RU2422956C2 - Устройство преобразования для возбуждения ортогональных мод с оптимизированной компактностью в плоскости ячейки для антенны - Google Patents

Abstract

Устройство (D) преобразования для возбуждения ортогональных мод для антенны содержит i) главный волновод (GP), предназначенный для распространения вдоль главной оси первой и второй мод, имеющих ортогональные между собой поляризации, и содержащий первый конец, связанный с круговым входом (АС), и второй конец, ii) первый вспомогательный волновод (GA1), предназначенный для распространения первой моды вдоль первой вспомогательной оси и содержащий первый конец, последовательно связанный со вторым концом главного волновода через щель последовательной связи (FSP), и второй конец, связанный с последовательным входом (AS), и iii) второй вспомогательный волновод (GA2), предназначенный для распространения второй моды вдоль второй вспомогательной оси, связанный с главным волноводом через щель параллельной связи и содержащий первый конец, связанный с параллельным входом (АР). Первый (GA1) и второй (GA2) вспомогательные волноводы расположены друг над другом. Щель параллельной связи определена между верхней стенкой (PS) главного волновода (GP) и нижней стенкой (PI) второго вспомогательного волновода (GA2) и ориентирована по отношению к упомянутой главной оси таким образом, чтобы обеспечивать связь главного волновода со вторым вспомогательным волноводом для селективной передачи второй моды от одного к другому и заставлять первую моду распространяться между главным волноводом и первым вспомогательным волноводом. Антенна или антенная решетка содержит устройство преобразования для возбуждения ортогональных мод, выполненное указанным выше образом. Техническим результатом является уменьшение баланса массы и габаритов. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к области излучающих и/или принимающих антенн, в случае необходимости, типа решеток и, в частности, касается устройств преобразования для возбуждения ортогональных мод (или «преобразователей»), которыми оборудованы такие антенны.

В данном случае под «антенной» следует понимать как единичный элементарный источник излучения, связанный с устройством преобразования для возбуждения ортогональных мод, так и антенну-решетку.

Кроме того, под «антенной-решеткой» следует понимать антенну, которая может работать на излучение и/или на прием и содержит решетку элементарных источников излучения и средства управления, выполненные с возможностью управления при помощи активной(ых) цепи(ей) амплитудой и/или фазой радиочастотных сигналов, передаваемых (или в обратном направлении, принимаемых из космоса в виде волн) элементарными источниками излучения согласно выбранной диаграмме. Следовательно, речь будет идти как о так называемых антеннах-решетках прямого излучения (часто обозначаемых английским сокращением DRA), активных или, реже, пассивных, так и об источниках типа решетки, активных или пассивных, размещаемых перед системой отражателя(ей).

Кроме того, в данном случае под «преобразователем для возбуждения ортогональных мод» следует понимать устройство, известное специалистам под сокращением ОМТ (от «OrthoMode Transducer»), то есть устройство, предназначенное для соединения с элементарным источником излучения, например, таким как рупор, чтобы селективно подавать на него (при передаче) или получать (при приеме) либо первую электромагнитную моду, имеющую первую поляризацию, либо вторую электромагнитную моду, имеющую вторую поляризацию, ортогональную к первой. Первая и вторая поляризации, как правило, являются линейными (горизонтальная (Н) и вертикальная (V)). Однако можно также реализовать круговую поляризацию за счет добавления дополнительных компонентов с целью создания соответствующих фазовых состояний.

Такой преобразователь для возбуждения ортогональных мод, например, содержит:

- главный волновод, предназначенный для распространения вдоль главной (радиоэлектрической) оси первой и второй электромагнитных мод, имеющих первую и вторую поляризации, ортогональные между собой, и содержащий первый конец (связанный с круговым входом, предназначенным для первой и второй мод и для соединения с элементарным источником излучения) и второй конец,

- первый вспомогательный волновод, предназначенный для распространения первой электромагнитной моды вдоль первой вспомогательной (радиоэлектрической) оси. Первая радиоэлектрическая ось является коллинеарной с радиоэлектрической осью главного волновода, но не обязательно с ней совпадает. Первый вспомогательный волновод содержит первый конец, последовательно связанный со вторым концом главного волновода через щель последовательной связи, и второй конец, связанный с последовательным входом, предназначенным для первой моды, и

- по меньшей мере, один второй вспомогательный волновод, предназначенный для распространения второй электромагнитной моды вдоль второй вспомогательной (радиоэлектрической) оси, связанный с главным волноводом через, по меньшей мере, одну щель параллельной связи и содержащий первый конец, связанный с параллельным входом, предназначенным для второй моды.

Как известно специалистам, в антенне-решетке пространство, необходимое для размещения излучающих элементов (или элементарных источников излучения), зависит напрямую от размеров ячейки (или элементарного рисунка) решетки, которые определяют в зависимости от эксплуатационных требований (предполагаемый частотный диапазон, оптимизация характеристик, снижение потерь в лепестках решетки (в случае антенны DRA), дискретизация фокусного пятна (в случае антенны с отражателем(ями) и источником типа решетки)).

В случае рассматриваемых здесь биполяризационных устройств, и, в частности, когда биполяризация является линейной, необходимо размещать преобразователь для возбуждения ортогональных мод (ОМТ) непосредственно сзади соответствующего элементарного источника излучения. Однако если ОМТ выполняют по технологии волновода, их размеры в плоскости ячеек (перпендикулярной к главной оси) сразу же превышают размеры ячеек (как правило, они превышают или равны 1,2λ, где λ является длиной рабочей волны в вакууме). Действительно, в наиболее распространенных ОМТ, по меньшей мере, один второй вспомогательный волновод соединяют с главным волноводом (или корпусом ОМТ) через изгиб, поэтому их размеры в плоскости ячеек обычно составляют порядка 3λ. В этом случае имеет место несовместимость между размерами ОМТ и размерами ячеек.

В документе W.Steffe «A novel compact OMJ for Ku band intelsat applications», IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, июнь 1995 г., AP-S. Digest, volume 1, было предложено выполнять соединения для возбуждения ортогональных мод (или OMJs от «OrthoMode Junctions») уменьшенной компактности. Этот тип OMJ содержит главный волновод вышеуказанного типа с квадратным поперечным сечением, предназначенный для связи через щель последовательной связи с первым последовательным вспомогательным волноводом (предназначенным для распространения первой электромагнитной моды), и второй вспомогательный волновод с прямоугольным поперечным сечением, предназначенный для распространения второй электромагнитной моды, связанный с главным волноводом через щель параллельной связи и содержащий первый конец, предназначенный для связи с параллельным входом, предназначенным для второй моды. Щель параллельной связи определена между боковой стенкой главного волновода и боковой стенкой второго вспомогательного волновода (который проходит на высоте, равной наименьшей стороне своего прямоугольного поперечного сечения), так что второй вспомогательный волновод проходит в плоскости ячеек на расстоянии, равном наибольшей стороне своего прямоугольного поперечного сечения. Таким образом, OMJ имеет габарит в плоскости ячеек порядка 2λ, то есть все же слишком большой. Кроме того, расположение входов еще больше усложняет архитектуру укомплектованной антенны и в результате увеличивает баланс массы и габарита.

Поскольку ни одно известное решение нельзя считать удовлетворительным, настоящее изобретение призвано улучшить данную ситуацию.

В этой связи изобретением предлагается представленное во вступительной части описания устройство преобразования для возбуждения ортогональных мод для антенны (в случае необходимости, типа решетки), в котором:

- первый и второй вспомогательные волноводы размещают друг над другом, чтобы их первая и вторая вспомогательные (радиоэлектрические) оси были параллельны главной (радиоэлектрической) оси главного волновода, и

- каждая щель параллельной связи определена между верхней стенкой главного волновода и нижней стенкой второго вспомогательного волновода и ориентирована по отношению к главной оси таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечивать связь главного волновода со вторым вспомогательным волноводом для селективной передачи второй моды от одного к другому и, с другой стороны, заставлять первую моду распространяться между главным волноводом и первым вспомогательным волноводом.

Иначе говоря, изобретением предлагается размещать второй вспомогательный волновод над главным волноводом (в случае необходимости, с небольшим боковым смещением), а не рядом с ним, а затем образовывать каждую щель параллельной связи в положении, параллельном или поперечном по отношению к главной оси в зависимости от того, имеют ли первый и второй вспомогательные волноводы одинаковое направление или направления, перпендикулярные друг к другу.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением может содержать другие отличительные признаки, которые можно применять отдельно или в комбинации, а именно:

- его второй вспомогательный волновод может, например, содержать второй конец, противоположный первому и закрытый таким образом, чтобы определять короткое замыкание;

- в первом варианте выполнения оно может содержать щель параллельной связи прямоугольной формы, содержащую большую сторону, параллельную главной оси, и малую сторону намного меньшей длины, чем у большой стороны, и определенную, с одной стороны, по существу в центре верхней стенки главного волновода и, с другой стороны, в зоне нижней стенки второго вспомогательного волновода, которая смещена в боковом направлении по отношению ко второй вспомогательной оси. В этом случае первый и второй вспомогательные волноводы и последовательный и параллельный входы имеют прямоугольные поперечные сечения, большие стороны которых параллельны друг другу (что соответствует ситуации, в которой первый и второй вспомогательные волноводы имеют одинаковое направление);

> зона нижней стенки второго вспомогательного волновода находится, например, вблизи боковой стенки этого второго вспомогательного волновода;

- во втором варианте выполнения главная ось и вторая вспомогательная ось могут быть, по существу, наложены одна над другой. В этом случае каждая щель параллельной связи имеет прямоугольную форму с большой стороной, перпендикулярной к главной оси, и с малой стороной гораздо меньшей длины, чем длина большой стороны, и определена в центрованном положении или в смещенном положении относительно главной оси и второй вспомогательной оси. Кроме того, первый вспомогательный волновод и последовательный вход имеют прямоугольные поперечные сечения, большие стороны которых параллельны друг другу, и второй вспомогательный волновод и параллельный вход имеют прямоугольные поперечные сечения, большие стороны которых параллельны между собой и перпендикулярны к большим сторонам первого вспомогательного волновода и последовательного входа (что соответствует ситуации, в которой первый и второй вспомогательные волноводы имеют разные направления);

> оно может содержать одну, две и даже три (и даже больше) щели параллельной связи прямоугольной формы, одинаковых выбранных размеров или разных выбранных размеров с целью модулирования части энергии, связываемой каждой щелью, и отстоящие друг от друга на выбранное расстояние.

Изобретением предлагается также антенна, оборудованная устройством преобразования для возбуждения ортогональных мод вышеуказанного типа, связанным с единым элементарным источником излучения.

Изобретением предлагается также антенна-решетка, оборудованная множеством устройств вышеуказанного типа, связанных соответственно с элементарными источниками излучения, выполненными в виде решетки, имеющей ячейку, например, типа шестиугольника.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематичный вид в перспективе первого примера выполнения устройства преобразования для возбуждения ортогональных мод в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - схематичный вид сбоку (плоскость YZ) первого примера выполнения устройства преобразования для возбуждения ортогональных мод, показанного на фиг.1.

Фиг.3 - схематичный вид сверху (плоскость XY) первого примера выполнения устройства преобразования для возбуждения ортогональных мод, показанного на фиг.1.

Фиг.4 - схематичный вид в поперечном разрезе в плоскости XZ первого примера выполнения устройства преобразования для возбуждения ортогональных мод, показанного на фиг.1.

Фиг.5 - схематичный вид в перспективе второго примера выполнения устройства преобразования для возбуждения ортогональных мод в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6 - схематичный вид сбоку (плоскость YZ) второго примера выполнения устройства преобразования для возбуждения ортогональных мод, показанного на фиг.5.

Фиг.7 - схематичный вид сверху (плоскость XY) второго примера выполнения устройства преобразования для возбуждения ортогональных мод, показанного на фиг.5.

Фиг.8 - схематичный вид в поперечном разрезе в плоскости XZ второго примера выполнения устройства преобразования для возбуждения ортогональных мод, показанного на фиг.5.

Фиг.9 - схематичный вид расположения устройств преобразования для возбуждения ортогональных мод типа устройства, показанного на фиг.1-4, в узлах ячейки (в данном случае, например, шестиугольной) антенной решетки.

Фиг.10 - схематичный вид расположения устройств преобразования для возбуждения ортогональных мод типа устройства, показанного на фиг.5-8, в узлах ячейки (в данном случае, например, шестиугольной) антенной решетки.

Прилагаемые чертежи могут не только дополнять изобретение, но также, в случае необходимости, служить для его определения.

Изобретение призвано обеспечить реализацию устройств преобразования для возбуждения ортогональных мод с оптимизированной компактностью, предпочтительно без разделительной пластинки (или перегородки), для излучающей или принимающей антенны (в случае необходимости, типа решетки).

В дальнейшем тексте описания в качестве не ограничительного примера предполагается, что антенна является антенной-решеткой так называемого типа прямого излучения (или DRA) и являющаяся, например, активной. Следовательно, она содержит решетку элементарных источников излучения, например рупоров, каждый из которых связан с устройством D преобразования для возбуждения ортогональных мод в соответствии с настоящим изобретением, и средства контроля, выполненные с возможностью контроля при помощи активной(ых) цепи(ей) амплитуды и/или фазы радиочастотных сигналов, которые должны передаваться (или, в обратном направлении, которые принимаются из космоса в виде волн) элементарными источниками излучения согласно выбранной диаграмме. Однако изобретение не ограничивается этим типом антенны. Действительно, оно относится, с одной стороны, к любому типу антенны-решетки DRA или другим и, в частности, к источникам в виде решетки, размещенным перед системой отражателя(ей), например к антеннам типа FAFR, активным или пассивным, выполненным с возможностью изменения конфигурации или нет, и, с другой стороны, к единому элементарному источнику излучения, связанному с устройством в соответствии с настоящим изобретением.

Например, антенна-решетка установлена на спутнике мультимедийной связи в диапазоне Ка (от 18,2 ГГц до 20,2 ГГц при излучении или от 27,5 ГГц до 30 ГГц при приеме) или в диапазоне Ku (от 10,7 ГГц до 12,75 ГГц при излучении или от 13,75 ГГц до 14,5 ГГц при приеме). Вместе с тем, предлагаемое устройство можно применять также для любого другого частотного диапазона. Кроме того, две поляризации излучения могут быть в одном частотном диапазоне или в разных частотных диапазонах.

Для описания первого примера выполнения устройства D преобразования для возбуждения ортогональных мод в соответствии с настоящим изобретением обратимся сначала к фиг.1-4.

Как схематично показано на фиг.1, устройство D преобразования для возбуждения ортогональных мод в соответствии с настоящим изобретением содержит, по меньшей мере, один главный волновод (или главный корпус) GP, связанный с круговым входом АС, первый вспомогательный волновод GA1, последовательно связанный с главным волноводом GP и с последовательным входом AS (показанным на фиг.4), и второй вспомогательный волновод GA2, параллельно связанный с главным волноводом GP и с параллельным входом АР (показанным на фиг.4).

Главный волновод GP является параллелепипедом, поперечное сечение (в плоскости XZ) которого имеет, например, прямоугольную или квадратную форму. Однако главный волновод GP может также иметь круговую форму, хотя это решение является в настоящее время менее предпочтительным. Он проходит в продольном направлении (Y), которое определяет также главную радиоэлектрическую ось устройства D. Его размеры выбирают таким образом, чтобы обеспечивать распространение вдоль главной (радиоэлектрической) оси Y радиочастотных сигналов (RF) согласно первой и второй электромагнитным модам, имеющим соответственно первую Р1 и вторую Р2 поляризации, которые являются ортогональными между собой.

Например, первой и второй электромагнитными модами являются ТЕ10 (основная мода) и ТЕ01.

Например, первая Р1 и вторая Р2 поляризации являются поляризациями линейного типа, при этом Р1 является, например, вертикальной (V), а Р2 - горизонтальной (Н), или наоборот. Однако следует заметить, что изобретение позволяет также реализовать круговые поляризации путем добавления соответствующих компонентов с целью получения необходимых электрических условий фазы (например, путем добавления гибридных соединителей к двум волноводам с прямоугольными входами или поляризатора к главному круговому волноводу).

Главный волновод GP содержит две «боковые» стенки PL (в плоскости YZ), «нижнюю» стенку (в плоскости XY) и «верхнюю» стенку PS (в плоскости XY). Понятия «боковой», «нижний» и «верхний» следует в данном случае рассматривать относительно чертежей, и, следовательно, верхняя стенка PS волновода находится над нижней стенкой этого же волновода и перпендикулярна к двум боковым стенкам PL упомянутого волновода. Разумеется, эти понятия используются только для облегчения понимания описания и не относятся к конечному направлению стенок главного волновода GP или вспомогательного волновода GA1 или GA2 после установки устройства D в антенну (в данном случае, например, типа решетки).

Эти боковые стенки PL, нижняя и верхняя PS стенки ограничивают внутри главную полость, содержащую первый и второй концы. Первый конец связан с круговым входом АС, который предназначен для первой и второй мод (имеющих соответственно первую Р1 и вторую Р2 поляризации) и для соединения с элементарным источником излучения. Так называемая щель «последовательной» связи FSP определена на уровне второго конца. Предпочтительно, она имеет прямоугольную форму, при этом ее большая сторона является, например, параллельной оси Z.

Верхняя стенка PS главного волновода GP содержит, по меньшей мере, одно отверстие выбранной формы, являющееся частью так называемой щели «параллельной» связи FPL или FPT.

Первый вспомогательный волновод GA1 имеет общую форму параллелепипеда с поперечным сечением (в плоскости XZ), например прямоугольной формы (однако можно предусмотреть и другие формы, в частности круговую или эллиптическую). Он проходит в продольном направлении (Y), которое определяет также его (первую) вспомогательную радиоэлектрическую ось. Таким образом, он в некотором роде продолжает главный волновод GP вдоль оси Y. Его размеры выбирают таким образом, чтобы обеспечивать распространение вдоль первой вспомогательной (радиоэлектрической) оси радиочастотных сигналов (RF) согласно первой электромагнитной моде, имеющей первую поляризацию Р1.

Первый вспомогательный волновод GA1 содержит две «боковые» стенки (в плоскости YZ), «нижнюю» стенку (в плоскости XY) и «верхнюю» стенку (в плоскости XY). Эти боковые, нижняя и верхняя стенки ограничивают внутри первую вспомогательную полость, содержащую первый и второй концы. Первый конец последовательно связан со вторым концом главного волновода GP через щель последовательной связи FSP. Второй конец связан с последовательным входом AS, который предназначен для первой моды, имеющей первую поляризацию Р1, и определен в плоскости XZ.

Например, последовательный вход AS имеет прямоугольную форму. В первом примере выполнения, показанном на фиг.1-4, последовательный вход AS содержит большую сторону GC1, параллельную оси Х, и малую сторону РС1, параллельную оси Z.

Следует отметить, что первый вспомогательный волновод GA1 не обязательно имеет форму чистого параллелепипеда. Как показано на чертежах, он может быть частично образован, по меньшей мере, двумя частями, имеющими форму параллелепипеда, с сечениями (в плоскости, перпендикулярной к направлению Y) и значениями длины (в направлении Y), выбираемыми таким образом, чтобы производить изменение поперечных размеров волновода (ступенчатый трансформатор для адаптации полного сопротивления) с целью оптимизации электрических характеристик.

Второй вспомогательный волновод GA2 имеет общую форму параллелепипеда с поперечным сечением (в плоскости XZ), например, прямоугольной формы. Он проходит в продольном направлении (Y), которое определяет также его (вторую) вспомогательную радиоэлектрическую ось. Его размеры выбирают таким образом, чтобы обеспечивать распространение вдоль второй вспомогательной (радиоэлектрической) оси радиочастотных сигналов (RF) согласно второй электромагнитной моде, имеющей вторую поляризацию Р2.

Второй вспомогательный волновод GA2 содержит две «боковые» стенки (в плоскости YZ), «нижнюю» стенку PI (в плоскости XY) и «верхнюю» стенку (в плоскости XY). Эти боковые, нижняя PI и верхняя стенки ограничивают внутри вторую вспомогательную полость, содержащую первый и второй концы. Первый конец связан с параллельным входом АР, который предназначен для второй моды, имеющей вторую поляризацию Р2, и определен в плоскости XZ. Второй конец предпочтительно заканчивается концевой стенкой РТ (в плоскости XZ) таким образом, чтобы определять во второй вспомогательной полости электрическое короткое замыкание.

Нижняя стенка PI второго вспомогательного волновода GA2 содержит, по меньшей мере, одно отверстие такой же выбранной формы, что и отверстие в верхней стенке PS главного волновода GP, являющееся дополняющей частью щели параллельной связи FPL или FPT.

Например, параллельный вход АР имеет прямоугольную форму. В первом примере выполнения, показанном на фиг.1-4, параллельный вход АР имеет большую сторону GC2, параллельную оси Х, и малую сторону РС2, параллельную оси Z.

Следует отметить, что, аналогично первому вспомогательному волноводу GA1, второй вспомогательный волновод GA2 не обязательно имеет форму чистого параллелепипеда. Как показано на чертежах, он может быть образован, по меньшей мере, двумя частями, имеющими форму параллелепипеда, но имеющими разные размеры (сечения в плоскости, перпендикулярной к направлению Y, и значения длины в направлении Y), чтобы реализовать ступенчатый трансформатор с целью оптимизации электрических характеристик.

Аналогично первому вспомогательному волноводу GA1, следует отметить, что главный волновод GP может не иметь форму чистого параллелепипеда. Он может состоять, по меньшей мере, из двух разных частей, одна из которых имеет форму параллелепипеда, а другая - круговую цилиндрическую форму, для адаптации полного сопротивления.

Первый GA1 и второй GA2 вспомогательные волноводы размещают один над другим, чтобы их первая и вторая вспомогательные радиоэлектрические оси были параллельны главной радиоэлектрической оси главного волновода GP. Второй вспомогательный волновод GA2 размещают также, по меньшей мере, частично над верхней стенкой PS главного волновода GP.

Необходимо также отметить, что главный волновод GP (и его круговой вход АС) и первый GA1 и второй GA2 вспомогательные волноводы (и их последовательный AS и параллельный АР входы) можно выполнять из двух или трех частей, соединяемых между собой. Однако он может также представлять собой моноблок, в зависимости от применяемого способа изготовления. В этом случае понятно, что верхние стенки главного волновода GP и первого вспомогательного волновода GA1 совпадают с нижней стенкой PI второго вспомогательного волновода GA2, хотя они и участвуют в определении части главной и вспомогательных полостей.

Как было указано выше, каждая щель параллельной связи FPL или FPT определена между верхней стенкой PS главного волновода GP и нижней стенкой PI второго вспомогательного волновода GA2. Например, когда верхняя стенка PS главного волновода GP и нижняя стенка PI второго вспомогательного волновода GA2 размещены одна против другой или совпадают, щель параллельной связи FPL или FPT может быть образована только двумя отверстиями, которые соответствуют друг другу в верхней стенке PS главного волновода GP и в нижней стенке PI второго вспомогательного волновода GA2. Вместе с тем, щель параллельной связи FPL или FPT может быть образована двумя отверстиями, которые соответствуют друг другу, и соединительным элементом, обеспечивающим функцию направления между этими двумя отверстиями (в настоящее время это решение не является предпочтительным, так как стараются ограничить насколько это возможно толщину (или длину) соединительного элемента).

Направление каждой щели параллельной связи FPL или FPT относительно главной радиоэлектрической оси выбирают из двух соображений. Прежде всего направление должно обеспечивать связь главной полости (определяемой главным волноводом GP) со второй вспомогательной полостью (определяемой вторым вспомогательным волноводом GA2) таким образом, чтобы вторая мода (имеющая вторую поляризацию Р2) селективно передавалась либо от главного волновода GP ко второму вспомогательному волноводу GA2 при приеме (Rx), либо от второго вспомогательного волновода GA2 к главному волноводу GP при передаче (Тх). Кроме того, направление должно заставлять первую моду (имеющую первую поляризацию Р1) распространяться либо от главного волновода GP к первому вспомогательному волноводу GA1 при приеме (Rx), либо от первого вспомогательного волновода GA1 к главному волноводу GP при передаче (Тх).

Связь второй моды предопределяется либо длиной щели параллельной связи FPL и ее боковым смещением (в направлении Х) относительно второй вспомогательной радиоэлектрической оси второго вспомогательного волновода GA2 в случае продольной прямоугольной щели, большая сторона которой параллельна направлению Y, либо длиной(ами) и/или числом щелей параллельной связи FPT и/или межщелевым расстоянием и/или положением центра каждой щели параллельной связи FPT относительно второй вспомогательной оси RF в случае поперечной прямоугольной щели, большая сторона которой параллельна направлению Х.

Следует отметить, что расстояние между коротким замыканием, находящимся на концевой стенке РТ второго вспомогательного волновода GA2, и ближайшей щелью связи FPL или FPT может тоже являться одним из регулировочных параметров.

Использование нескольких щелей параллельной связи FPT позволяет распределить между ними мощность.

Кроме того, ограниченность ширины каждой щели параллельной связи FPL или FPT позволяет минимизировать возбуждение первой поляризации Р1 или, иначе говоря, зафиксировать уровень подавления первой поляризации Р1. Это позволяет избежать использования разделительных пластинок (или перегородок), хотя в данном случае это и допускается. Например, ширину выбирают в значении примерно от λ/10 до λ/20, где λ является длиной рабочей волны устройства D.

Положение каждой щели параллельной связи FPL или FPT выбирают таким образом, чтобы оптимизировать связь с линиями тока, которые соответствуют второй моде и которые создаются на верхней стенке PS главного волновода GP и на нижней стенке PI второго вспомогательного волновода GA2.

Кроме того, ориентация каждой щели параллельной связи FPL или FPT зависит от требуемой компактности для устройства D в направлении Х. Можно предусмотреть два класса вариантов выполнения.

Первый класс объединяет варианты выполнения, в которых каждая щель параллельной связи FPL является «продольной» прямоугольной (большая сторона (или длина) параллельна направлению Y) и находится сверху и параллельно главной оси главного волновода GP и в то же время смещена в боковом направлении (в направлении Х) относительно второй вспомогательной радиочастотной оси второго вспомогательного волновода GA2.

Второй класс объединяет варианты выполнения, в которых каждая щель параллельной связи FPT является «поперечной» прямоугольной (большая сторона (или длина) параллельна направлению Х) и центрована (хотя может быть и смещенной) относительно главной оси главного волновода GP и относительно второй вспомогательной оси второго вспомогательного волновода GA2 (в этом случае главная ось и вторая вспомогательная ось находятся одна над другой). В данном случае под «центрованным положением» следует понимать наличие одинакового расширения по обе стороны от второй вспомогательной оси. Позиционирование щелей параллельной связи FPT относительно второй вспомогательной оси RF позволяет, по меньшей мере, частично определять передаваемую ими мощность.

Первый класс соответствует первому примеру выполнения, показанному на фиг.1-4. В этом примере была представлена единственная щель параллельной связи FPL прямоугольной и продольной формы, однако можно предусмотреть использование нескольких (по меньшей мере, двух) щелей, следующих одна за другой и имеющих одинаковое направление вдоль оси Y. В этом случае длины щелей не обязательно должны быть одинаковыми.

Чем больше боковое (или поперечное) смещение продольной щели FPL относительно второй вспомогательной оси, тем эффективнее связь линий тока второй моды. В представленном примере (см. фиг.4) продольная щель FPL выходит в зону нижней стенки PI второго вспомогательного волновода GA2, которая находится вблизи его боковой стенки. Следовательно, связь является оптимальной. Однако необходимо отметить, что чем больше боковое смещение продольной щели FPL относительно второй вспомогательной оси, тем больше второй вспомогательный волновод GA2 оказывается смещенным в боковом направлении по отношению к главному волноводу GP и к первому вспомогательному волноводу GA1. Это боковое смещение второго вспомогательного волновода GA2 не превышает половины его ширины (большая сторона) GC2. Следовательно, поперечный габарит (в направлении Х) устройства D не превышает суммы ширины GC1 главного волновода GP и половины ширины GC2 второго вспомогательного волновода GA2, то есть GC1+GC2/2.

В этом первом примере выполнения, учитывая «продольное» направление щели параллельной связи FPL, первый GA1 и второй GA2 вспомогательные волноводы и последовательный AS и параллельный АР входы имеют прямоугольные поперечные сечения, большие стороны которых параллельны направлению Х. Следовательно, первый GA1 и второй GA2 вспомогательные волноводы и последовательный AS и параллельный АР входы имеют одинаковое «поперечное» направление (большие стороны GC1, GC2 вдоль направления Х).

Второй класс соответствует второму примеру выполнения, показанному на фиг.5-8. В качестве не ограничительного примера показаны три щели параллельной связи FPT одинаковой прямоугольной и поперечной формы, однако можно предусмотреть использование только одной или двух или даже более трех щелей параллельно.

Чем больше число поперечных щелей FPT и чем больше длина (в направлении Х) каждой поперечной щели FPT, тем эффективнее будет связь линий тока второй моды. В представленном примере (см. фиг.5-7) три поперечные щели FPT имеют одинаковую длину и попарно равноудалены. Однако это не является обязательным условием (действительно, межщелевое расстояние может меняться). Следует отметить, что длины щелей тоже могут быть регулировочными параметрами.

В данном случае вторая вспомогательная ось наложена точно над главной осью и над первой вспомогательной осью, следовательно второй вспомогательный волновод GA2 полностью или почти полностью расположен над главным волноводом GP и над первым вспомогательным волноводом GA1. Следовательно, поперечный габарит (в направлении Х) устройства D равен габариту вспомогательного или главного волновода, который имеет наибольшее поперечное расширение. Таким образом, наименьшим для второй категории варианта выполнения является, по меньшей мере, поперечный габарит устройства D.

Во втором примере выполнения, учитывая «поперечное» направление каждой щели параллельной связи FPT, первый вспомогательный волновод GA1 и его последовательный вход AS имеют прямоугольные поперечные сечения, большие стороны GC1 которых параллельны направлению Z, тогда как второй вспомогательной волновод GA2 и его параллельный вход АР имеют прямоугольные поперечные сечения, большие стороны GC2 которых параллельны направлению Х. Следовательно, первый GA1 и второй GA2 вспомогательные волноводы имеют разные направления, так же как и последовательный вход AS и параллельный вход АР.

На фиг.9 схематично показано семь устройств преобразования для возбуждения ортогональных мод Di1-Di7, принадлежащих к первому классу и расположенных в узлах примера шестиугольной ячейки (или элементарного рисунка) Mi антенной решетки.

Также на фиг.10 схематично показано семь устройств преобразования для возбуждения ортогональных мод Di1-Di7, принадлежащих ко второму классу и расположенных в узлах примера шестиугольной ячейки (или элементарного рисунка) Mi антенной решетки.

Разумеется, устройства D преобразования для возбуждения ортогональных мод в соответствии с настоящим изобретением могут быть расположены по-другому относительно друг друга, образуя другие типы ячейки (или элементарного рисунка) Mi антенной решетки, например треугольную, прямоугольную или любую другую ячейку (то есть не обязательно периодический рисунок).

Кроме того, в предшествующем тексте был описан пример устройства D, в котором главный волновод GP последовательно связан с последовательным вспомогательным волноводом GA1 и параллельно связан с параллельным вспомогательным волноводом GA2. Однако главный волновод GP может быть последовательно связан с последовательным вспомогательным волноводом GA1 и параллельно связан с одним, двумя, тремя или четырьмя параллельными вспомогательными волноводами GA2. В этом последнем случае параллельные вспомогательные волноводы GA2 связаны с главным волноводом GP на уровне его различных боковых стенок (параллельных плоскостям XY и YZ). Это позволяет устройству D работать в частотных диапазонах в количестве от 1 до 5. Следует отметить, что щели связи этих различных параллельных вспомогательных волноводов GA2 не обязательно находятся все с одной стороны вдоль оси Y. Кроме того, поперечное сечение полости главного волновода GP тоже может меняться вдоль оси Y, чтобы учитывать различные положения упомянутых щелей связи.

Следует отметить, что устройство в соответствии с настоящим изобретением можно также использовать, когда соблюдение габарита не является основным требованием, например в случае единичных или изолированных источников, требующих биполяризации по одной или двум частотам.

Изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения устройства преобразования для возбуждения ортогональных мод и антенны (в случае необходимости, типа решетки), представленными выше только в качестве примеров, и охватывает все возможные варианты, которые может предусматривать специалист в рамках нижеследующей формулы изобретения.

Claims (5)

1. Устройство (D) преобразования для возбуждения ортогональных мод для антенны, содержащее i) главный волновод (GP), предназначенный для распространения вдоль главной оси первой и второй электромагнитных мод, имеющих первую и вторую поляризации, ортогональные между собой, и содержащий первый конец, связанный с круговым входом (АС), предназначенным для упомянутых первой и второй мод, и второй конец, ii) первый вспомогательный волновод (GA1), предназначенный для распространения упомянутой первой электромагнитной моды вдоль первой вспомогательной оси и содержащий первый конец, последовательно связанный с упомянутым вторым концом главного волновода (GP) через щель последовательной связи (FSP), и второй конец, связанный с последовательным входом (AS), предназначенным для упомянутой первой моды, и iii) второй вспомогательный волновод (GA2), предназначенный для распространения упомянутой второй электромагнитной моды вдоль второй вспомогательной оси, связанный с упомянутым главным волноводом (GP) через, по меньшей мере, одну щель параллельной связи (FPT) и содержащий первый конец, связанный с параллельным входом (АР), предназначенным для упомянутой второй моды, отличающееся тем, что упомянутые первый (GA1) и второй (GA2) вспомогательные волноводы размещают один над другим таким образом, чтобы их первая и вторая вспомогательные оси были параллельны упомянутой главной оси, и тем, что каждая щель параллельной связи (FPT) определена между верхней стенкой (PS) главного волновода (GP) и нижней стенкой (PI) второго вспомогательного волновода (GA2) и ориентирована по отношению к упомянутой главной оси таким образом, чтобы обеспечивать связь главного волновода (GP) со вторым вспомогательным волноводом (GA2) для селективной передачи второй моды от одного к другому и заставлять упомянутую первую моду распространяться между главным волноводом (GP) и первым вспомогательным волноводом (GA1), и тем, что упомянутые главная ось и вторая вспомогательная ось, по существу, наложены одна над другой, тем, что содержит, по меньшей мере, одну щель параллельной связи (FPT) прямоугольной формы, содержащую большую сторону, перпендикулярную к упомянутой главной оси, и малую сторону намного меньшей длины, чем у упомянутой большой стороны, и определенную в положении, смещенном относительно упомянутых главной оси и второй вспомогательной оси, и тем, что упомянутый первый вспомогательный волновод (GA1) и упомянутый последовательный вход (AS) имеют прямоугольные поперечные сечения, большие стороны которых параллельны друг другу, и упомянутый второй вспомогательный волновод (GA2) и упомянутый параллельный вход (АР) имеют прямоугольные поперечные сечения, большие стороны которых параллельны друг другу и перпендикулярны к большим сторонам первого вспомогательного волновода (GA1) и последовательного входа (AS).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый второй вспомогательный волновод (GA2) содержит второй конец, противоположный первому и закрытый таким образом, чтобы определять короткое замыкание.

3. Антенна, отличающаяся тем, что содержит единое устройство (D) преобразования для возбуждения ортогональных мод по одному из предыдущих пунктов, связанное с единым элементарным источником излучения.

4. Антенна-решетка, отличающаяся тем, что содержит множество устройств (D) преобразования для возбуждения ортогональных мод по одному из пп.1 или 2, связанных соответственно с элементарными источниками излучения, расположенными в виде решетки, имеющей выбранную ячейку.

5. Антенна-решетка по п.4, отличающаяся тем, что упомянутая ячейка является ячейкой типа шестиугольника.

Images