ВОЛНОВОДНЫЙ ПОЛЯРИЗАТОР
WAVEGUIDE POLARIZER

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в технике СВЧ, в частности в технике спутникового телевидения для приема волн с круговой поляризацией поля.
Известен волноводный поляризатор, состоящий из отрезка круглого волновода и расположенной в нем фазосдвигающей секции, выполненной в виде продольного плоского проводника, закрепленного в отрезке круглого волновода на тонкой прямоугольной диэлектрической пластине [Патент РФ №2332756, Н01Р 1/161, 2008 г.]. Проводник выполнен печатным способом на поверхности диэлектрической пластины с зауженными участками на концах (трансформаторами сопротивлений).
Недостатком этого устройства является частотная зависимость величины дифференциального фазового сдвига (ДФС), что приводит к уменьшению рабочего диапазона частот.
Известен волноводный поляризатор, состоящий из отрезка круглого волновода, расположенной в нем замедляющей фазосдвигающей секции, например, в виде диэлектрической пластины, и нескольких корректирующих изогнутых проводников, расположенных в плоскости, перпендикулярной диэлектрической пластине [Патент РФ №2275717, Н01Р 1/161, Волноводный поляризатор, 2006 г.]. Корректирующие изогнутые проводники представляют собой индуктивные элементы, имеющие противоположную частотную зависимость величины ДФС по сравнению с замедляющей фазосдвигающей секцией. В плоскости фазосдвигающей секции волна замедляется, а в перпендикулярной плоскости волна ускоряется. В результате величина ДФС стабилизируется, что приводит к расширению рабочего диапазона частот.
Недостатком этого устройства является усложнение конструкции поляризатора из-за навесных индуктивных элементов.
Известен волноводный поляризатор (прототип), состоящий из отрезка круглого волновода и расположенной в нем фазосдвигающей секции, выполненной в виде решетки из плоских прямоугольных проводников, расположенных на тонкой прямоугольной диэлектрической пластине [Патент РФ №2265922, Н01Р 1/161, 2005 г.].
Недостатком этого устройства является недостаточно высокое согласование устройства в рабочем диапазоне частот и частотная зависимость величины ДФС.
В основу настоящего изобретения положена задача создать волноводный поляризатор, который обеспечивал бы в рабочем диапазоне частот улучшение согласования и постоянство величины ДФС. Поставленная задача решается тем, что один плоский прямоугольный проводник выполнен в виде широкого прямоугольного проводника, расположенного симметрично в центральной части диэлектрической пластины, а на краях диэлектрической пластины расположены симметрично по меньшей мере по одному узкому прямоугольному проводнику, причем волноводный поляризатор выполнен с возможностью совмещения емкостной проводимости узких прямоугольных проводников с эквивалентной емкостной проводимостью краев диэлектрической пластины.
Такое выполнение волноводного поляризатора обеспечивает улучшение согласования и постоянство величины ДФС в рабочем диапазоне частот, что повышает качество поляризатора, в частности, увеличивает уровень развязки по поляризации.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на Фиг. 1 изображено предлагаемое устройство;
на Фиг. 2 изображены варианты выполнения фазосдвигающей секции с различным количеством узких проводников;
на Фиг. 3 изображена кривая зависимости величины ДФС поляризатора от относительной частоты, а также кривые зависимостей вклада в величину ДФС отдельных элементов поляризатора.
Волноводный поляризатор (Фиг. 1) содержит отрезок круглого волновода 1 с расположенной в нем соосно фазосдвигающей секцией, выполненной в виде тонкой прямоугольной диэлектрической пластины 2, на поверхности которой выполнена решетка из плоских прямоугольных проводников. Один плоский прямоугольный проводник 3 выполнен широким и расположен в центральной части диэлектрической пластины 2 симметрично относительно нее. На краях диэлектрической пластины 2 расположены симметрично узкие прямоугольные проводники 4. Плоские прямоугольные проводники 3 и 4 выполнены, например, с помощью печатной технологии. Диэлектрическая пластина 2 закреплена на стенке круглого волновода 1, например, с помощью клея. На Фиг. 2 представлены варианты выполнения фазосдвигающей секции, отличающиеся количеством узких проводников 4 (на Фиг. 2б количество узких проводников 4 минимально и равно двум). Расстояние от концов диэлектрической пластины 2 до узких проводников 4 выбрано равным 0,125⋅λ, где λ - средняя длина волны в заполненном диэлектрической пластиной 2 участке круглого волновода 1.
Принцип действия устройства заключается в следующем. Возбуждение волновода 1 осуществляется волной линейной поляризации, плоскость поляризации которой ориентирована под углом 45° по отношению к плоскости диэлектрической пластины 2. Поляризатор в рабочем диапазоне частот должен быть хорошо согласован и обеспечивать величину ДФС 90 градусов. На выходе поляризатор формирует волну с круговой поляризацией поля. Все элементы поляризатора в виде диэлектрической пластины 2, широкого проводника 3 и узких проводников 4 приводят к замедлению волны. Постоянство величины ДФС основано на компенсации частотных зависимостей величины ДФС отдельных элементов поляризатора. В случае широкого проводника 3, расположенного на диэлектрической пластины 2, величина ДФС уменьшается при увеличении частоты. В случае узких проводников 4 величина ДФС увеличивается, особенно при приближении длины узкого проводника 4 к резонансной длине. На Фиг. 3 приведена требуемая кривая 5 частотной зависимости величины ДФС поляризатора, которая в рабочем диапазоне частот в 20 процентов практически равна 90 градусам, отклоняясь в пределах 3 градусов. Кривая 6 демонстрирует вклад широкого плоского проводника 3, расположенного на диэлектрической пластине 2. Кривая 7 демонстрирует вклад узких проводников 4. Для обеспечения постоянства величины ДФС нужно подбирать параметры узких проводников 4 (количество, длину, ширину) для заданного диаметра круглого волновода 1. Например, для диаметра круглого волновода 1, составляющего 0,72 от средней длины волны в свободном пространстве, оптимальное количество узких проводников 4 равно четырем. Чем больше узких проводников 4 и меньше их длина, тем меньше наклон кривой 7. Важно также обеспечить хорошее согласование поляризатора. В плоскости, перпендикулярной диэлектрической пластине 2, поляризатор автоматически согласован вследствие малой толщины диэлектрической пластины 2. Для согласования поляризатора в плоскости диэлектрической пластины 2 нужно учитывать влияние собственно диэлектрической пластины 2. Для этого нужно узкие проводники 4 расположить на определенном расстоянии от концов диэлектрической пластины 2, обеспечивающем совмещение емкостных проводимостей узких проводников 4 и эквивалентной емкостной проводимости краев диэлектрической пластины 2 в одних и тех же сечениях круглого волновода 1. В соответствии с законом трансформации проводимостей в теории линий передач скачок волновых проводимостей на конце диэлектрической пластины 2 эквивалентен внесению емкостной проводимости, расположенной на расстоянии  от конца диэлектрической пластины 2, где λ - длина волны в заполненном диэлектрической пластиной 2 круглом волноводе 1, K - величина скачка волновых проводимостей. Для тонкой диэлектрической пластины 2 величина K близка к единице, а в качестве λ нужно выбирать среднюю длину волны рабочего диапазона частот. Таким образом, на краях диэлектрической пластины 2 емкостные проводимости узких проводников 4 и емкостные проводимости, обусловленные скачком волновых проводимостей на концах диэлектрической пластины 2, расположены в одних и тех же сечениях круглого волновода 1 и суммируются. Эти проводимости совместно обеспечивают согласование поляризатора. Коэффициент отражения поляризатора может составлять уровень -30 дБ в диапазоне частот в 20 процентов. Уровень развязки по поляризации за счет стабилизации величины ДФС достигает 28 дБ.
Достоинствами предложенного технического решения являются хорошее согласование и высокий уровень развязки по поляризации в рабочем диапазоне частот, приемлемый продольный габарит, простота конструкции и технологичность.
Настоящее изобретение целесообразно использовать в различных устройствах СВЧ и, в частности, в приемных установках спутникового телевидения.