Способ измерения амплитуд типов волн в многоволновом волноводе

266876

ОПИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21а>, 71

Заявлено 16.Ч111.1968 (№ 1263105/26-9) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 01.IV.1970. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 27.VI I.1970

МПК G 01г 21/06

УДК 621.317.328(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Автор изобретения

Л. И. Пангонис

Институт радиотехники и электроники АН СССР

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД ТИПОВ ВОЛН

В МНОГОВОЛНОВОМ ВОЛНОВОДЕ

При излучении смеси волноводных волн из

5 открытого конца волновода с плоскостью апертуры, составляющей с его осью угол, равный или меньший угла Бриллюэна для волны низшего типа (косого среза волновода) в плоскости, заключающей в себе большую ось эллип10 са и ось волновода, каждая волна формирует один (притом весьма узкий) лепесток. Направление максимума излучения каждой BO;Iны в указанной плоскости не совпадает с осью волновода, а составляет с ней угол, однознач15 но определяемый собственным значением волны данного типа и поперечными размерами волновода. Этот угол практически совпадает с теоретическим углом Бриллюэна для волны данного типа. Диаграмма смеси волн из косо20 го среза в указанной плоскости состоит из ряда лепестков, каждый из которых представляет собой диаграмму излучения волны определенного типа (причем диаграмма не зависит от взаимной фазировки отдельных типов волн

25 в смеси), а следовательно, есть не что иное, как спектральное разложение сложного поля в многоволновом волноводе по типам собственных волн. Соотношение уровней максимумов с учетом коэффициентов направленности

30 диаграмм излучения для волн разных типов

По предлагаемому способу для увеличения точности измерения открытый конец волновода выполняют в виде плоского среза стенок волновода под углом к его продольной оси, равным или несколько меньшим, например на

Изобретение относится к области измерительной техники СВЧ и может быть использовано для качественного и количественного анализов сложного поля в многоволновом волноводе (определения типов и относительных амплитуд волн), а также других измерений параметров волноводных элементов и систем.

Известен способ определения типов волн в многоволновом волноводе путем гармонического анализа диаграмм излучения из открытого конца волновода с перпендикулярной к его оси плоскостью апертуры. Однако разре.шающая способность такого способа анализа поля низка. Если при наличии, например, в смеси двух типов волн их амплитуды имеют разный порядок, то на фоне диаграммы излучения доминирующей волны практически невозможно определить наличие излучения волны другого типа. Даже в том случае, когда волны в смеси имеют одинаковый порядок, так как они приходят к апертуре в произвольных фазах, обработка результатов измерений (разложение суммарной диаграммы излучения в ряд Фурье) является трудоемкой.

1 — 5, утла Бриллюэна для волны низшего типа.

266876 однозначно определяет относительные амплитуды этих волн в исследуемой смеси.

Предлагаемый способ позволяет производить качественный и количественный ана,тизы поля в волноводе и другие измерения непосредственно по диаграммам излучения из косого среза волновода без какого-либо гармонического анализа результатов измерений.

Способ отличается высокой разрешающей способностью. Процесс измерения диаграмм излучения легко автоматизируется, что существенно сокращает необходимое для измерений рабочее время. Предлагаемый способ пригоден на весьма коротких волнах (вплоть до субмиллиметров) и не требует каких-либо специальных дорогостоящих приборов.

На фиг. 1 показан излучатель с эллиптической аппаратурой (косой срез волновода круглого сечения), реализующий предлагаемый способ; на фиг.2 — диаграмма излучения волны

Н» из косого среза в плоскости XOZ для первой поляризации; на фиг. 3 — диаграмма излучения волны Н» из косого среза в плоскости XOZ для второй поляризации; на фиг. 4— блок-схема измерительной установки.

Условно принято называть поляризацию падающей волны первой, если вектор Е параллелен малой оси эллипса среза (или оси ОУ) и второй — если вектор Е перпендикулярен малой оси эллипса среза (или параллелен осН

ОХ) .

Способ спектрального разложения сложного поля в многоволновом волноводе по типам волн основан на свойствах диаграмм излучения волн разных типов из открытого конца волновода, плоскость апертуры которого EOb составляет с осью волновода OZ угол а, равный или меньший угла Бриллюэна О для волны данного типа.

Если разложить волноводную волну на плоские волны, то угол О указывает направление распространения этих волн по отношению к оси волновода.

При а = О диаграмма излучения волны данного типа качественно отличается от диаграммы излучения той же волны из обычного г. открытого конца. волновода с а = — . При

2 дальнейшем уменьшении а, т. е. когда а (О, диаграмма излучения практически не меняется. Таким образом, если выбрать а (Од„ (где Оyr = arc Мп "; 6н„— угол Брил11

lга люэна для волны типа Н для волновода Kpvr2 лого сечения, К = — — волновое число в

)i свободном пространстве; а — радиус волновода; p» — собственный корень уравнения) для волны низшего типа, то для всех распространяющихся в волноводе волн будет выполняться условие а (О.

Как видно из приведенных диаграмм, характерным свойством излучения из косого среза а = Он„является то, что любая из волн по крайней мере для одной из поляризаций

1О

15 го

55 0

65 формирует в плоскости XOZ один, причем

ВСCI>BIB У 1КИ11,,1СИСС1 01<, С ИIПС1И1011 11ОЛЯ PIISII цией пол11. Н fflplfвлсиис ъ!аксил1 ма излу IcIIIIII при этом для любой из волн не совпадает с осью волновода, а отклоняется от иее в сторону оси ОХ на угол О, практически совпадающий с расчетным углом Бриллюэна для волны данного типа. Так как %òoë О для каждой волны зависит только от ее собственного значения (при заданных длине волны ). и радиусе волновода а), то каждому типу волны соответствует одно определенное направление максимума излучения. Что касается вырожденных волн, например Н111 и Е», то хотя у них направление максимума излучения в плоскости

XOZ одно и то же, они различаются по поляризации поля. Величина максимума излучения для волны определенного типа пропорциональна мощности, переносимой этой волной по волноводу, и коэффициенту направленности ее диаграммы излучения.

Таким образом, в случае, когда в волноводе распространяется смесь волн Е „и Н„,„, суммарная диаграмма излучения из косого среза волновода а = Он„представляет собой спектральное разложение сложного поля в нем по типам собственных волн. При этом дискретный спектр углов, соответствующих отдельным максимумам, однозначно связан с дискретным спектром собственных волн в волноводе и позволяет непосредственно определить качественный состав смеси (типы волн, входящих в данную смесь). Соотношение максимумов излучения с учетом коэффициентов направленности диаграмм отдельных волн (при более строгом рассмотрении КСВ) однозначно хар актеризует при этом относительные мощности, переносимые волнами разных типов в волноводе.

Как показывает анализ диаграмм излучения из косого среза с а = Он„отдельных тинов волн, одни из них формируют в плоскости

XOZ лепестки при первой поляризации волны в волноводе, а другие — при второй. Исключение составляет волна Н», которая имеет лепестки в указанной плоскости для обеих поляризаций. Следовательно, для полного анализа поля в волноводе необходимо снять диаграммы излучения из косого среза с а = Он„ в плоскости XOZ для двух поляризаций. Это разделение спектра типов волн по поляризациям эквивалентно разделению волн в волноводе на электрические и магнитные (кроме волны Н»), Благодаря этому разделению полного спектра на спектр электрических и спектр магнитных волн существенно возрастает разрешающая способность предлагаемого способа.

Методика спектрального разложения сложного поля во многоволновом волноводе по типам собственных волн состоит в том, что необходимо снять диаграммы излучения исследуемой смеси волн косого среза с а (-- агс sirf — "- двух поляризаций (для поворота поляризации всей смеси дол кны быть пре266876 дусмотрены специальные вращающиеся сочленения) при неподвижном излучателе (косом срезе) и двух взаимно перпечдпкулярных положениях приемника. После записи соответствующих диаграмм, вращая возбудитель смеси вокруг оси OZ, необходимо установить поляризацию и число вариаций по азимуту для каждой волны, формирующей тот или другой лепесток диаграммы. По углам отклонения максимумов излучения, поляризации излучаемого поля относительно оси ОУ косого среза и числу вариаций каждого лепестка по азимутальному углу ср однозначно определяются типы, относительные амплитуды и взаимная поляризация волн, составляющих смесь в волно,воде, Излучатель 1 состоит из генератора 2, возбудителя 3 исследуемой смеси, двух вращающихся сочленений 4, служащих для поворота поляризации смеси относительно оси ОУ косого среза волновода (излучателя), безэховой камеры 5, координатора 6 с приводом от электромотора 7, стойки 8 приемника с прямоугольным приемным рупором 9 и детекторной головки 10. Сигнал приемника и опорное напряжение с генератора 2 усиливаются усилителем 11 сигналя и усилителем 12 опорного напряжения и подаются на синхронный детек5 тор 18, Постоянное напряжение с выхода синхронного детектора поступает на в: одные клеммы самопишущего прибора 14. Управление координатором 6 и лентопротяжным ме,às va roir самописца осуществляется соответст10 вующими переключателями на пульте 15 управления и концевыми выключателями.

Предмет изобретения

15 Способ измерения амплитуд типов волн в многоволновом волноводе на основе анализа амплитудной и поляризационной диаграмм излучения открытого конца волновода, отличаюи ийся тем, что, с целью увеличения точности

20 измерения, открытый конец волновода выполняют в виде плоского среза стенок волновода под углом к его продольной оси, равным или несколько меньшим, например на 1 — 5 угла

Бриллюэна для волны низшего типа.

266876 1 гпах

70 й75040,У020 f0 О iO 20 ЗО 40 0 70 бО 504030 20 0 О 0 2030 40 50 0

Фиг 2

Фиа 3

Фиг.4

Составитель М. Порфирова

Редактор Т. Иванова Техред Т. П, Курилко Корректор Н. А, Митрохина

Заказ 1918/4 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, SK-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2