Компактная 90-градусная скрутка в прямоугольном волноводе

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к волноводным преобразователям плоскости поляризации. Компактная 90-градусная скрутка состоит из входного волновода с горизонтальной поляризацией, соосного с ним выходного волновода с вертикальной поляризацией и преобразователя поляризации, размещаемого между входным и выходным волноводами. Преобразователь поляризации имеет крестообразное окно связи, представляющее собой комбинацию двух перпендикулярных прямоугольных окон, стороны которых параллельны стенкам входного волновода с горизонтальной поляризацией и выходного волновода с вертикальной поляризацией. В плоскости, перпендикулярной осям входного волновода с горизонтальной поляризацией и выходного волновода с вертикальной поляризацией, прямоугольные окна имеют размеры, превышающие размеры входного волновода с горизонтальной поляризацией и выходного волновода с вертикальной поляризацией. Преобразование поляризации осуществляется на двух ребрах, лежащих на одной из диагоналей квадратной области пересечения перпендикулярных прямоугольных окон. Длина преобразователя поляризации, размеры прямоугольных окон, длина и толщина ребер определяются исходя из условий наилучшего согласования компактной 90-градусной скрутки в требуемом частотном диапазоне. Технический результат - расширение относительной полосы рабочих частот при уменьшении продольных размеров. 2 ил.

 

Изобретение относится к волноводной технике, в частности к волноводным преобразователям плоскости поляризации электромагнитной волны, и может быть использовано при разработке антенных и фидерных устройств различных радиотехнических систем сверхвысокочастотного диапазона длин волн.

Интерес к волноводным линиям передачи при построении радиотехнических систем различного назначения обусловлен рядом преимуществ этого типа направляющих систем по отношению к другим:

- высокая энергетическая эффективность (коэффициент полезного действия);

- сохранение работоспособности на высоком уровне мощности в жестких условиях применения;

- возможность разбиения сложного волноводного устройства на простые функциональные узлы, удобные для изготовления и настройки, и простота их последующего сочленения;

- технологичность.

Одним из наиболее распространенных видов металлических волноводов является волновод прямоугольного сечения. При компоновке волноводного устройства, построенного на базе прямоугольного волновода, зачастую возникает необходимость изменить плоскость поляризации распространяющейся в линии электромагнитной волны. Известны устройства изменения плоскости поляризации распространяющейся в прямоугольном волноводе электромагнитной волны - т.н. скрутки. Наиболее распространенный вариант - плавная скрутка, получаемая скручиванием стандартного прямоугольного волновода [1]. Плавные скрутки часто изготавливаются способом заполнения полости трубы прямоугольного сечения материалом с низкой точкой плавления, скручиванием ее на требуемый угол и последующим удалением легкоплавкого материала. Возможно изготовление плавной скрутки методом электроформирования. К достоинствам такого устройства следует отнести его широкополосность - при обеспечении достаточной плавности поворота плоскости поляризации (длина плавной скрутки должна быть не менее нескольких длин волн) ширина полосы рабочих частот по уровню коэффициента отражения -30 дБ может достигать ширины полосы рабочих частот соответствующего прямоугольного волновода. Недостатками плавных скруток являются их значительная длина и сложность в изготовлении.

В [2] описана компактная 90-градусная скрутка, представляющая собой два соосных ортогональных прямоугольных волновода, между которыми размещается преобразователь поляризации. Преобразователь поляризации имеет окно квадратного сечения. В окне квадратного сечения преобразователя поляризации под углом 45 градусов к стенкам прямоугольных волноводов установлен штырь. Данные о ширине полосы рабочих частот и геометрических размерах описанной компактной 90-градусной скрутки в [2] не приводятся. Проведенные расчеты для такой конструкции компактной 90-градусной скрутки дали следующие результаты: относительная ширина полосы рабочих частот, определяемая как , по уровню коэффициента отражения - 30 дБ составляет ≈7.8%, а электрическая длина преобразователя поляризации - , где λg0 - длина волны в прямоугольных волноводах, вычисленная для центральной частоты рабочего диапазона .

Похожий вариант компактной 90-градусной скрутки приведен в [3]. Это устройство представляет собой два соосных ортогональных прямоугольных волновода, между которыми размещается преобразователь поляризации, имеющий окно прямоугольного сечения. Стороны окна прямоугольного сечения расположены под углом 45° к стенкам прямоугольных волноводов. Размеры сторон окна превышают размеры соответствующих сторон волноводов. Данные о ширине полосы рабочих частот и геометрических размерах компактной 90-градусной скрутки в [3] также не приводятся. Проведенные расчеты для такой конструкции компактной 90-градусной скрутки дали следующие результаты: относительная ширина полосы рабочих частот составляет ≈7.8%, а электрическая длина преобразователя поляризации - ≈0.491*λg0.

Два вида компактных 90-градусных скруток в прямоугольном волноводе описаны в [4]. Это компактная 90-градусная скрутка с Г-образной секцией и компактная 90-градусная скрутка баночного типа с резонансными щелями. Электрическая длина компактных 90-градусных скруток данных типов согласно [4] составляет . Относительная ширина полосы рабочих частот по уровню КСВ≤1,2 (коэффициент отражения меньше -21 дБ) составляет 8% для скрутки с Г-образной секцией и 6% для скрутки баночного типа с резонансными щелями.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является компактная 90-градусная скрутка, описанная в [5], [6]. Эта компактная 90-градусная скрутка представляет собой устройство, содержащее два соосных ортогональных прямоугольных волновода, между которыми размещается преобразователь поляризации. Преобразователь поляризации имеет окно квадратного сечения, в котором имеются два выступа, диагонально расположенных в углах окна квадратного сечения. Характеристики такой компактной 90-градусной скрутки определяются размерами окна квадратного сечения, формой выступов и длиной преобразователя поляризации. Согласно [5] относительная ширина полосы рабочих частот по уровню коэффициента отражения - 30 дБ для компактной 90-градусной скрутки с квадратными усеченными под углом 45 градусов выступами в окне квадратного сечения составляет 26%. Согласно [6] относительная ширина полосы рабочих частот по уровню КСВ≤1,1 (коэффициент отражения меньше - 26,5 дБ) для компактной 90-градусной скрутки с квадратными выступами в окне квадратного сечения составляет 36,5% при электрической длине. Согласно этому же источнику для компактной 90-градусной скрутки с квадратными выступами, имеющими квадратные вырезы, может быть получена относительная ширина полосы рабочих частот 44,5% по уровню коэффициента отражения -40 дБ, но за счет значительного (до; ) увеличения электрической длины.

Целью настоящего изобретения является создание технологичной конструкции компактной 90-градусной скрутки в прямоугольном волноводе, обеспечивающей широкую относительную полосу рабочих частот при уменьшении продольных размеров.

На фиг. 1 представлен общий вид одного из вариантов выполнения предлагаемой компактной 90-градусной скрутки в прямоугольном волноводе. Компактная 90-градусная скрутка состоит из входного волновода с горизонтальной поляризацией 1, соосного с ним выходного волновода с вертикальной поляризацией 2 и преобразователя поляризации 3, размещаемого между входным волноводом 1 и выходным волноводом 2. Преобразователь поляризации 3 имеет крестообразное окно связи 4, представляющее собой комбинацию двух перпендикулярных прямоугольных окон, стороны которых параллельны стенкам входного волновода 1 и выходного волновода 2. В плоскости, перпендикулярной осям входного волновода 1 и выходного волновода 2, прямоугольные окна имеют размеры, превышающие размеры входного волновода 1 и выходного волновода 2. Преобразование поляризации осуществляется на двух ребрах, лежащих на одной из диагоналей квадратной области пересечения перпендикулярных прямоугольных окон. Длина преобразователя поляризации, размеры прямоугольных окон, длина и толщина ребер определяются исходя из условий наилучшего согласования компактной 90-градусной скрутки в требуемом частотном диапазоне.

Электромагнитная волна горизонтальной поляризации поступает на вход входного волновода 1, подается через него на преобразователь поляризации 3 и, претерпев поворот плоскости поляризации, выходит из выходного волновода 2.

На фиг. 2 представлена зависимость коэффициента отражения от частоты для предлагаемой компактной 90-градусной волноводной скрутки. Относительная ширина полосы рабочих частот по уровню коэффициента отражения - 30 дБ составляет ≈51,4%, а электрическая длина преобразователя поляризации - .

Источники информации

1. Дж. К. Саусворт. Принципы и применения волноводной передачи / пер. с англ. под ред. В.И. Сушкевича. - М.: Советское радио, 1955.

2. А.Ф. Харвей. Техника сверхвысоких частот Т.1 / пер. с англ. под ред. В.И. Сушкевича. - М.: Советское радио, 1965.

3. Авторское свидетельство SU 1337938. Волноводная ступенчатая скрутка / И.А. Бобенко, И.А. Морозова, Л.З. Пазин, Л.А. Руденко, 1987.

4. Позднякова Р.Д., Митин В.А., Синани А.И., Винярская Н.А., Ястребов Б.П. Системы распределения СВЧ-сигнала в антеннах с высокой энергетической эффективностью. - Антенны, выпуск 2 (93), 2005.

5. Патент US 6995628 Waveguide twist having quadrate sections / Hideki Asao, Hirotaka Kamino, Naofumi Yoneda, Muneaki Mukuda, Koji Yamasaki, 2006.

6. Литвинов В.P., Рудь Л.А., Свердленко. Компактные 90-градусные скрутки в прямоугольных волноводах. - Известия ВУЗов. Радиоэлектроника, Т. 53 №3, 2010.

Компактная 90-градусная скрутка в прямоугольном волноводе, состоящая из входного волновода с горизонтальной поляризацией, соосного с ним выходного волновода с вертикальной поляризацией и преобразователя поляризации, размещаемого между входным волноводом с горизонтальной поляризацией и выходным волноводом с вертикальной поляризацией, отличающаяся тем, что преобразователь поляризации имеет крестообразное окно связи, представляющее собой комбинацию двух перпендикулярных прямоугольных окон, стороны которых параллельны стенкам входного волновода с горизонтальной поляризацией и выходного волновода с вертикальной поляризацией, имеющую два ребра, лежащих на одной из диагоналей квадратной области пересечения перпендикулярных прямоугольных окон, причем в плоскости, перпендикулярной осям входного волновода с горизонтальной поляризацией и выходного волновода с вертикальной поляризацией, прямоугольные окна имеют размеры, превышающие размеры входного волновода с горизонтальной поляризацией и выходного волновода с вертикальной поляризацией.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в радиоэлектронной аппаратуре для защиты от пробоя каскадов приемного тракта. Устройство содержит входную и выходную линии связи, три полосковых (стержневых) резонатора с параллельной электромагнитной связью и длиной, близкой к четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона.

Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые с одного конца полосковые проводники, а на вторую сторону нанесены короткозамкнутые с противоположного конца полосковые проводники, связанные электромагнитно.

Изобретение может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах систем локации и связи, в том числе в аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем Glonass, GPS для разделения сигналов поддиапазонов L1, L2, L3, в пассивных когерентных локационных системах для разделения сигналов ТВ и ФМ вещания.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в спутниковой связи и в системах непосредственного телевизионного вещания с поляризационным уплотнением.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим постоянный фазовый сдвиг между опорным каналом (компенсирующей линией) (ОК) и фазосдвигающим каналом (ФК) в широкой полосе частот.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к фильтрам. Полосно-пропускающий СВЧ-фильтр содержит установленные на металлическое основание и гальванически соединенные между собой боковыми поверхностями четвертьволновые резонаторы, изготовленные на основе коаксиальных керамических линий квадратного сечения.

Многослойный полосно-пропускающий фильтр содержит параллельные слои диэлектрика резонансной толщины, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства плоской решеткой параллельных тонкопленочных полосковых проводников с упорядоченными осями.

Изобретение относится к области радиоизмерительной СВЧ-техники и предназначено для автоматической регулировки коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВU) и неравномерности по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) и фазочастотной характеристике (ФЧХ) в СВЧ-приборах.

Изобретение относится к устройствам СВЧ-электроники и может быть использовано при конструировании нано- и микроэлектронных элементов для обработки сигналов. Элемент на магнитостатических спиновых волнах (МСВ) имеет две пары микрополосковых преобразователей, которые образуют два параллельных линейных канала распространения МСВ, разнесенных друг от друга на расстояние, обеспечивающее размещение между указанными каналами резонатора МСВ, взаимодействующего с линейными каналами.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение стойкости к деформации обмотки линейного фильтра.

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в антенных системах широкополосных передающих систем для согласованного переключения СВЧ мощности между двумя антеннами и синфазного деления мощности между ними. Переключатель-делитель СВЧ содержит кольцевую линию передачи, к которой на расстоянии четверти длины волны друг от друга подключены входная и две выходных линии, причем волновое сопротивление кольцевой линии находится в пределах от Z0 до √2×Z0, где Z0 - волновое сопротивление входной и выходных линий. В выходных линиях на расстоянии от точки подключения к кольцевой линии меньше одной восьмой длины волны, параллельно кольцевой линии передачи включены первый и второй коммутирующие диоды. К середине отрезка кольцевой линии между точками подключения выходных линий подключен третий коммутирующий диод, к другому концу которого подключен отрезок линии, закороченный на другом конце, и длиной меньше одной восьмой длины волны. Технический результат заключается в обеспечении хорошего согласования в широком диапазоне частот в обоих режимах. 3 ил.

Изобретение относится к технике СВЧ и электротехнике и может быть использовано для радиолокационных станций (РЛС) кругового обзора. Заявленное многофункциональное вращающееся устройство содержит последовательно соединенные коробку ввода кабелей, вращающееся контактное устройство и коаксиально-оптическое вращающееся сочленение с неподвижной частью и вращающейся частью, при этом в коаксиально-оптическое вращающееся сочленение встроен оптический вращающийся переход, вход и выход которого находится на общей оси вращения. Технический результат заключается в обеспечении возможности одновременной передачи высокочастотной, низкочастотной энергии и цифрового сигнала (по оптическому каналу через вращающийся оптический переход) от неподвижной к вращающейся части антенного поста РЛС, герметичности, компактности и универсальности конструкции, а также в обеспечении возможности удобного размещения устройства в конструкции антенного поста и подключения высокочастотных и низкочастотных и оптического кабелей через коробку ввода. 1 ил.
Наверх