Волноводный поляризатор

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в технике СВЧ, в частности в технике спутникового телевидения. Волноводный поляризатор содержит отрезок, например, круглого волновода с расположенной в нем фазосдвигающей секцией. Секция выполнена в виде густой решетки из коротких прямолинейных проводников и содержит бесконтактные проводники, закрепленные внутри волновода с помощью диэлектрических держателей, например, в виде трубок или с помощью общей диэлектрической пластины. Техническим результатом является увеличение развязки по поляризации и уменьшение продольных габаритов поляризатора. 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в технике СВЧ, в частности в технике спутникового телевидения.

Известен волноводный поляризатор, состоящий из отрезка волновода и расположенной в нем фазосдвигающей секции в виде диэлектрической пластины [1].

Недостатком этого устройства является недостаточно высокая развязка по поляризации в рабочем диапазоне частот из-за зависимости дифференциального фазового сдвига (ДФС) от частоты, а также большой продольный габарит.

Известен волноводный поляризатор, состоящий из отрезка волновода и расположенной в нем фазосдвигающей секции в виде тонкой диэлектрической пластины, на которой выполнен продольный плоский проводник [2].

Недостатками этого устройства являются недостаточно высокая развязка по поляризации в рабочем диапазоне частот из-за зависимости ДФС от частоты, а также большой продольный габарит из-за необходимости выполнения трансформаторов на концах плоского проводника для его согласования.

Известен также волноводный поляризатор (прототип), состоящий из отрезка круглого волновода и расположенной в нем фазосдвигающей секции, состоящей из решетки прямолинейных проводников, выполненных в виде металлических штырей, закрепленных на стенке волновода и установленных в одной плоскости [3]. Штыри могут устанавливаться в два ряда.

Недостатками этого устройства являются недостаточно высокая развязка по поляризации в рабочем диапазоне частот из-за зависимости ДФС от частоты, большой продольный габарит и трудность изготовления.

В основу настоящего изобретения положена задача создать волноводный поляризатор, который обеспечивал бы увеличение развязки по поляризации в рабочем диапазоне частот. Поставленная задача решается тем, что в волноводный поляризатор, состоящий из отрезка волновода, например, круглого поперечного сечения и фазосдвигающей секции, выполненной в виде решетки из прямолинейных проводников, расположенных в плоскости, проходящей через ось волновода, согласно изобретению фазосдвигающая секция выполнена в виде густой решетки из прямолинейных коротких проводников, содержащей бесконтактные проводники, причем бесконтактные проводники закреплены внутри волновода с помощью диэлектрических держателей, например в виде трубок, или с помощью общей диэлектрической пластины.

Такое выполнение волноводного поляризатора позволяет увеличить развязку по поляризации в рабочем диапазоне частот. Увеличение развязки основано на стабилизации ДФС. Изобретение поясняется чертежами, где

- на фиг.1 изображен вариант выполнения устройства с фазосдвигающей секцией в виде густой решетки из плоских прямолинейных коротких проводников, расположенных на общей тонкой диэлектрической пластине;

- на фиг.2 изображен вариант выполнения устройства с фазосдвигающей секцией в виде густой решетки, содержащей отрезки цилиндрического провода, закрепленного в диэлектрических трубках;

- на фиг.3 изображен вариант выполнения устройства с фазосдвигающей секцией в виде густой решетки из прямолинейных цилиндрических коротких проводников, расположенных внутри диэлектрической пластины;

- на фиг.4 изображены расчетные зависимости вносимой проводимости для двух встречных штырей и двух встречных бесконтактных проводников.

Волноводный поляризатор для формирования волны, например, с круговой поляризацией поля может быть выполнен на основе круглого или какого-либо другого волновода. Для примера рассмотрим круглый волновод. Волноводный поляризатор по фиг.1 содержит отрезок круглого волновода 1 с расположенной в нем соосно фазосдвигающей секцией, выполненной в виде тонкой диэлектрической пластины 2, расположенной в плоскости, проходящей через ось 3 волновода 1. На диэлектрической пластине 2 выполнена густая решетка из, например, девяти плоских коротких прямолинейных проводников 4. Плоские проводники 4 расположены симметрично относительно оси 3, изготовлены, например, методом травления тонкого фольгированного диэлектрического листа и выполнены бесконтактными (у них отсутствует электрический контакт со стенкой волновода 1). Диэлектрическая пластина 2 закреплена на стенке круглого волновода 1, например, с помощью клея. Возбуждение волновода 1 осуществляется волной линейной поляризации, плоскость поляризации которой ориентирована под углом 45° по отношению к плоскости пластины 2. Геометрия проводников 4 выбрана из условия согласования поляризатора в заданном диапазоне частот и обеспечения ДФС в 90°. Заметим, что у предлагаемого поляризатора число проводников в 1,5 раза больше, чем у штыревого (9 против 6), а длина поляризатора уменьшается за счет укорочения длины волны в волноводе из-за влияния диэлектрической пластины 2.

Волноводный поляризатор по фиг.2 содержит отрезок круглого волновода 5 с расположенной в нем соосно фазосдвигающей секцией, выполненной в виде густой решетки из прямолинейных проводников, расположенных в плоскости, проходящей через ось 6 волновода 5. Часть прямолинейных проводников выполнена в виде бесконтактных цилиндрических отрезков провода 7, закрепленных с помощью диэлектрических держателей, например диэлектрических трубок 8. В каждой трубке 8 может быть закреплено несколько бесконтактных отрезков провода 7, расположенных симметрично относительно оси 6. Концы 9 диэлектрических трубок 8 закреплены на стенке волновода 5, например, с помощью коротких винтов 10, ввернутых сквозь резьбовые отверстия 11 в стенке волновода 5. При этом винты 10 входят в отверстия трубок 8 и представляют собой короткие прямолинейные проводники в виде штырей. Заметим, что у предлагаемого поляризатора число проводников в 2 раза больше, чем у штыревого такой же длины (12 против 6), а сами проводники выполнены более короткими.

Волноводный поляризатор по фиг.3 содержит отрезок круглого волновода 12 с расположенной в нем соосно фазосдвигающей секцией, выполненной в виде диэлектрической пластины 13, расположенной в плоскости, проходящей через ось 14 волновода 12. Внутри диэлектрической пластины 13 выполнены отверстия 15, предназначенные для размещения густой решетки из, например, девяти коротких прямолинейных цилиндрических проводников 16. Проводники 16 выполнены бесконтактными и расположены симметрично относительно оси 14. Диэлектрическая пластина 13 может быть закреплена внутри волновода 12 с помощью клея или с помощью, например, дополнительных четырех коротких винтов, ввернутых в стенку волновода 12 и выполняющих роль штырей.

Рассмотрим принцип действия устройства. Решетка проводников задерживает волну, плоскость поляризации которой параллельна плоскости решетки. Эта задержка определяет ДФС поляризатора. Для получения широкополосных свойств устройства важно обеспечить постоянство величины ДФС в рабочем диапазоне частот. В предложенном устройстве это достигается за счет выполнения густой решетки, содержащей короткие проводники, в том числе бесконтактные 4, 7, 16. Во-первых, короткие проводники 4, 7, 10, 16 обладают свойством стабилизировать вносимый фазовый сдвиг в рабочем диапазоне частот. Во-вторых, плоские проводники 4 могут быть протяженными вдоль оси волновода 1, что также стабилизирует ДФС. В-третьих, бесконтактные проводники 4, 7, 16 имеют более равномерную частотную характеристику ДФС по сравнению со штырями. На фиг.4 приведены частотные зависимости проводимости, вносимой парой встречных бесконтактных проводников (пунктирные кривые 17) и парой встречных штырей (сплошные кривые 18), для трех сопоставимых величин вносимой проводимости b. Расчет проводился с помощью моделирующей программы для радиуса волновода 28,5 мм. Видно, что для малых величин вносимой проводимости (b приближенно равно 0,1) и соответственно коротких проводников частотные характеристики проводимостей практически совпадают и носят равномерный характер. Для больших значений b, например от 0,4 до 0,7, кривые проводимостей для бесконтактных проводников зависят от частоты слабее, чем для штырей. Таким образом, введение густой решетки, содержащей бесконтактные короткие проводники, позволяет обеспечить слабую частотную зависимость величины ДФС и увеличить развязку по поляризации. Расчеты показывают, что развязка по поляризации предложенного поляризатора в 20% рабочем диапазоне частот составляет 20,7 дБ, а у поляризатора по прототипу 14,7 дБ, то есть выигрыш составляет 6 дБ. Поляризаторы по фиг.1, 2, 3 являются достаточно простыми. Увеличение же числа проводников вдоль поляризатора позволяет выполнить проводники еще более короткими и улучшить характеристики поляризатора. Продольный габарит штыревого поляризатора при этом значительно возрастает. В предложенном устройстве (например, фиг.2) увеличение количества коротких проводников происходит как вдоль осей винтов 10, так и вдоль оси 6 волновода 5, что позволяет примерно в 1,5 раза уменьшить продольный габарит поляризатора по сравнению с устройством по прототипу.

Варианты поляризатора по фиг.1, 3 удобны с точки зрения монтажа диэлектрической пластины в волноводе. Поляризатор по фиг.2, 3 обеспечивает возможность подстройки поляризатора за счет регулирования длины коротких винтов.

Достоинствами предложенного технического решения являются улучшение характеристик, в частности увеличение величины развязки по поляризации, а также уменьшение продольного габарита устройства.

Настоящее изобретение целесообразно использовать в различных устройствах СВЧ и, в частности, в приемных установках спутникового телевидения для выбора поляризации принимаемого сигнала.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1981, с.245. Рис.8.6.

2. Патент СССР №2037921, Н 01 Р 1/161, 1994.

3. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств, М.: Энергия, 1973 г., стр.146, рис.3-14 (в).

Волноводный поляризатор, состоящий из отрезка волновода, например, круглого поперечного сечения и фазосдвигающей секции, выполненной в виде решетки из прямолинейных проводников, расположенных в плоскости, проходящей через ось волновода, отличающийся тем, что фазосдвигающая секция выполнена в виде густой решетки из прямолинейных коротких проводников, содержащей бесконтактные проводники, причем бесконтактные проводники закреплены внутри волновода с помощью диэлектрических держателей, например, в виде трубок или с помощью общей диэлектрической пластины.