Устройство для поворота плоскости поляризации

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике. Технический результат заключается в сокращении продольного размера, расширении рабочего диапазона частот и в возможности трансформации сечения волновода одновременно с поворотом плоскости поляризации. Устройство содержит отрезок волновода с короткозамыкателями на торцах и двумя взаимно перпендикулярными прямоугольными отверстиями на входе и выходе. Отрезок волновода имеет прямоугольное сечение и длину, равную размеру широкой стороны отверстия на входе, а размер широкой стенки равен размеру широкой стороны отверстия на выходе. Размер узкой стенки b выбран из условия b₁≤b≤b₂, где b₁ и b₂ - размеры узких сторон отверстий на входе и выходе. Отверстия расположены на обеих широких стенках отрезка волновода таким образом, что широкая сторона прямоугольного отверстия на входе совпадает с ребром, образованным пересечением плоскостей широкой и узкой стенок отрезка волновода, а широкая сторона прямоугольного отверстия на выходе совпадает с ребром, образованным пересечением плоскостей короткозамыкателя и другой широкой стенки отрезка волновода. При этом внутри отрезка волновода напротив каждого из прямоугольных отверстий установлены согласующие прямые призмы. При этом в отрезке волновода между узкой стенкой и короткозамыкателем установлен плоский согласующий отражатель. 2 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике.

Известен волноводный уголок [пат. России №2171522 C1, H01Р 1/02, заявл. 2000 г., опубл. 2001 г., авт. В.А.Митин, Б.П.Ястребов, Р.Д.Позднякова], содержащий входной и выходной волноводы с отражателями, расположенные под прямым углом один относительно другого, в которых узкая стенка входного волновода совмещена с широкой стенкой выходного волновода, а плоский отражатель входного волновода наклонен под углом 130°-140° к его узкой стенке и имеет длину Д₁=(1÷1,2)а₁, где а₁ - размер широкой стенки входного волновода. При этом отражатель в виде трехгранной призмы установлен так, что одна ее грань совпадает с широкой стенкой входного волновода, другая - с совмещенной стенкой входного и выходного волноводов.

Известен волноводный уголок [пат. России №2267192 C1, H01Р 1/02, заявл. 2004 г., опубл. 2005 г., авт. В.А.Митин, Н.А.Винярская, В.А.Крылов, М.С.Рыбин], содержащий входной и выходной волноводы, расположенные под прямым углом один относительно другого, в которых из одного в другой распространяется СВЧ-сигнал основной моды и у которых узкая стенка входного волновода совмещена с широкой стенкой выходного волновода, и два отражателя, один из них плоский отражатель входного волновода наклонен под углом α=130°÷140° к его узкой стенке, а другой отражатель установлен так, что одна его грань совпадает с широкой стенкой входного волновода, а другая - с совмещенной стенкой входного и выходного волноводов, при этом плоский отражатель входного волновода имеет длину Д=(0,7÷0,95)а₁, где a₁ - размер широкой стенки входного волновода, а другой отражатель выполнен в виде четырехгранной прямой призмы, имеющей длину L=(0,65÷1,0)a₂, где a₂ -размер широкой стенки выходного волновода.

Основным недостатком этих технических решений является большой продольный размер.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для поворота плоскости поляризации, авт. свидетельство SU №612584А1 Н01Р/165 от 22.02.1977 г., авт. Ж.И.Лобкова и Н.С.Барит, содержащее четвертьволновый отрезок волновода Г-образного поперечного сечения с короткозамыкателями на входе и выходе, которые вместе со стенками волновода образуют два взаимно перпендикулярных прямоугольных отверстия, соответственно, входное и выходное, размер широких сторон которых лежит в пределах 0,5λ_н≤g≤0,7λ_b., где 0,5λ_н - длина волны в свободном пространстве для нижней частоты рабочего диапазона; 0,7λ_b - длина волны в свободном пространстве для верхней частоты рабочего диапазона.

Основными недостатками указанного технического решения являются большой продольный размер и малый рабочий диапазон частот.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что устройство для поворота плоскости поляризации содержит отрезок волновода с короткозамыкателями на торцах и двумя взаимно перпендикулярными прямоугольными отверстиями на входе и выходе. Новыми признаками предлагаемого устройства для поворота плоскости поляризации является то, что отрезок волновода имеет прямоугольное сечение, а размеры прямоугольных отверстий на входе и на выходе отрезка волновода различны, причем отрезок волновода имеет длину, равную размеру широкой стороны отверстия на входе, размер широкой стенки, равный размеру широкой стороны отверстия на выходе, размер узкой стенки b выбран из условия b₁≤b≤b₂, где b₁ и b₂ - размеры узких сторон отверстий на входе и выходе. При этом отверстия расположены на обеих широких стенках отрезка волновода таким образом, что широкая сторона прямоугольного отверстия на входе совпадает с ребром, образованным пересечением плоскостей широкой и узкой стенок отрезка волновода, а широкая сторона прямоугольного отверстия на выходе совпадает с ребром, образованным пересечением плоскостей короткозамыкателя и другой широкой стенки отрезка волновода. При этом внутри отрезка волновода напротив каждого из прямоугольных отверстий установлены согласующие прямые призмы. Эти призмы лежат одной боковой гранью на одной из широких стенок отрезка прямоугольного волновода, а другой боковой гранью на его узкой стенке на входе и на короткозамыкателе на выходе. Каждая призма расположена таким образом, чтобы не пересекать прямоугольных отверстий на входе и выходе. При этом в отрезке волновода между узкой стенкой и короткозамыкателем установлен плоский согласующий отражатель.

Технический результат предлагаемого решения заключается в сокращении продольного размера, расширении рабочего диапазона частот, а также в возможности трансформации сечения волновода одновременно с поворотом плоскости поляризации.

На фиг.1 приведено схематическое изображение устройства для поворота плоскости поляризации.

На фиг.2 приведен график зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) от частоты (f) в диапазоне частот (Δf) для различных реализаций устройства для поворота плоскости поляризации, размеры которого представлены в таблице.

Устройство для поворота плоскости поляризации состоит из отрезка прямоугольного волновода 1, прямоугольных отверстий на входе 2 и выходе 3, короткозамыкателей на торцах отрезка волновода 4 и 5, согласующих прямых призм на входе 6 и на выходе 7, плоского согласующего отражателя 8, узких стенок отрезка прямоугольного волновода 9, 10, широких стенок прямоугольного волновода 11, 12.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем: СВЧ-сигнал, поступивший в отрезок прямоугольного волновода 1 с короткозамыкателями 4 и 5 через прямоугольное отверстие на входе 2, далее последовательного отразившись от согласующей призмы 6, согласующего отражателя 8 и согласующей призмы 7, выходит из него через прямоугольное отверстие на выходе 3. Согласование предлагаемого устройства по КСВ обеспечено за счет расположенных определенным образом, относительно прямоугольных отверстий на входе и выходе, согласующих прямых призм и плоского согласующего отражателя, а поворот плоскости поляризации за счет перпендикулярного расположения прямоугольных отверстий на входе и выходе, через которые распространяется сигнал основной моды - волны Н₁₀. Причем за счет того, что отверстие на входе 2 не равно отверстию на выходе 3, происходит трансформация сечений.

Сокращение продольного размера устройства для поворота плоскости поляризации получено за счет того, что отрезок прямоугольного волновода ориентирован своей продольной осью перпендикулярно направлению распространения СВЧ-сигнала через прямоугольные отверстия на входе и выходе, а расширение рабочего диапазона частот достигнуто за счет определенного выбора размеров согласующих прямых призм и плоского отражателя.

Результаты практической реализации предложенного технического решения не вызывают сомнения. Изготовлены и прошли испытания экспериментальные образцы устройств поворота плоскости поляризации различных сечений для различных частот. Испытания подтвердили реализацию заявленного технического эффекта.

Устройство для поворота плоскости поляризации, содержащее отрезок волновода с короткозамыкателями на торцах и двумя взаимно перпендикулярными прямоугольными отверстиями на входе и выходе, отличающееся тем, что отрезок волновода имеет прямоугольное сечение, а размеры прямоугольных отверстий на входе и на выходе отрезка волновода различны, причем отрезок волновода имеет длину, равную размеру широкой стороны отверстия на входе, размер широкой стенки, равный размеру широкой стороны отверстия на выходе, размер узкой стенки b выбран из условия b₁≤b≤b₂, где b₁ и b₂ - размеры узких сторон отверстий на входе и выходе, при этом отверстия расположены на обеих широких стенках отрезка волновода таким образом, что широкая сторона прямоугольного отверстия на входе совпадает с ребром, образованным пересечением плоскостей широкой и узкой стенок отрезка волновода, а широкая сторона прямоугольного отверстия на выходе совпадает с ребром, образованным пересечением плоскостей короткозамыкателя и другой широкой стенки отрезка волновода, при этом внутри отрезка волновода напротив каждого из прямоугольных отверстий установлены согласующие прямые призмы, не пересекающие другие прямоугольные отверстия и лежащие одной боковой гранью на одной из широких стенок отрезка прямоугольного волновода, а другой боковой гранью на его узкой стенке на входе и на короткозамыкателе на выходе, при этом в отрезке волновода между узкой стенкой и короткозамыкателем установлен плоский согласующий отражатель.