отношением 0,4 фокусного расстояния к диаметру апертуры (см. фиг. 4).

Моноблок 6 изготовлен на универсальном фрезерном обрабатывающем центре «Maho» и предназначен для работы в диапазоне частот шириной 0,3 ГГц с центральной частотой 8,5 ГГц. Ширина рабочей полосы частот в процентах составляет 3,53%.

Отрезок промежуточного волновода 2 и переходы 4а и 4b (как показано на фиг. 5) имеют поперечные сечения в форме овалов, ограниченных двумя параллельными отрезками прямых 9а и 9b и двумя полуокружностями 10а и 10b, диаметр d которых равен расстоянию между двумя параллельными отрезками прямых. Переходы 4а и 4b выполнены в виде одной ступени.

Оптимизация геометрических размеров преобразователя поляризации выполнена с помощью программного комплекса «CST Microwave Studio». Измерения радиотехнических параметров моноблока выполнены с помощью векторного измерителя цепей «Agilent N5224A» с модулями восстановления калибровки 85540А.

Результаты расчета зависимости от частоты КСВН в отрезке входного круглого волновода 1 (KCBH₁) и отрезке выходного круглого волновода 3 (КСВН₃) для рабочего положения преобразователя поляризации приведены на фиг. 6. В этом положении преобразователя поляризации линейно поляризованная падающая волна Н₁₁ в отрезках входного круглого волновода 1 и выходного круглого волновода 3 ориентирована под углом 45 градусов к осям симметрии поперечных сечений отрезка промежуточного волновода 2 и переходов 4а и 4b в форме овалов. В рабочей полосе частот 8,35-8,65 ГГц уровень КСВН в отрезках входного круглого волновода 1 и выходного круглого волновода 3 не превышает 1,010 и 1,017, а амплитуда отраженной волны составляет не более минус 45 дБ и минус 41 дБ.

Результаты измерения зависимости от частоты коэффициента эллиптичности поля излучения моноблока в направлении продольной оси приведены на фиг. 7. В рабочей полосе частот 8,35-8,65 ГГц коэффициент эллиптичности не превышает 0,92 дБ, а амплитуда кросс-поляризованной волны составляет не более минус 25,5 дБ.

1. Преобразователь поляризации, содержащий последовательно расположенные и соединенные переходами отрезок входного круглого волновода диаметром D₁, отрезок промежуточного волновода, имеющий поперечное сечение в форме овала, и отрезок выходного круглого волновода диаметром D₂, отличающийся тем, что размер малой оси овала равен D₁, а размер большой оси овала равен D₂>D₁.

2. Преобразователь поляризации по п. 1, отличающийся тем, что диаметр отрезка входного круглого волновода D₁>0,63λ_max, а диаметр отрезка выходного круглого волновода D₂<0,73λ_min, где λ_max и λ_min - длины волн в свободном пространстве, соответствующие нижней и верхней границе рабочего диапазона частот.

3. Преобразователь поляризации по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отрезок промежуточного волновода имеет поперечное сечение в форме эллипса.

4. Преобразователь поляризации по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отрезок промежуточного волновода имеет поперечное сечение в форме овала, образованного двумя параллельными отрезками прямых и двумя полуокружностями, диаметр которых равен расстоянию между двумя параллельными отрезками прямых.

5. Преобразователь поляризации по п. 1 или 2, отличающийся тем, что переходы выполнены с плавным изменением их поперечного сечения.

6. Преобразователь поляризации по п. 1 или 2, отличающийся тем, что переходы выполнены со ступенчатым изменением их поперечного сечения.

Похожие патенты:

Свч-фильтр нижних частот // 2662058

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к фильтрам низких частот. СВЧ-фильтр нижних частот содержит отрезки линии передачи, соединенные последовательно, в середине которых подключены разомкнутые шлейфы, к началу первого отрезка подключен вход фильтра, к концу последнего отрезка подключен выход фильтра, Кроме того, фильтр включает конденсаторы, соединяющие начало и конец каждого отрезка, емкость конденсаторов находится в пределах от 1/ωZ0 до 1.5/ω0Z0, где ω0 - круговая граничная частота, Z0 - сопротивление входа и выхода и волновое сопротивление отрезков линий.

Жидкостная свч согласованная нагрузка // 2659963

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к нагрузкам для поглощения энергии электромагнитной волны высокой мощности моды H10. Нагрузка содержит отрезок прямоугольного волновода, поглощающую жидкость в металлическом сосуде, радиопрозрачную герметичную перегородку, отделяющую внутренний объем волновода от поглощающей жидкости.

Миниатюрный полосковый фильтр // 2659321

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к микрополосковым фильтрам. Фильтр содержит подвешенную между экранами диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые на экран с одного края подложки полосковые проводники резонаторов, а на вторую сторону подложки также нанесены короткозамкнутые на экран с другого края подложки полосковые проводники.

Многоканальный коммутатор свч // 2659302

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах для коммутации сигнала СВЧ с входа на один или на несколько из N выходов, например в антенных системах для поочередного подключения к общему входу по одной или одновременно по несколько антенн для формирования дополнительных диаграмм направленности или дополнительного вектора поляризации.

Полосковый полоснопропускающий фильтр // 2658576

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в приемных системах для выделения полезного сигнала. Полосковый полоснопропускающий фильтр, содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой - проводники, соединенные в виде замкнутой прямоугольной рамки.

Дискретный свч фазовращатель // 2658502

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к дискретным фазовращателям. Дискретный СВЧ фазовращатель проходного типа содержит отрезок линии передачи и переключательный диод.

Свч фотонный кристалл // 2658113

Использование: для измерений с использованием СВЧ техники. Сущность изобретения заключается в том, что СВЧ фотонный кристалл выполнен в виде прямоугольного волновода, содержащего четные и нечетные элементы, периодически чередующиеся в направлении распространения электромагнитного излучения, нечетные элементы фотонного кристалла выполнены в виде прямоугольных металлических резонансных диафрагм с прямоугольными отверстиями, длинные стороны которых параллельны широкой стенке волновода, полностью перекрывающими волновод по поперечному сечению, четные элементы фотонного кристалла представляют собой отрезки прямоугольного волновода между диафрагмами, причем две диафрагмы являются крайними элементами фотонного кристалла, а одна центральной, при этом СВЧ фотонный кристалл дополнительно содержит согласованную нагрузку, соединенную с одним концом фотонного кристалла, Y-циркулятор, один из выходов которого соединен с противоположным концом фотонного кристалла, источник постоянного напряжения, в отверстии центральной диафрагмы размещена, по крайней мере, одна n–i–p–i–n диодная структура, n-области которой гальванически соединены с длинными сторонами отверстия заземленной диафрагмы, p-область n–i–p–i–n диодной структуры соединена с положительным полюсом источника постоянного напряжения, размеры отверстий резонансных диафрагм, кроме центральной диафрагмы, составляют: длина a0=20⋅a/23 и ширина b0=b/5, толщина диафрагм составляет 0,0005⋅b<d<0,003⋅b, длина четных элементов L составляет 1,8⋅b<L<2,5⋅b, при этом a и b – размеры широкой и узкой стенок волновода, соответственно.

Полосно-пропускающий свч фильтр // 2657311

Полосно-пропускающий СВЧ фильтр относится к технике сверхвысоких частот и может быть использован в селективных трактах приемных и передающих систем. Фильтр содержит диэлектрическую подложку (1), на одну сторону которой нанесено заземляемое основание (2), а на вторую - нанесены полосковые проводники (2-19) трех электромагнитно связанных резонаторов.

Способ повышения электрической и механической прочности вакуумно-плотных окон ввода/вывода свч-излучений (варианты) // 2654582

Изобретение относится к электронной и ускорительной технике для повышения электрической и механической прочности вакуумно-плотных окон ввода и/или вывода энергии СВЧ-излучения в волноводные ускоряющие структуры и может быть использовано при создании/эксплуатации мощных современных ускорителей электронов.

Многоканальное коммутирующее устройство свч с изолированными электродами // 2653180

Изобретение относится к полупроводниковым изделиям, предназначенным для СВЧ управляющих устройств. Сущность изобретения заключается в том, что коммутирующее устройство СВЧ с изолированными электродами изготовлено на графене, где в качестве подложки использован кремний, затем последовательно размещены: слой оксида кремния (SiO2), двумерный слой графена, который служит нижней обкладкой конденсатора, поверх которого нанесен комбинированный диэлектрик, содержащий аморфный слой оксида алюминия (Al2O3), аморфный слой диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной, например двуокиси гафния (HfO2) и повторно аморфный слой оксида алюминия (Al2O3), а поверх диэлектрика размещены металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку, по меньшей мере, трех управляемых напряжением конденсаторов, образующих 3-х электродную 2-х канальную конфигурацию.

Поляризационный селектор // 2663556

Изобретение относится к области антенной техники. Поляризационный селектор состоит двух одинаковых соединенных последовательно секций, расположенных соосно, каждая из которых содержит круглый волновод, с присоединенным прямоугольным волноводом. Каждая секция содержит два короткозамкнутых шлейфа в круглом волноводе, а в прямоугольном волноводе - штыревой зонд, который соединен петлевым вибратором. Первая секция селектора установлена в первом блоке приемопередатчика и подключена через прямоугольный волновод к антенному входу первого блока приемопередатчика, а вторая секция установлена во втором блоке приемопередатчика и подключена через прямоугольный волновод к антенному входу второго блока приемопередатчика. Второй блок приемопередатчика присоединен соосно с первым блоком приемопередатчика с поворотом на угол 90°. Технический результат - уменьшение потерь сигнала, сопряжение блоков приемопередатчиков между собой без введения дополнительных СВЧ-трактов в режиме «1+1», при котором организуются два интервала связи, по которым передается одна и та же информация, с автоматическим выбором лучшего канала связи. 1 ил.