УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЧ СИГНАЛА

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ и предназначено для использования в радиолокационных станциях, в спутниковом телевидении, связи и других радиолокационных системах.
11
Известно устройство преобразования поляризации СВЧ сигнала (УППС) (Альтман Дж.Л. «Устройства СВЧ», пер. с англ., МИР, М., 1968, стр.202-209), которое состоит из отрезка круглого волновода с диэлектрической пластиной, расположенной в диаметральной плоскости волновода, и механического привода. Если параметры пластины таковы, что в этой волноводной секции образуется 90°-дифференциальный фазовый сдвиг (ДФС) между двумя ортогональными волнами Н, то она является
преобразователем линейнополяризованной волны в круговую и наоборот. При этом плоскость пластины должна быть расположена под углом 45° к плоскости, в которой находится электрический вектор линейнополяризованной волны (плоскость поляризации). Если параметры пластины изменены так, что ДФС равен 180°, то такая секция при своем повороте поворачивает плоскость поляризации линейнополяризованной волны.
Такое УППС имеет следующие недостатки:
- одна и та же волноводная секция не может выполнять оба указанных вида преобразования поляризации;
- во многих системах, в частности, с применением цифровой техники, такое УППС не может применяться из-за механического привода.
Наиболее близким по технической сущности является УППС (патент на изобретение «Способ преобразования поляризации СВЧ сигнала», №2254645 от 15.12.03 г.). Устройство преобразования поляризации СВЧ сигнала, описанное в этом патенте, содержит круглый волновод с ферритовым вкладышем; на волноводе располагаются две фазные обмотки, каждая из которых состоит из двух катушек. В состав УППС входит устройство управления, создающее два управляющих сигнала, которые подаются на две фазные обмотки. Каждая фазная обмотка с током создает в волноводе с ферритом управляющее двухполюсное магнитное поле.
о
о
о
o
o
o
Если устройство управления создает два напряжения, при которых эти магнитные поля изменяются по законам Н Sinθ и Н Соsθ, где Н - такое магнитное поле, при котором ДФС равен 180°, то плоскость поляризации линейнополяризованного сигнала на выходе волновода с ферритом будет поворачиваться на угол 2θ. Устройство управления может также обеспечивать два напряжения, которые создают магнитные поля h Sinθ и h Cosθ, где h - такое магнитное поле, которое образует ДФС, равный 90°. При этом входной
линейнополяризованный сигнал преобразуется на выходе волновода с ферритом в сигнал с круговой поляризацией.
о
Таким образом, это УППС устраняет недостатки аналога, однако устройство управления в нем должно обеспечить в каждой фазной обмотке сигналы с большой мощностью (100÷200 вт), так как для создания ДФС равного 180° требуется величина Н≈1000 Э и более (см. например, Б.Лакс и К.Баттон, «СВЧ ферриты и ферримагнетики», пер. с анг., изд. МИР, М., 1965 г., стр.280). Это влечет за собой большое потребление энергии управления, что для многих применений неприемлемо.
Технический результат предлагаемого решения заключается в значительном уменьшении потребления энергии управляющих сигналов при преобразовании поляризации СВЧ сигнала.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что устройство преобразования поляризации СВЧ сигнала, состоит из волноводной ферритовой секции, содержащей круглый волновод с соосно расположенным в нем ферритовым вкладышем, двух фазных обмоток с двумя основными катушками, расположенными попарно на одной оси. Первая и вторая фазные обмотки подключены соответственно к одному из двух выходов устройства управления.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что ферритовый вкладыш выполнен в виде либо стержня, либо трубки, прилегающей к внутренней поверхности круглого волновода, а каждая фазная обмотка содержит по две дополнительные катушки, расположенные на одной оси и последовательно соединенные с соответствующими основными катушками, причем оси основных и дополнительных катушек одной фазной обмотки сдвинуты соответственно относительно осей основных и дополнительных катушек другой фазной обмотки на 45°.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства преобразования поляризации СВЧ сигнала.
На фиг.2 представлен пример выполнения схемы устройства управления.
На фиг.3 представлена картина электромагнитных полей в волноводе с ферритом.
Устройства преобразования поляризации СВЧ сигнала содержит волноводную ферритовую секцию 1, круглый волновод 2, ферритовый вкладыш 3, первую фазную обмотку 4 с двумя основными катушками 5, и двумя дополнительными катушками 6, вторую фазную обмотку 7 с двумя основными катушками 8 и двумя дополнительными катушками 9, а также устройство управления 10. Устройство управления может быть выполнено, например, в соответствии со схемой фиг.2. Оно состоит из источника питания 11, потенциометра 12, синусного потенциометра 13, косинусного потенциометра 14 и тумблера 15. Сопротивление потенциометра 13 изменяется по закону синуса, а потенциометра 14 - по закону косинуса одного и того же угла в пределах 0°÷90°.
х
у
11
х
o
х
o
УППС работает следующим образом. В волноводной ферритовой секции 1 при отсутствии токов в обеих фазных обмотках 4 и 7 и, соответственно, управляющих квадрупольных магнитных полей, могут распространяться два СВЧ сигнала е и e типа Н, плоскости поляризации которых в поперечном сечении круглого волновода 2 ортогональны, а скорости распространения одинаковы (фиг.3). Как известно из А.Д.Фокс, С.Е.Миллер, М.Т.Вейс, Свойства ферритов и их применение в диапазоне СВЧ, Сов. Радио, М., 1956 г., стр.78-79, при приложении квадрупольного магнитного поля Н для волны с электрическим вектором е, распространяющейся от читателя, магнитная проницаемость меньше, чем μ, а для волны с электрическим вектором e магнитная проницаемость феррита больше, чем μ. Поэтому после прохождения волноводной ферритовой секции 1
у
у
х
x
у
х
у
х
значение фазы φ волны е больше, чем значение фазы φ волны e. Разность φ-φ равна ДФС волноводной ферритовой секции 1. Таким образом, такая секция эквивалентна отрезку круглого волновода с диэлектрической пластиной, создающей ДФС, равный φ-φ.
o
о
o
o
При подаче с выхода 1 устройства управления 10 на фазную обмотку 4 напряжения U Sinθ, а с выхода 2 на фазную обмотку 5 напряжения U Cosθ в ферритовом вкладыше 3 образуются два квадрупольных магнитных поля Н Sinθ и Н Cosθ одинаковых по форме и сдвинутых одно относительно другого в поперечной плоскости волноводной ферритовой секции 1 на 45°. Они образуют суммарное квадрупольное магнитное поле Н (фиг.3), которое создает ДФС волноводной ферритовой секции 1. При изменении θ такое поле поворачивается на угол 2θ, не изменяясь при этом по величине. Если величина напряжения U=U, при котором образуется квадрупольное магнитное поле Н=H, создающее ДФС равный 180°, то на выходе волноводной ферритовой секции 1 плоскость линейнополяризованного сигнала поворачивается на угол 2θ. Если величина напряжения U=u, при котором образуется квадрупольное магнитное поле H=h, создающее ДФС равный 90°, то входной линейнополяризованный сигнал, плоскость поляризации которого проходит через узлы АС или BD квадрупольного магнитного поля Н, на выходе волноводной ферритовой секции 1 превращается в сигнал с круговой поляризацией правого или левого вращения соответственно.
Таким образом, предлагаемое устройство преобразования поляризации производит поворот плоскости поляризации линейнополяризованного сигнала, а так же преобразование его в сигнал с круговой поляризацией.
Эти процессы происходят при изменении величины квадрупольного магнитного поля Н в начальной части кривой намагничивания феррита, т.е. при 0≤Н≤10÷12 Э, что обеспечивается
управляющими сигналами с мощностью 8÷10вт. Это в 10÷20 раз меньше, чем у прототипа. При этом вес устройства преобразования поляризации уменьшается в 3÷4 раза, а габариты в 2÷3 раза.