широкополосный волноводный поляризатор

Формула изобретения

Широкополосный волноводный поляризатор, содержащий отрезок круглого волновода и две установленные в нем диаметрально противоположные металлические пластины с металлическими стержнями, отличающийся тем, что отрезок круглого волновода выполнен переменного сечения, симметрично расширяющегося к середине, при этом расстояние между продольными пластинами постоянно и равно диаметру входного (выходного) сечения отрезка круглого волновода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к волноводной технике, и может быть использовано в составе антенно-волноводных устройств (АВУ) станций спутниковой и радиорелейной связи СВЧ-диапазона.

В настоящее время в системах связи для увеличения пропускной способности как при приеме, так и при передаче сигналов используется повторное использование частот на основе поляризационного уплотнения. Такая организация связи требует использования в составе станций связи АВУ, обеспечивающих разделение сигналов ортогональных поляризаций с высоким уровнем развязки, что в конечном счете проявляется в повышении требований к характеристикам элементов АВУ, в частности к характеристикам волноводных поляризаторов, которые должны иметь в полосе рабочих частот кроссполяризационную развязку не менее 33 дБ. Развязка с таким уровнем может быть реализована при максимальной дисперсии дифференциального фазового сдвига (ДФС) поляризатора в пределах 2,5 и соответствующем уровне согласования.

Известен широкополосный поляризатор на волноводе круглого сечения [1], в котором отклонение от создаваемого ДФС (/2 или ) минимизируется выбором фазосдвигающего элемента в виде комбинации продольных металлических и диэлектрических пластин, взаимно компенсирующих отклонения фазы. Основными недостатками этого поляризатора являются неприемлемые вносимые потери, связанные с наличием в волноводе диэлектрика, а также отсутствие элементов подстройки (регулировки) фазового сдвига и согласования.

Известен широкополосный поляризатор на волноводе круглого сечения [2], являющийся прототипом, в котором для создания ДФС используется комбинация диаметрально противоположных продольных пластин, имеющих на концах ступенчатые или плавные переходы с параллельными им рядами емкостных металлических стержней.

Однако использование такой комбинации из двух протяженных неоднородностей приводит к повышенному отражению составляющей электрического поля, лежащей в плоскости фазосдвигающего элемента, по сравнению с ортогональной составляющей, что, в конечном счете, сказывается на достижимом коэффициенте эллиптичности. К тому же такая конструкция фазосдвигающего элемента не технологична, поскольку требует специальных приспособлений для контроля установки металлических пластин в отрезке круглого волновода.

Целью настоящего изобретения является уменьшение коэффициента эллиптичности и потерь на отражение широкополосного волноводного поляризатора, а также улучшение технологичности его конструкции. Для достижения этой цели предлагается поляризатор, содержащий отрезок круглого волновода и две установленные в нем диаметрально противоположные металлические продольные пластины с металлическими стержнями.

Согласно изобретению отрезок круглого волновода выполнен переменного сечения, симметрично расширяющегося к середине, при этом расстояние между металлическими пластинами постоянно и равно входному (выходному) диаметру отрезка круглого волновода.

Такая конфигурация поляризатора позволяет минимизировать дисперсию ДФС между составляющими электрического поля в плоскости фазосдвигающего элемента и в ортогональной ей плоскости, уменьшить потери на отражение для составляющей поля в плоскости расположения фазосдвигающего элемента и упростить технологию изготовления (по всей длине расстояние между пластинами постоянно и равно входному и выходному диаметрам круглого волновода).

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого изобретения из литературы не известны, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 приведен общий вид широкополосного поляризатора; на фиг.2 - вид по стрелке А фигуры 1; на фиг.3 - частотная зависимость ДФС /2-поляризатора.

Широкополосный поляризатор (фиг.1 и 2) содержит отрезок круглого волновода переменного сечения, симметрично расширяющегося к середине, 1, в котором установлены диаметрально расположенные продольные металлические пластины 2 с рядами емкостных металлических стержней 3. Расстояние между пластинами 2 постоянно по всей длине и равно входному (выходному) диаметру отрезка круглого волновода. Закон изменения сечения и длина отрезка круглого волновода 1, а также количество и длина стержней 3 выбраны таким образом, что при прохождении через поляризатор волна (ТЕ₁₁)|| с вектором электрического поля, лежащим в плоскости расположения пластин со штырями, и ортогональная ей волна (TE₁₁) получают такие фазовые сдвиги Ф|| и Ф, при которых ДФС, равный Ф=|Ф||-Ф|, имеет в рабочей полосе частот минимальное отклонение от /2 или .

Закон изменения сечения отрезка круглого волновода с входным (выходным) диаметром D₀ в этом поляризаторе выбран в виде:

-L/2l-L/4, L/4lL/2

D(t)=D_m -L/4lL/4,

при этом D₀=0.82₀, D_m/D₀=1.12, L=1.5₀, где ₀ - длина волны в свободном пространстве на частоте f/₀.

На фиг.3 представлена частотная зависимость ДФС /2-поляризатора, содержащего 7 пар металлических стержней, в полосе частот 21%, из которой следует, что максимальное отклонение ДФС от 90 не превышает 2,3.

Предложенный поляризатор обеспечивает высокий коэффициент эллиптичности и минимальные потери на отражение. Поляризатор является составной частью антенно-волноводного устройства зеркальной антенны.

Источники информации

1. Орлеанская Э.В. Фазовращатель на круглом волноводе. А.С. N209555 (СССР), 1968.

2. Модель A.M., Орлеанская Э.В. Широкополосный волноводный поляризатор. A.C. N246612 (СССР), 1969.