CN106771690A - 一种固定式准光法拉第旋转器性能测定方法与装置 - Google Patents

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方正新
陈谦
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Abstract

本发明公开了一种固定式准光法拉第旋转器性能测试方法，属于毫米波准光技术领域。将极化栅网和法拉第旋转器依次放置在两个线极化天线之间，发射天线和接收天线极化方向均垂直地面，通过调整极化栅网网丝与地面的夹角改变入射进入法拉第旋转器的线极化波极化方向与地面夹角。当两次入射进入法拉第旋转器的线极化波极化方向相差90度时，接收天线不需要转动90度就可以测量到法拉第旋转器出射椭圆极化波的两个正交分量，从而计算出法拉第旋转器出射波的长轴和倾角。本发明还公开了一种法拉第旋转器性能测定装置。本发明对法拉第旋转器测重精度高，且结构简单。

Description

一种固定式准光法拉第旋转器性能测定方法与装置
技术领域
本发明涉及一种固定式准光法拉第旋转器性能测定方法与装置。
背景技术
法拉第旋转器是一种具有电磁波单向传输特性的毫米波隔离器，其应用于收发信号的分离。当一个线极化平面波行进在与磁化矢量平行且具有均匀厚度的法拉第旋转器中时，将分裂成两个反向旋转的圆极化波，它们具有不同的磁导率和不同的传播常数，传输中的极化波是这两个圆极化波的叠加，从法拉第旋转器出射后叠加成为一个椭圆极化的平面波，主轴旋转了一个角度，称为法拉第旋转角。通常法拉第旋转器设计为出射椭圆极化电磁波主轴与入射线极化波极化方向夹角45度，因此对于法拉第旋转器出射椭圆极化电磁波的精确测定极为重要(参见[Paul F.Goldsmith，”Quasioptical Systems：Gaussian BeamQuasioptical Propogation and Applications，”(IEEE Press series on RF andMicrowave Technology)[1 ed]])。
目前采用的椭圆极化波测量方法是，通过转动接收线极化天线使其调整极化方向，分别测得椭圆极化波的两个正交分量的幅度和相位，从而计算出椭圆极化波的各参量(参见[Benjamin Lax，”Quasi-Optical Ferrite Reflection Circulator，”IEEETRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES，VOL.41，NO.12，DECEMBER 1993])。但这种方法需要调整接收天线的位置状态，改变天线位置状态会引入接收信号的相位误差，从而影响计算精度。
发明内容
本发明的目的就是通过旋转引入系统的极化栅网代替旋转接收天线，精确测量准光法拉第旋转器性能。
本发明的固定式准光法拉第旋转器性能测试方法，将极化栅网和法拉第旋转器依次放置在两个线极化天线之间，天线1发射垂直极化电磁波，天线2接收垂直极化电磁波。调整极化栅网网丝与地面法向的夹角，改变入射进入法拉第旋转器的线极化波极化方向与地面法向的夹角。通过两次入射进入法拉第旋转器的线极化波极化方向相差90度，接收天线则不需要转动90度调整极化方向就可以测量到法拉第旋转器出射椭圆极化波的两个正交分量。使用通过调整极化线栅网丝与地面法向夹角得到的法拉第旋转器出射椭圆极化波的两个正交分量可以计算出该椭圆极化波的长轴与倾角。
本发明的固定式准光法拉第旋转器性能测试装置，其特征在于，包括：线极化天线、极化栅网、极化栅网旋转工装、法拉第旋转器、矢量网络分析仪；发射线极化天线连接矢量网络分析仪分析仪1端口；接收线极化天线连接矢量网络分析仪2端口；极化栅网安装在旋转工装上。
相比现有技术，本发明能够固定测量过程中接收天线的位置状态，避免改变接收天线位置状态引入的相位误差，从而精确计算准光法拉第旋转器出射椭圆极化场。
附图说明
附图1为本发明装置的结构原理示意图附图标记：1、发射天线；2、Y轴；3、X轴；4、Z轴；5、极化栅网及其旋转工装；6、法拉第旋转器及其工装；7、接收天线；8、端口1；9、端口2
附图2为本发明装置的结构图附图标记：1、发射天线；2、Y轴；3、X轴；4、Z轴；5、极化栅网及其旋转工装；6、法拉第旋转器及其工装；7、接收天线；8、端口1；9、端口2；10、矢量网络分析仪
附图3第一步测量椭圆极化场示意图附图标记：1、Y轴；2、X轴；3、入射方向；4、τ；5、θ；6、E′y0；7、E′x0；8、OA
附图4第二步测量椭圆极化场示意图附图标记：1、Y轴；2、X轴；3、入射方向；4、E″y0；5、E″x0；6、OA
具体实施方法
如附图1所示，将两个线极化天线、极化栅网和法拉第旋转器依次放置在Z轴，X轴与Z轴所在平面与地面平行，线极化天线极化方向为Y轴方向，垂直于地面。发射天线连接矢量网络分析仪1端口，接收天线连接矢量网络分析仪2端口。
首先将极化栅网网丝方向沿Y轴正方向向X轴负方向旋转45度，此时透过极化栅网的线极化电磁波极化方向为沿Y轴正方向向X轴正方向旋转45度，通过矢量网络分析仪测量得到一个Y轴方向S21值的幅度E′y0和相位φ′y0，其关系如下式所示
此时X轴方向分量E′x0、φ′x0未知，如附图3所示。
然后将极化栅网网丝方向沿Y轴正方向向X轴正方向旋转45度，此时透过极化栅网的线极化电磁波极化方向为沿Y轴正方向向X轴负方向旋转45度，此时第一次通过法拉第旋转器产生的椭圆极化波主轴方向沿Y轴正方向向X轴负方向旋转了90度，通过矢量网络分析仪测量得到一个Y轴方向S21值的幅度E″y0和相位此时测到的量与第一次测量状态时X轴方向的S21值的幅度E′x0和相位φ′x0对应相同，即为
通过两次测量得到的接收天线Y轴方向的S21值的幅度和相位就可以计算出法拉第旋转器出射椭圆极化波的长轴和倾角。
首先计算Y轴分量和X轴分量的相位差为
Δφ＝φ′y0-φ′x0=φ′y0-φ″y0 (3)
从而计算出椭圆极化波的长轴OA为
此时，椭圆极化波主轴与Y轴之间夹角τ为
进而得到法拉第旋转器旋转角θ为
θ＝45°-τ (6)。

Claims (5)

1.一种固定式准光法拉第旋转器性能测试方法，其特征在于，将极化栅网和法拉第旋转器依次放置在两个线极化天线之间，天线1发射垂直极化电磁波，天线2接收垂直极化电磁波。
2.如权利要求1所述的固定式准光法拉第旋转器性能测试方法，其特征在于，调整极化栅网网丝与地面法向的夹角，改变入射进入法拉第旋转器的线极化波极化方向与地面法向的夹角，通过两次入射进入法拉第旋转器的线极化波极化方向相差90度，接收天线则不需要转动90度调整极化方向就可以测量到法拉第旋转器出射椭圆极化波的两个正交分量。
3.如权利要求2所述的固定式准光法拉第旋转器性能测试方法，其特征在于，使用通过调整极化线栅网丝与地面法向夹角得到的法拉第旋转器出射椭圆极化波的两个正交分量可以计算出该椭圆极化波的轴比与倾角。
4.一种固定式准光法拉第旋转器性能测试装置，其特征在于，包括：线极化天线、极化栅网、极化栅网旋转工装、法拉第旋转器、矢量网络分析仪；发射线极化天线连接矢量网络分析仪1端口；接收线极化天线连接矢量网络分析仪2端口；极化栅网安装在旋转工装上。
5.如权利要求4所述固定式准光法拉第旋转器性能测试装置，其特征在于，极化栅网旋转工装可以定位极化栅网所旋转的角度。
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