Устройство преобразования поляризации свч сигнала

Устройство преобразования поляризации СВЧ сигнала, состоит из волноводной ферритовой секции (1), содержащей круглый волновод (2) с соосно расположенным в нем ферритовым вкладышем (3), двух фазных обмоток (4, 7) с двумя основными катушками (5, 8), расположенными попарно на одной оси, причем первая (4) и вторая (7) фазные обмотки подключены соответственно к одному из двух выходов устройства управления. Для значительного уменьшения потребления энергии управляющих сигналов при преобразовании поляризации СВЧ сигнала ферритовый вкладыш (3) выполнен в виде либо стержня, либо трубки, прилегающей к внутренней поверхности круглого волновода (2). Каждая фазная обмотка содержит по две дополнительные катушки (6, 9), расположенные на одной оси и последовательно соединенные с соответствующими основными катушками (5, 8), причем оси основных и дополнительных катушек одной фазной обмотки сдвинуты соответственно относительно осей основных и дополнительных катушек другой фазной обмотки на 45°. 2 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ и предназначено для использования в радиолокационных станциях, в спутниковом телевидении, связи и других радиолокационных системах.

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 ₁₁, 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.

Если устройство управления создает два напряжения, при которых эти магнитные поля изменяются по законам Н_о Sin и Н_о Соs, где Н_о - такое магнитное поле, при котором ДФС равен 180°, то плоскость поляризации линейнополяризованного сигнала на выходе волновода с ферритом будет поворачиваться на угол 2. Устройство управления может также обеспечивать два напряжения, которые создают магнитные поля h_o Sin и h_o Cos, где h_o - такое магнитное поле, которое образует ДФС, равный 90°. При этом входной

линейнополяризованный сигнал преобразуется на выходе волновода с ферритом в сигнал с круговой поляризацией.

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_о1000 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°.

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_х и e_у типа Н₁₁, 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_х , распространяющейся от читателя, магнитная проницаемость меньше, чем _o, а для волны с электрическим вектором e_х магнитная проницаемость феррита больше, чем _o. Поэтому после прохождения волноводной ферритовой секции 1

значение фазы _у волны е_у больше, чем значение фазы _х волны e_x. Разность _у-_х равна ДФС волноводной ферритовой секции 1. Таким образом, такая секция эквивалентна отрезку круглого волновода с диэлектрической пластиной, создающей ДФС, равный _у-_х.

При подаче с выхода 1 устройства управления 10 на фазную обмотку 4 напряжения U Sin, а с выхода 2 на фазную обмотку 5 напряжения U Cos в ферритовом вкладыше 3 образуются два квадрупольных магнитных поля Н Sin и Н Cos 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 такое поле поворачивается на угол 2, не изменяясь при этом по величине. Если величина напряжения U=U_o, при котором образуется квадрупольное магнитное поле Н=H_о, создающее ДФС равный 180°, то на выходе волноводной ферритовой секции 1 плоскость линейнополяризованного сигнала поворачивается на угол 2. Если величина напряжения U=u_o, при котором образуется квадрупольное магнитное поле H=h _o, 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 0Н10÷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.

Устройство преобразования поляризации СВЧ сигнала, состоящее 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, причем первая и вторая фазные обмотки подключены соответственно к одному из двух выходов устройства управления, отличающееся тем, 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 попарно 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°.