Поляризатор

 

Использование: в приемных устройствах сигналов спутникового телевидения. Сущность изобретения: устройство содержит два последовательно и соосно соединенных волновода: круглый и прямоугольный, соленоид с ферритовым цилиндрическим стержнем, охваченный магнитопроводом, размещенный внутри волноводов, входной и выходной преобразователи импенданса и преобразователь круговой поляризации в линейную, который выполнен в виде второго цилиндрического ферритового стержня с канавками по поверхности. 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к приемным устройствам сигналов спутникового телевидения.

С целью максимального использования полосы частот сигналы, посылаемые через спутник, имеют различную поляризацию, поэтому антенны приемников должны содержать устройства, обеспечивающие возможность приема сигналов, определенным образом поляризованных.

Известны переключатели поляризации, принцип действия которых основан на механическом повороте плоскости связи коаксиала с круглым волноводом (Satellite TV Jou, Tripl D Pubblishing, InC, Washington, стр. 12).

Однако наличие в конструкции подобных устройств механически движущихся элементов и трущихся деталей ограничивает их срок службы, а также повышает расход электроэнергии и стоимость изделия.

Существуют поляризаторы, действие которых основано на использовании эффекта Фарадея в ферритовом материале, т. е. на способности феррита поворачивать плоскость поляризации под действием приложенного к нему внешнего магнитного поля.

Поляризаторы этого типа свободны от недостатков, свойственных металлическим переключателям.

В качестве прототипа выбрана модификация поляризатора, который представляет собой волновод, в котором соосно размещен соленоид, а внутри соленоида ферритовый стержень. Последовательно с ферритовым стержнем в волноводе размещен преобразователь круговой поляризации в линейную. Поляризатор содержит также преобразователи для сопряжения его со стыкуемыми с ним устройствами.

Однако в переключателе поляризации описанной конструкции уменьшение линейных размеров при заданном угле поворота плоскости поляризации принятого сигнала требует увеличения силы тока, протекающего через обмотку соленоида, а возможность приема сигналов с круговой поляризацией осуществляется за счет увеличения его длины на величину, занимаемую пластиной поляризатора.

Кроме того, крепление входного и выходного преобразователей осуществляется склейкой, что увеличивает время и стоимость его производства.

Изобретение направлено на решение задачи создания поляризатора для приема радиосигналов как с линейной, так и с круговой поляризацией, с минимальными потерями сигнала и достаточной развязкой между компонентами поляризации в выходном сигнале, с заданным диапазоном поворота плоскости поляризации и с существенным сокращением его линейных размеров без увеличения силы тока в обмотке соленоида.

Сущность изобретения заключается в том, что в поляризаторе, выполненном в виде двух волноводов, соединенных последовательно и соосно, один из которых, входной, выполнен круглым, а другой, выходной, выполнен прямоугольным, содержащем входной и выходной преобразователи импеданса, преобразователь круговой поляризации в линейную, а также размещенные соосно внутри круглого волновода соленоид и установленный внутри него первый цилиндрический ферритовый стержень, соленоид помещен в замкнутый магнитопровод, охватывающий обмотку соленоида с внешней стороны, причем один из торцов магнитопровода расположен в плоскости соединения волноводов, а преобразователь круговой поляризации в линейную выполнен в виде второго цилиндрического ферритового стержня, на поверхности которого вдоль его оси имеются две диаметрально расположенные канавки, а плоскость, проходящая через эти канавки, ориентирована под некоторым углом относительно широкой стенки прямоугольного волновода. При этом на поверхности первого цилиндрического ферритового стержня, установленного внутри соленоида, прорезаны в этой же плоскости две диаметрально расположенные продольные канавки длиной, меньшей длины первого цилиндрического ферритового стержня.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является то, что магнитопровод, охватывающий соленоид, уменьшает поля рассеяния и увеличивает напряженность продольного магнитного поля внутри него, в результате увеличивается угол поворота плоскости поляризации, который пропорционален напряженности магнитного поля и длине стержня.

Результатом этого является возможность уменьшить длину стержня без увеличения тока, а следовательно, и уменьшить вносимые им потери и улучшить шумовые характеристики поляризатора при фиксированном значении тока в обмотке соленоида.

Кроме того, выполнение преобразователя круговой поляризации в виде ферритового стержня с канавками и продолжением этих канавок в ферритовом стержне, расположенном внутри соленоида, позволяет частично разместить преобразователь под магнитопроводом. При этом появляется возможность более точной установки сдвига фаз в 90^о между линейными компонентами круговой поляризации изменением тока в обмотке соленоида, что улучшает развязку между ними, а следовательно, и шумовые характеристики поляризатора.

Выполнение входного и выходного преобразователей импеданса в виде диэлектрических стаканов, внутри которых размещены соответственно второй ферритовый цилиндрический стержень и ферритовый элемент, например прямоугольная пластина, позволяет уменьшить размеры поляризатора и, следовательно, улучшить его характеристику.

Входной и выходной преобразователи импеданса состоят соответственно из трех и двух последовательно соединенных прямоугольных пластин, размеры которых определяются расчетным путем, исходя из условий оптимального согласования поляризатора радиосигналов со стыкуемыми с ними устройствами. Выполнение преобразователей из нескольких элементов увеличивает точность согласования.

Процесс сборки устройства облегчается, так как детали, непосредственно контактирующие с магнитопроводом, выполнены с буртиками по внешней поверхности.

Введение в конструкцию поляризатора магнитопровода делает ее более технологичной, поскольку в торцах магнитопровода могут быть размещены элементы крепления входного и выходного преобразователей и тем самым исключены трудоемкие операции по склейке их отдельных деталей при сборке.

На фиг. 1 изображен поляризатор, общий вид (по п. 1); на фиг. 2, 3 то же, по пп. 2 5; на фиг. 4 то же, по пп. 6 и 7.

Поляризатор радиосигналов состоит из двух соосно и последовательно соединенных волноводов: входного волновода 1 круглого сечения и выходного волновода 2 прямоугольного сечения. На входной части круглого волновода 1 размещен облучатель 3, выполненный, например, в виде концентрических цилиндров, а в волноводе смонтирован соленоид 4, внутри которого соосно размещен первый цилиндрический ферритовый стержень 5. Внутренняя поверхность соленоида может быть металлизирована. Термин "феррит" включает и любые другие материалы, дающие тот же эффект, что и феррит, в устройствах подобного рода. Соленоид 4 заключен в замкнутый магнитопровод 6 так, что обмотка соленоида 4 охвачена магнитопроводом с внешней стороны, а один из торцов магнитопровода 6 расположен в плоскости соединения круглого и прямоугольного волноводов. На конце ферритового стержня 5 в круглом волноводе 1 смонтирован преобразователь 7 круговой поляризации в линейную и представляет собой цилиндрический стержень, на поверхности которого вдоль его оси выполнены две канавки. В плоскости поперечного сечения цилиндра канавки диаметрально противоположны и расположены под некоторым углом к стенкам прямоугольного волновода 2, а на поверхности первого ферритового стержня 5, размещенного внутри соленоида 4, также выполнены две канавки длиной, меньшей длины стержня, являющиеся продолжением канавок, выполненных во втором ферритовом стержне.

Последовательно с преобразователем 7 в круглом волноводе смонтирован входной преобразователь импеданса 8, а последовательно с ферритовым стержнем 5 в выходном волноводе 2 выходной преобразователь импеданса 9, служащие для сопряжения поляризатора радиосигналов с присоединяемым к нему оборудованием, а выходной преобразователь импеданса также и для обеспечения перехода волновода круглого сечения в волновод прямоугольного сечения.

Материал, из которого выполнен цилиндрический стержень преобразователя 7, может быть с различной диэлектрической проницаемостью и в зависимости от этого может быть различной конструкции деталей входного преобразователя импеданса 8. Конфигурация их, параметры и материал определяют расчетным путем, исходя из заданных полосы частот, габаритов поляризатора и требуемых шумовых характеристик.

Аналогично определяются и параметры выходного преобразователя импеданса 9.

Входной преобразователь импеданса в поляризаторе радиосигналов по п. 2, выполнен в виде диэлектрического стакана 10, внутри которого соосно расположен преобразователь 7 круговой поляризации. Выходной преобразователь в переключателе радиосигналов по п. 3 также состоит из диэлектрического стакана 10, соосно расположенного с ферритовым стержнем 5, а внутри стакана размещена ферритовая деталь произвольной формы, например, прямоугольная пластина 11, ориентированная в прямоугольном волноводе 2 так, что ее широкая сторона параллельна узкой стенке волновода.

Поляризаторы по пп. 4 и 5 содержат входной и выходной преобразователи, состоящие из последовательно соединенных диэлектрических пластин, геометрические размеры которых взаимозависимы.

В поляризаторе радиосигналов по п. 6 магнитопровод 6 выполнен с цилиндрическими ступенчатого профиля углублениями 12 в торцах. В этих углублениях установлены шайбы 13, а диэлектрические детали входного и выходного преобразователей импеданса, непосредственно соприкасающиеся с магнитопроводом, снабжены буртиками по внешней поверхности для их закрепления.

Поляризатор радиосигналов по п. 7 выполнен с резьбовыми отверстиями 14 в цилиндрических углублениях магнитопровода и в этом случае шайбы присоединены к магнитопроводу винтами 15.

Функционирование поляризатора радиосигналов осуществляется следующим образом.

На вход ориентированного поляризатора от антенны поступает сигнал в некоторой полосе частот, содержащий составляющие с различной поляризацией: две линейные компоненты горизонтальной и вертикальной поляризации и круговые левого и правого вращения.

Электромагнитная волна, например, ориентированная вдоль или перпендикулярно линии, соединяющей канавки в плоскости поперечного сечения, с линейной поляризацией, распространяется по круглому волноводу 1, где проходит без искажения преобразователь 7. Далее волна, распространяясь вдоль оси ферритового стержня 5, размещенного внутри соленоида 4, претерпевает поворот плоскости поляризации на угол, определяемый величиной тока в обмотке соленоида, благодаря эффекту Фарадея, возникающему в феррите.

Преобразованная таким образом электромагнитная волна с выбранной, например, вертикальной поляризацией, вектор которой повернут на определенный угол, поступает через выходной преобразователь импеданса в выходной прямоугольный волновод 2 и далее на выход поляризатора, в то время как волна с другой линейной составляющей поляризации отражается на входе прямоугольного волновода.

Изменением значения тока соленоида может быть осуществлен прием другой горизонтальной компоненты.

Входной сигнал с круговой поляризацией в преобразователе 7 изменяет поляризацию на линейную, так как одна из линейных компонент круговой поляризации получит в преобразователе дополнительный 90^о сдвиг фазы относительно второй линейной компоненты, поскольку условия распространения для обоих компонент различны и определяются формой и размерами преобразователя. На выходе преобразователя обе компоненты синфазны, а их амплитуда суммируется. Дальнейшее прохождение сигнала с линейной поляризацией аналогично описанному выше.

Разработанный поляризатор радиосигналов технологичен, выполнен из доступных материалов и выпускается серийно.

Формула изобретения

1. ПОЛЯРИЗАТОР, содержащий последовательно и соосно соединенные входной круглый и выходной прямоугольный волноводы, установленный соосно внутри круглого волновода соленоид и размещенный соосно внутри соленоида первый цилиндрический ферритовый стержень, соединенный с одного торца через преобразователь круговой поляризации в линейную с входным преобразователем импеданса, а с другого торца с выходным преобразователем импеданса, отличающийся тем, что введен замкнутый магнитопровод, охватывающий соленоид, один из торцов магнитопровода расположен в плоскости соединения входного и выходного волноводов, а преобразователь круговой поляризации в линейную выполнен в виде второго цилиндрического ферритового стержня, на боковой поверхности которого прорезаны две диаметрально расположенные продольные канавки, а плоскость, проходящая через канавки, ориентирована под углом относительно стенок выходного прямоугольного волновода, при этом на боковой поверхности первого цилиндрического ферритового стержня прорезаны в этой же плоскости две диаметрально расположенные продольные канавки с длиной, меньшей длины первого цилиндрического ферритового стержня.

2. Поляризатор по п.1, отличающийся тем, что входной преобразователь импеданса выполнен в виде диэлектрического стакана, внутри которого размещен второй цилиндрический ферритовый стержень.

3. Поляризатор по п.1, отличающийся тем, что выходной преобразователь импеданса выполнен в виде диэлектрического стакана, внутри которого размещен введенный ферритовый элемент.

4. Поляризатор по п.1, отличающийся тем, что входной преобразователь импеданса выполнен в виде трех последовательно соединенных между собой диэлектрических пластин с различными геометрическими размерами.

5. Поляризатор по п.1, отличающийся тем, что выходной преобразователь импеданса выполнен в виде двух последовательно соединенных диэлектрических пластин с различными геометрическими размерами.

6. Поляризатор по одному из пп.1 5, отличающийся тем, что в торцах магнитопровода выполнены цилиндрические углубления ступенчатого профиля и в них установлены шайбы, а детали входного и выходного преобразователей импеданса, непосредственно контактирующие с магнитопроводом, снабжены буртиками.

7. Поляризатор по п. 6, отличающийся тем, что в торцах магнитопровода выполнены отверстия, а шайбы присоединены к магнитопроводу с помощью винтов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4