СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛНОВОДНОГО ПОЛЯРИЗАТОРА
METHOD FOR MANUFACTURING OF WAVEGUIDE POLARISER

Область применения
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в технике СВЧ, в частности в технике спутникового телевидения.
Уровень техники
Известен волноводный поляризатор, состоящий из отрезка круглого 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 затухания в диэлектрике.
Известен волноводный поляризатор, состоящий из отрезка круглого 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.
Наиболее близким аналогом является волноводный поляризатор [4], 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.
Недостатком такого поляризатора является то, что он расположен вдоль всего поперечного среза волновода, в том числе проходит через середину волновода, что не позволяет использовать его в коаксиальных волноводах, например, при построении двухдиапазонных приемных устройств СВЧ-диапазона.
Технический результат заявленного изобретения заключается в упрощении конструкции, возможности производить точную настройку и смену поляризации (разворотом втулки внутри волновода на 90 градусов) и расширяется диапазон рабочих частот.
Реализация изобретения
Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ изготовления волноводного поляризатора, характеризующийся выполнением поляризатора в виде отрезка круглого волновода и расположенной в нем диэлектрической фазосдвигающей секции, в которой по обеим сторонам соосно располагают не менее двух пар прямолинейных проводников, отличается тем, что фазосдвигающую секцию выполняют в виде диэлектрической втулки из вспененного полиэтилена, в которой по обеим сторонам соосно располагают отверстия, в которых устанавливают не менее двух пар прямолинейных проводников в виде штырей, причем на конце каждого штыря устанавливают фланец. Кроме того, снаружи диэлектрической втулки поверх концов штырей размещают диэлектрическую ленту, причем так, что она изолирует штыри от стенок волновода. Кроме того, втулку поляризатора подбирают диаметром, чуть большим диаметра волновода. Кроме того, штыри располагают вплотную к стенкам волновода, и их длину подбирают таким образом, чтобы середина основного волновода оставалась свободной для размещения вспомогательного волновода меньшего диаметра (коаксиального волновода). Кроме того, штыри выполняют съемными относительно диэлектрической втулки.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показано конструктивное устройство фазосдвигающей секции поляризатора, где 1 - диэлектрическая втулка из вспененного полиэтилена, 2 - отверстия, 3 - прямолинейные проводники в виде штырей, 4 - клейкая диэлектрическая лента, которая изолирует штыри от стенок волновода, 5 - фланец.
На Фиг.2 показано конструктивное устройство волновода и его размещение на держателе параболической антенны, где 6 - цилиндрический облучатель, состоящий из не менее двух диэлектрических трубок, вставленных друг в друга с возможностью смещения относительно друг друга, 7 - защитный колпак (нос поляризатора), 8 - стенки волновода С-конвертера, 9 - С-конвертер, 10 - держатель С-конвертера на антенне.
Осуществление изобретения
Способ изготовления поляризатора может быть осуществлен на примере следующего выполнения его конструкции (см. Фиг.1, Фиг.2). Поляризатор выполняют состоящим из отрезка круглого волновода (8) и расположенной в нем фазосдвигающей секции в виде диэлектрической втулки (1) из вспененного полиэтилена, в которой по обеим сторонам соосно располагают отверстия (2), в которых установлено не менее двух пар прямолинейных проводников в виде штырей (3). Штыри (3) съемные, и фиксируются в отверстиях (2) диэлектрической втулки (1) за счет того, что диаметр отверстий несколько меньше диаметра штырей. Кроме того, штыри (3) имеют на конце фланец (5) (шляпку), не позволяющий им смещаться внутрь втулки. Дополнительное фиксирование штырей (3) на втулке обеспечивает клейкая диэлектрическая лента (4), которая одновременно изолирует контакт штырей от стенок волновода (8). Втулка (1) поляризатора имеет диаметр несколько больше диаметра волновода (8), и за счет сжатия и упругости вспененного полиэтилена прочно фиксирует поляризатор внутри волновода, под определенным углом к приемному зонду (обычно 45 градусов). Длина штырей определяется требуемым фазовым сдвигом, который должен обеспечивать поляризатор, и зависит от числа установленных пар штырей. Число пар штырей и их длина подбираются экспериментально путем смены штырей одной длины на штыри другой длины. Экспериментальные данные показывают, что при использовании пяти пар штырей их длина не превышает одной восьмой длины волны. За счет использования пяти и более пар штырей достигаются, высокие показатели дифференциального фазового сдвига (ДФС), и широкая полоса рабочих частот. Штыри расположены вплотную к стенкам волновода, и их длина такова, что середина основного волновода свободна, для размещения вспомогательного волновода меньшего диаметра (коаксиального волновода).
Расстояние между штырями равно четверти длины волны. Поэтому число штырей может быть две пары, три пары, пять пар и более. Чем больше пар штырей, тем шире полоса частот и тем больше развязка по ортогональной поляризации.
Длина штырей очень важна и она - переменная, в начале и в конце втулки штыри короче, в середине - длиннее.
Втулка (1) может перемещаться по волноводу (8), что позволяет производить точную настройку и смену поляризации (разворотом втулки внутри волновода на 90 градусов), что невозможно при штырях, жестко закрепленных на стенках. Изолированность штырей от стенок (за счет диэлектрической ленты (4)) расширяет диапазон рабочих частот.
Штыри (3) располагаются вблизи стенок волновода и не перегораживают центральную зону круглого волновода, что позволяет использовать его в двухдиапазонных конвертерах, когда требуется сквозь круглый волновод пропускать волновод меньшего диаметра.
Штыри (3) могут быть выполнены, например, из алюминиевых заклепок, применяемых в промышленности и имеющих строго определенный диаметр и длину. Есть заклепки диаметром 3.2, 4.0 и 4.8 мм длинной 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 мм. Выбирая ту или иную длину и диаметр заклепки (штыря), можно очень точно выполнить настройку поляризатора, так как при его изготовлении длина штырей и их диаметр чрезвычайно критичны в размерах.
Втулка (1) из вспененного полиэтилена может в небольших пределах сжиматься, что позволяет устанавливать поляризатор в волновод любого диаметра, в частности в С-диапазоне промышленные конвертеры имеют не строго постоянный диаметр.
Обычно он варьируется от 54 до 63 мм при использовании втулки из вспененного полиэтилена диаметром 63 мм. Поляризатор можно установить в любой промышленный конвертер.
Например, поляризатор для С диапазона может быть выполнен на пять пар штырей, втулка с наружным диаметром 63 мм внутренним 40 мм, диаметр заклепок 4.0 мм, длина 12 мм и 14 мм.
Принцип работы поляризатора заключается в следующем.
Поляризатор - это устройство которое преобразует круговую поляризацию в линейную и наоборот. Круговая поляризация - это сумма двух ортогональных составляющих, смещенных друг относительно друга на 90 градусов. Назначение поляризатора - задержать одну составляющую, чтобы они совпали по фазе (см. [5]).
Это делают с помощью замедляющих систем, например, диэлектрическими пластинами - в них скорость волны меньше, но есть потери на затухание.
Можно волну замедлить штырями - это асимметрия в волноводе, а длина волны в волноводе зависит от его диаметра, штыри как бы сужают одну часть волновода.
Штыри заявленного поляризатора выполнены на подвижной диэлектрической втулке и не имеют контакта со стенками. В результате втулку можно вынимать. Выполнять штыри съемными - это важно, так как настройка деполяризатора представляет собой подбор длины штырей. В результате очень легко подобрать нужный набор штырей для любого сдвига. Далее (см. Фиг.2) втулку со штырями устанавливают в волновод (8) по углом 45 градусов к приемному штырю и деполяризатор без потерь (как это происходит в пластине из диэлектрика) - превращает круговую поляризацию в линейную. Отказ от диэлектрической пластины значительно упрощает и удешевляет конструкцию поляризатора.
Волновод (8) обычно содержится на любом С-конвертере (9) для спутниковой антенны. Сам волновод вместе с конвертером (9) закрепляют на держателе (10) антенны. Сверху поляризатора в волновод (8) внутрь стенок втулки (1) поляризатора устанавливают цилиндрический облучатель (6), функция которого - облучение параболических зеркал с различным углом раскрыва. Волновод (6) может быть выполнен из не менее двух диэлектрических трубок, вставленных друг в друга с возможностью смещения относительно друг друга, причем наружный диаметр меньшей трубки подбирают равным внутреннему диаметру большей. Такая конструкция волновода позволяет формировать разную диаграмму направленности при смещении трубок облучателя. Сверху всей конструкции устанавливают защитный колпак (7).
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, H01P 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).
4. Патент RU 2265922, H01P 1/161, 2005.
5. http://cxem.net/ntv/ntv18.php.