RU2620893C1 - Device for reception of orthogonal linearly polarized waves - Google Patents

Device for reception of orthogonal linearly polarized waves Download PDF

Info

Publication number
RU2620893C1
RU2620893C1 RU2016110580A RU2016110580A RU2620893C1 RU 2620893 C1 RU2620893 C1 RU 2620893C1 RU 2016110580 A RU2016110580 A RU 2016110580A RU 2016110580 A RU2016110580 A RU 2016110580A RU 2620893 C1 RU2620893 C1 RU 2620893C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
linearly polarized
polarized waves
orthogonal linearly
coupler
Prior art date
Application number
RU2016110580A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Васильевич Босомыкин
Татьяна Ивановна Сидоренко
Андрей Петрович Орехов
Алексей Дмитриевич Сидоренко
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир)
Priority to RU2016110580A priority Critical patent/RU2620893C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2620893C1 publication Critical patent/RU2620893C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/16Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion

Landscapes

  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device contains two low-noise amplifiers, a bridge device, as well as coaxially located and interconnected a segment of a circular waveguide and a coupler of orthogonal linearly polarized waves, made on a circular waveguide and equipped with a short-circuit. In this case, a phase-shifting inhomogeneity located at the end of a dielectric rod passed through an aperture of radius r<0.1R in a short-circuit with the possibility of axial rotation, where R is the radius of a circular waveguide, is located in the circular waveguide section. In the wall of the coupler of orthogonal linearly polarized waves, two communication holes are made, connected through identical segments of the rectangular waveguide to the input arms of the bridge device, and with the centers located in one transverse plane lying at a distance λv/4 from the reflective surface of the short-circuit, and at a distance πR/2 one from the other, where λv is the wavelength in the circular waveguide at the mean operating frequency. The phase-shifting inhomogeneity is selected in such a way as to ensure a phase shift of 90°, and the bridge device is made in the form of an unbalanced quadrature waveguide bridge, whose input arms through identical sections of the rectangular waveguide and identical to the low-noise amplifiers are connected to couplers of the coupler of orthogonal linearly polarized waves, so that the inputs of low-noise amplifiers are located at the closest distance from the coupler couplers of orthogonal linearly polarized waves.
EFFECT: reduction of the noise temperature of the device for receiving orthogonal linearly polarized waves.
1 dwg

Description

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в спутниковой связи и в системах непосредственного телевизионного вещания с поляризационным уплотнением.The invention relates to microwave technology and can be used in satellite communications and in systems of direct television broadcasting with polarization sealing.

Известны устройства [1]-[5], которые могут использоваться для приема ортогональных линейно поляризованных волн произвольной ориентации. Особенностью этих устройств является наличие вращающегося отрезка круглого волновода с установленной в нем фазосдвигающей неоднородностью, которая вносит фазовый сдвиг 180°. Вращая этот отрезок круглого волновода, а вместе с ним и фазосдвигающую неоднородность, добиваются требуемой ориентации ортогональных линейно поляризованных волн.Known devices [1] - [5], which can be used to receive orthogonal linearly polarized waves of arbitrary orientation. A feature of these devices is the presence of a rotating segment of a circular waveguide with a phase-shifting inhomogeneity installed in it, which introduces a phase shift of 180 °. By rotating this segment of the circular waveguide, and with it the phase-shifting inhomogeneity, the required orientation of the orthogonal linearly polarized waves is achieved.

Одним из недостатков этих устройств является использование в них приводов, которые, кроме необходимого вращения фазосдвигающей неоднородности, осуществляют вращение отрезка круглого волновода, для чего требуется дополнительная мощность приводов. Другим недостатком этих устройств является то, что для обеспечения вращения отрезка круглого волновода на его концах должны быть расположены вращающиеся сочленения, в которых используются довольно узкополосные с точки зрения согласования дроссельные соединения.One of the drawbacks of these devices is the use of drives in them, which, in addition to the necessary rotation of the phase-shifting heterogeneity, carry out the rotation of the circular waveguide segment, which requires additional drive power. Another disadvantage of these devices is that to ensure rotation of the circular waveguide segment, rotating joints should be located at its ends, which use throttle connections that are rather narrow-band in terms of matching.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для приема ортогональных линейно поляризованных волн [6], содержащее два малошумящих усилителя (МШУ), мостовое устройство в виде двойного волноводного тройника, выходные Е и Н плечи которого соединены со входами МШУ, а также соосно расположенные и соединенные между собой отрезок круглого волновода и ответвитель ортогональных линейно поляризованных волн, выполненный на круглом волноводе и снабженный короткозамыкателем, при этом в отрезке круглого волновода размещена в диаметральной плоскости фазосдвигающая неоднородность, закрепленная на конце диэлектрического стержня, пропущенного через отверстие радиусом r<0,1R в короткозамыкателе с возможностью осевого вращения, где R - радиус круглого волновода, а в стенке ответвителя ортогональных линейно поляризованных волн выполнены два отверстия связи, соединенные через идентичные отрезки прямоугольного волновода с входными плечами мостового устройства, и с центрами расположенными в одной поперечной плоскости, лежащей на расстоянии λв/4 от отражающей поверхности короткозамыкателя, и на расстоянии πR/2 один от другого, где λв - длин волны в круглом волноводе на средней рабочей частоте.Closest to the claimed device is a device for receiving orthogonal linearly polarized waves [6], containing two low-noise amplifiers (LNA), a bridge device in the form of a double waveguide tee, the output E and H shoulders of which are connected to the LNA inputs, as well as coaxially located and connected between them a segment of a circular waveguide and a coupler of orthogonal linearly polarized waves, made on a circular waveguide and equipped with a short circuit, while in the segment of a circular waveguide is placed in a dia phase-shifting inhomogeneity fixed on the end of the dielectric rod, passed through an opening of radius r <0.1R in the short circuit with the possibility of axial rotation, where R is the radius of the circular waveguide, and two coupling holes are made in the coupler wall of orthogonal linearly polarized waves, connected through identical segments of a rectangular waveguide with the input arms of the bridge device, and with the centers located in one transverse plane lying at a distance of λv / 4 from the reflective surface short-circuit, and at a distance πR / 2 from one another, where λw - wavelengths in a circular waveguide at an average operating frequency.

Недостатком этого устройства, а также всех устройств, рассмотренных выше, является довольно высокий уровень шумовой температуры, что ухудшает качество приема.The disadvantage of this device, as well as all the devices discussed above, is the rather high level of noise temperature, which affects the quality of reception.

Техническим результатом является уменьшение шумовой температуры устройства для приема ортогонально линейно поляризованных волн. Технический результат достигается уменьшением длины участка между входом устройства и входами МШУ, что приведет к уменьшению потерь этого участка и, следовательно, к уменьшению шумовой температуры устройства. Уменьшение длины этого участка можно добиться, во-первых, за счет использования фазосдвигающей неоднородности, вносящей фазовый сдвиг 90°, вместо фазосдвигающей неоднородности, вносящей фазовый сдвиг 180°, что позволит практически вдвое уменьшить длину отрезка круглого волновода и длину размещенной в нем фазосдвигающей неоднородности и, во-вторых, за счет переноса МШУ с выхода устройства непосредственно к месту расположения отверстий связи в ответвителе ортогональных линейно поляризованных волн.The technical result is to reduce the noise temperature of the device for receiving orthogonally linearly polarized waves. The technical result is achieved by reducing the length of the section between the input of the device and the inputs of the LNA, which will lead to a decrease in the losses of this section and, consequently, to a decrease in the noise temperature of the device. Reducing the length of this section can be achieved, firstly, by using a phase-shifting heterogeneity introducing a phase shift of 90 ° instead of a phase-shifting heterogeneity introducing a phase shift of 180 °, which will almost halve the length of a segment of a circular waveguide and the length of the phase-shifting inhomogeneity located in it secondly, due to the transfer of the LNA from the output of the device directly to the location of the communication holes in the coupler of orthogonal linearly polarized waves.

На фиг. 1 приведены вид спереди и вид сбоку (продольное сечение) заявляемого устройства, которое содержит:In FIG. 1 shows a front view and side view (longitudinal section) of the inventive device, which contains:

- малошумящие усилители - 1;- low noise amplifiers - 1;

- мостовое устройство - 2;- bridge device - 2;

- отрезок круглого волновода - 3;- segment of a circular waveguide - 3;

- ответвитель ортогональных линейно поляризованных волн - 4;- coupler of orthogonal linearly polarized waves - 4;

- короткозамыкатель - 5;- short circuit - 5;

- фазосдвигающая неоднородность - 6;- phase shifting heterogeneity - 6;

- диэлектрический стержень - 7;- dielectric rod - 7;

- два отверстия связи - 8;- two communication holes - 8;

- идентичные отрезки прямоугольного волновода - 9, 10;- identical segments of a rectangular waveguide - 9, 10;

- входные плечи мостового устройства - 11.- input shoulders of the bridge device - 11.

Заявляемое устройство содержит два идентичных МШУ (1) с волноводными входами и выходами, мостовое устройство (2), выполненное в виде разбалансированного квадратурного волноводного моста со связью по широкой или по узкой стенке, а также соосно расположенные и соединенные между собой отрезок круглого волновода (3) и ответвитель ортогональных линейно поляризованных волн (4), выполненный на круглом волноводе и снабженный короткозамыкателем (5), при этом в отрезке круглого волновода размещена в диаметральной плоскости фазосдвигающая неоднородность (6), обеспечивающая фазовый сдвиг 90°, и закрепленная на конце диэлектрического стержня (7), пропущенного через отверстие радиусом r<0,1R в короткозамыкателе с возможностью осевого вращения, где R - радиус круглого волновода, а в стенке ответвителя ортогональных линейно поляризованных волн выполнены два отверстия связи (8), соединенные через МШУ (1), волноводные входы которых размещены на максимально близком расстоянии от отверстий связи (8), и идентичные отрезки прямоугольного волновода (9), (10) с входными плечами мостового устройства (11), при этом центры отверстий связи (8) совпадают с центрами поперечных сечений волноводных входов МШУ (1) и находятся в одной поперечной плоскости, лежащей на расстоянии λв/4 от отражающей поверхности короткозамыкателя, и на расстоянии πR/2 один от другого, где λв - длина волны в круглом волноводе на средней рабочей частоте.The inventive device contains two identical LNAs (1) with waveguide inputs and outputs, a bridge device (2) made in the form of an unbalanced quadrature waveguide bridge with communication along a wide or narrow wall, as well as a segment of a circular waveguide coaxially located and interconnected (3 ) and a coupler of orthogonal linearly polarized waves (4), made on a circular waveguide and equipped with a short-circuit (5), while in the segment of a circular waveguide the phase-shifting nonuniform axis (6), which provides a 90 ° phase shift, and is fixed at the end of the dielectric rod (7), passed through an opening of radius r <0.1R in the short circuit with the possibility of axial rotation, where R is the radius of the circular waveguide and linearly orthogonal in the wall of the coupler For polarized waves, two communication holes (8) are made, connected through the LNA (1), the waveguide inputs of which are located at the closest possible distance from the communication holes (8), and identical segments of a rectangular waveguide (9), (10) with the input arms of the bridge device ( 11), with e the centers of the communication holes (8) coincide with the centers of the cross sections of the waveguide inputs of the LNA (1) and are in the same transverse plane lying at a distance λv / 4 from the reflective surface of the short circuit and at a distance πR / 2 from one another, where λv is the length waves in a circular waveguide at an average operating frequency.

Для простоты работоспособность заявляемого устройства рассмотрим в предположении, что все входы и выходы составных частей (элементов) устройства согласованы, а сами составные части не вносят омических потерь. В этом случае работоспособность устройства проще всего и в компактной форме можно подтвердить, используя аппарат матриц и векторов Джонса [7]-[9].For simplicity, we consider the operability of the claimed device under the assumption that all the inputs and outputs of the component parts (elements) of the device are consistent, and the components themselves do not introduce ohmic losses. In this case, the operability of the device is easiest and can be confirmed in a compact form using the apparatus of Jones matrices and vectors [7] - [9].

Заявляемое устройство предназначено для приема ортогональных линейно-поляризованных волн (ЛПВ). Ориентация векторов электрического поля этих волн определяет некоторую прямоугольную систему координат (СК), одна ось которой параллельна вектору электрического поля одной волны, другая ось параллельна вектору электрического поля другой волны. Назовем эту систему координат СК1.The inventive device is intended for receiving orthogonal linearly polarized waves (LPT). The orientation of the electric field vectors of these waves determines a certain rectangular coordinate system (SC), one axis of which is parallel to the electric field vector of one wave, the other axis is parallel to the electric field vector of another wave. We call this coordinate system SK1.

Матрица Jin, составленная из векторов Джонса, в которой первый (левый) столбец представляет собой вектор Джонса, соответствующий 1-ой ЛПВ, а второй (правый) столбец - вектор Джонса, соответствующий 2-ой ЛПВ, имеет диагональный вид в СК1.The Jin matrix, composed of Jones vectors, in which the first (left) column is the Jones vector corresponding to the 1st LPV, and the second (right) column is the Jones vector corresponding to the 2nd LPV, has a diagonal form in SK1.

Матрица, составленная из векторов Джонса на выходе устройства (Jout), связана с матрицей, составленной из векторов Джонса на входе устройства (Jin), следующим матричным соотношением:The matrix composed of Jones vectors at the output of the device (Jout) is related to the matrix composed of Jones vectors at the input of the device (Jin) by the following matrix relation:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Т - матрица Джонса (матрица передачи) всего устройства.where T is the Jones matrix (transfer matrix) of the entire device.

Если обе ЛПВ на входе устройства имеют единичную амплитуду и нулевую фазу, то матрица Jin имеет вид:If both LPs at the input of the device have a unit amplitude and a zero phase, then the matrix Jin has the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

и в этом случае Jout=Т.and in this case Jout = T.

Для того, чтобы заявляемое устройство осуществляло прием ортогональных ЛПВ с высоким уровнем кроссполяризационной развязки (КПР), матрица Jout должна быть близка к диагональной.In order for the claimed device to receive orthogonal LPTs with a high level of cross-polarization isolation (CRC), the Jout matrix should be close to the diagonal one.

Figure 00000003
Figure 00000003

КПР для первой ЛПР определяется как |201g(T11/T12)|, для второй - как |201g(T22/T12)|.CRC for the first decision-maker is defined as | 201g (T 11 / T 12 ) |, for the second - as | 201g (T 22 / T 12 ) |.

Теоретически КПР=∞, если Jout имеет диагональный вид.Theoretically, CRC = ∞ if Jout has a diagonal form.

Figure 00000004
или
Figure 00000005
Figure 00000004
or
Figure 00000005

Рассмотрим матрицу Джонса заявляемого устройства с целью подтверждения его работоспособности и определения условий, при которых обеспечивается максимальная кроссполяризационная развязка.Consider the Johns matrix of the claimed device in order to confirm its performance and determine the conditions under which the maximum cross polarization isolation is ensured.

Матрица Джонса всего устройства представляет собой последовательное произведение матриц Джонса (матриц передачи) его элементов или его составных частей (участков), состоящих из нескольких последовательных элементов.The Jones matrix of the entire device is a sequential product of Jones matrices (transfer matrices) of its elements or its components (sections) consisting of several sequential elements.

Figure 00000006
Figure 00000006

Матрицу передачи Т определим с точностью до комплексного множителя, на который умножаются все ее элементы, поскольку этот множитель не влияет на кроссполяризационные характеристики устройства.The transfer matrix T is determined up to a complex factor by which all its elements are multiplied, since this factor does not affect the cross-polarization characteristics of the device.

В выражении (3) матрицы Т(π/4), T(-π/4) и Т(β) - матрицы перехода от одной СК к другой путем операции поворота системы координат на углы +45°, -45° и β, соответственно.In expression (3), the matrices T (π / 4), T (-π / 4) and T (β) are the matrices of transition from one SC to another by the operation of rotating the coordinate system by angles + 45 °, -45 ° and β, respectively.

Эти матрицы имеют вид:These matrices are of the form:

Figure 00000007
Figure 00000007

где α=π/4, α=-π/4 и α=β, соответственно.where α = π / 4, α = -π / 4 and α = β, respectively.

В выражении (3) с помощью указанных матриц осуществляется переход к следующим четырем прямоугольным системам координат, имеющим общий центр, расположенный на общей оси отрезка круглого волновода 3 и ответвителя ортогональных линейно-поляризованных волн (ООЛПВ) 4:In the expression (3), using the indicated matrices, a transition is made to the following four rectangular coordinate systems having a common center located on the common axis of a segment of a circular waveguide 3 and a coupler of orthogonal linearly polarized waves (OOLPV) 4:

1. СК1 - определена выше (ориентация ее координатных осей совпадает с ориентацией векторов электрического поля двух ортогональных ЛПВ, поступающих на вход заявляемого устройства),1. SK1 - as defined above (the orientation of its coordinate axes coincides with the orientation of the electric field vectors of two orthogonal LPs arriving at the input of the claimed device),

2. СК2 - система координат, одна из осей которой лежит в плоскости, в которой размещена фазосдвигающая неоднородность 6,2. SK2 - coordinate system, one of the axes of which lies in the plane in which the phase-shifting heterogeneity 6 is placed,

3. СК3 - система координат, одна из осей которой лежит в плоскости симметрии ООЛПВ 4,3. SK3 - coordinate system, one of the axes of which lies in the plane of symmetry OOLPV 4,

4. СК4 - система координат, оси которой проходят через центры отверстий связи 8.4. SK4 - coordinate system, the axis of which pass through the centers of the communication holes 8.

Первая самая правая матрица в (3) Т(π/4) представляет собой матрицу перехода от СК1 к СК2. Вторая справа матрица (Тф) - матрица передачи фазосдвигающей неоднородности 6, вносящей фазовый сдвиг 90°. В СК2 она имеет диагональный вид:The first rightmost matrix in (3) T (π / 4) is the transition matrix from SK1 to SK2. The second matrix on the right (Tf) is the transmission matrix of the phase-shifting inhomogeneity 6, introducing a phase shift of 90 °. In SK2, it has a diagonal view:

Figure 00000008
Figure 00000008

Третья справа матрица Т(-π/4) - в выражении (3) - матрица обратного перехода от СК2 к СК1.The third matrix on the right is T (-π / 4) - in expression (3) is the inverse transition matrix from SK2 to SK1.

Следующая матрица Т(β) - матрица перехода от СК1 к СК3. Угол β в этой матрице - угол между координатными осями систем координат СК1 и СК3. Поскольку ориентация ортогональных ЛПВ на входе устройства является произвольной, то угол β может быть любым.The next matrix T (β) is the transition matrix from SK1 to SK3. The angle β in this matrix is the angle between the coordinate axes of the coordinate systems SK1 and SK3. Since the orientation of the orthogonal LPs at the input of the device is arbitrary, the angle β can be any.

Пятая справа матрица То в (3) - матрица передачи ООЛПВ в СК3. Поскольку одна из координатных осей СК3 лежит в плоскости симметрии ООЛПВ, то матрица передачи То в этой системе координат имеет диагональный вид:The fifth matrix to the right of To in (3) is the transmission matrix of the OOLV in SC3. Since one of the coordinate axes of SK3 lies in the plane of symmetry of the OOLPV, the transmission matrix To in this coordinate system has the diagonal form:

Figure 00000009
Figure 00000009

В этом выражении ψс - фаза коэффициента передачи со входа ООЛПВ на входы МШУ, когда вектор электрического поля падающей волны на входе ООЛПВ лежит в плоскости симметрии ООЛПВ. ψп - фаза коэффициента передачи со входа ООЛПВ на входы МШУ, когда вектор электрического поля падающей волны на входе ООЛПВ лежит в плоскости перпендикулярной плоскости симметрии ООЛПВ. Очевидно, в первом случае имеет место синфазное возбуждении отверстий связи 8, во втором - противофазное. Обозначим через δ разность фаз рассмотренных коэффициентов передачи (δ=ψсп), которая, как будет показано далее, является основным фактором, определяющим кроссполяризационные характеристики заявляемого устройства.In this expression, ψ c is the phase of the transmission coefficient from the OOLV input to the LNA inputs, when the electric field vector of the incident wave at the OVL input is in the symmetry plane of the OVL. ψ p is the phase of the transmission coefficient from the OOLV input to the LNA inputs, when the vector of the electric field of the incident wave at the OVL input is in the plane perpendicular to the symmetry plane of the OVL. Obviously, in the first case, in-phase excitation of the communication holes 8 takes place, in the second, antiphase. Denote by δ the phase difference of the considered transmission coefficients (δ = ψ cp ), which, as will be shown below, is the main factor determining the cross-polarization characteristics of the claimed device.

Следующая матрица Т(π/4) в выражении (3) - матрица перехода от СК3 к СК4. Если матрица То определяет фазы коэффициентов передачи со входа ООЛПВ на входы МШУ при синфазном (ψc) и противофазном (ψп) возбуждении отверстий связи, то матрица Т(π/4) определяет значения модулей коэффициентов передачи со входа ООЛПВ на входы МШУ. Из значений элементов этой матрицы следует, что и при синфазном и при противофазном возбуждении отверстий связи на вход каждого МШУ поступает ровно половина мощности волны, возбуждающей отверстия связи 8 со стороны круглого волновода ООЛПВ.The next matrix T (π / 4) in expression (3) is the transition matrix from SK3 to SK4. If the matrix To determines the phases of the transmission coefficients from the input of the OOLV to the inputs of the LNA during the in-phase (ψ c ) and antiphase (ψ p ) excitation of the communication holes, then the matrix T (π / 4) determines the values of the modules of the coefficients of the transmission from the input of the OVL to the inputs of the LNA. From the values of the elements of this matrix, it follows that both in-phase and in-phase excitation of the communication holes, exactly half the power of the wave that excites the communication holes 8 from the side of the circular waveguide OOLPV comes to the input of each LNA.

Произведение матриц Тв⋅Ту в (3) представляет собой матрицу передачи участка устройства, заключенного между отверстиями связи 8 и входными плечами мостового устройства 11. Каждая из матриц Ту (матрица участка устройства, заключенного между отверстиями связи 8 и выходами МШУ 1) и Тв (матрица участка устройства, заключенного между входами отрезков прямоугольного волновода 10 и выходами отрезков прямоугольного волновода 9) имеет диагональный вид, а в силу идентичности отрезков прямоугольного волновода 9, 10 и идентичности МШУ 1, диагональные элементы каждой из этих матриц одинаковые. Таким образом, матрицу передачи Тв⋅Ту можно представить в виде:The product of the TvTu matrices in (3) is the transfer matrix of the device portion enclosed between the communication holes 8 and the input arms of the bridge device 11. Each of the Tu matrices (the matrix of the device portion enclosed between the communication holes 8 and the outputs of the LNA 1) and TV ( the matrix of the device section enclosed between the inputs of the segments of the rectangular waveguide 10 and the outputs of the segments of the rectangular waveguide 9) has a diagonal shape, and due to the identity of the segments of the rectangular waveguide 9, 10 and the identity of LNA 1, the diagonal elements The nts of each of these matrices are the same. Thus, the transmission matrix Tw⋅Tu can be represented as:

Figure 00000010
Figure 00000010

где А - комплексный множитель, модуль которого равен коэффициенту усиления МШУ, а фаза равна сумме фаз коэффициентов передачи МШУ и отрезков прямоугольного волновода 9, 10.where A is a complex factor whose module is equal to the gain of the LNA, and the phase is equal to the sum of the phases of the transmission coefficients of the LNA and segments of a rectangular waveguide 9, 10.

Перемножая матрицы передачи в (3) и, используя матричное равенствоMultiplying transfer matrices in (3) and using matrix equality

Figure 00000011
Figure 00000011

с точностью до комплексного множителя находим матрицу передачи участка «вход устройства - входные плечи 11 мостового устройства)»:up to a complex factor, we find the transfer matrix of the section “device input - input arms 11 of the bridge device)”:

Figure 00000012
Figure 00000012

где θ=π/4+(ψсп)/2=θ=π/4+δ/2where θ = π / 4 + (ψ withn ) / 2 = θ = π / 4 + δ / 2

Последняя самая левая матрица Тм в выражении (3) - матрица передачи мостового устройства, которая для квадратурного волноводного моста имеет вид:The last leftmost matrix Tm in expression (3) is the transmission matrix of the bridge device, which for the quadrature waveguide bridge has the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

где знак «+» относится к квадратурному мосту со связью по широкой стенке волновода (случай шлейфного моста, см. Рис. 1), знак «-» относится к квадратурному мосту со связью по узкой стенке волновода (случай щелевого моста).where the “+” sign refers to a quadrature bridge with communication along a wide waveguide wall (case of a stub bridge, see Fig. 1), the “-” sign refers to a quadrature bridge with communication along a narrow waveguide wall (case of a gap bridge).

С учетом (4) и (5) матрицу передачи всего устройства Т можно с точностью до комплексного множителя представить в виде:Taking into account (4) and (5), the transfer matrix of the entire device T can be represented, up to a complex factor, in the form:

Figure 00000014
Figure 00000014

Перемножая две матрицы передачи слева в (6) и учитывая, что θ=π/4+δ/2, получим искомую матрицу передачи всего устройства:Multiplying the two transfer matrices on the left in (6) and taking into account that θ = π / 4 + δ / 2, we obtain the desired transfer matrix of the entire device:

Figure 00000015
Figure 00000015

в случае использования квадратурного моста со связью по широкой стенке волновода иin the case of using a quadrature bridge with communication over a wide wall of the waveguide and

Figure 00000016
Figure 00000016

в случае использования квадратурного моста со связью по узкой стенке волновода.in the case of using a quadrature bridge with communication along a narrow waveguide wall.

Из (7) и (8) следует, что КПР заявляемого устройства при использовании в нем идеального квадратурного волноводного моста с переходным ослаблением 3 дБ равна:From (7) and (8) it follows that the CRC of the claimed device when using an ideal quadrature waveguide bridge with a transitional attenuation of 3 dB is equal to:

Figure 00000017
Figure 00000017

Теоретически добиться X=∞ возможно только при использовании разбалансированного квадратурного волноводного моста, у которого переходное ослабление не равно 3 дБ. Матрица передачи такого моста имеет вид:Theoretically, it is possible to achieve X = ∞ only by using an unbalanced quadrature waveguide bridge, in which the transition attenuation is not equal to 3 dB. The transfer matrix of such a bridge is:

Figure 00000018
Figure 00000018

где γ≠π/4, знак «+» относится к квадратурному мосту со связью по широкой стенке волновода, знак «-» относится к квадратурному мосту со связью по узкой стенке волновода.where γ ≠ π / 4, the “+” sign refers to a quadrature bridge with coupling along a wide waveguide wall, the “-” sign refers to a quadrature bridge with coupling along a narrow waveguide wall.

Подставляя γ вместо π/4 в (6) и осуществляя перемножение матриц, получим:Substituting γ instead of π / 4 in (6) and performing matrix multiplication, we obtain:

Figure 00000019
Figure 00000019

Из (11) следует, что при использовании разбалансированного квадратурного волноводного моста КПР заявляемого устройства равна (теоретически) бесконечности, если: θ-γ=0 в случае моста со связью по широкой стенке и θ+γ=π/2 в случае моста со связью по узкой стенке.From (11) it follows that when using an unbalanced quadrature waveguide bridge, the CRC of the claimed device is (theoretically) infinity if: θ-γ = 0 in the case of a bridge with wide wall coupling and θ + γ = π / 2 in the case of a bridge with coupling on a narrow wall.

Подставляя θ=π/4+δ/2 в равенства θ-γ=0 и θ+γ=π/2, получим γ=π/4+δ/2 и γ=π/4-δ/2, соответственно.Substituting θ = π / 4 + δ / 2 into the equalities θ-γ = 0 and θ + γ = π / 2, we obtain γ = π / 4 + δ / 2 and γ = π / 4-δ / 2, respectively.

Из формулы (9) следует, что если γ будет отличаться от полученных значений (π/4±δ/2) не более чем на один градус, то значение кроссполяризационной развязки на выходе заявляемого устройства будет не менее 35 дБ, что достаточно для качественного приема сигналов обеих поляризаций.From formula (9) it follows that if γ differs from the obtained values (π / 4 ± δ / 2) by no more than one degree, then the cross-polarization isolation value at the output of the inventive device will be at least 35 dB, which is sufficient for high-quality reception signals of both polarizations.

Оценим степень «разбалансировки» квадратурного волноводного моста, используемого в заявляемом устройстве. Она определяется величиной δ/2.Estimate the degree of "imbalance" of the quadrature waveguide bridge used in the inventive device. It is determined by δ / 2.

Для оценки величины δ/2 рассмотрим случай, когда на вход ООЛПВ 4 поступает ЛПВ (волна Н11 в круглом волноводе), плоскость поляризации которой совпадает с диаметральной плоскостью, проходящей через центр одного из двух отверстий связи 8 (т.е. вектор электрического поля параллелен одной из осей СК4). Для определенности назовем отверстие связи, лежащее в плоскости перпендикулярной плоскости поляризации падающей волны, первым, а отверстие связи, лежащее в плоскости поляризации падающей волны, вторым. Падающая волна Н11 в круглом волноводе с заданной поляризацией возбудит первое отверстие связи и не возбудит второе. Однако, реактивные поля, рассеиваемые первым отверстием связи в круглом волноводе в виде нераспространяющихся высших типов волн Н21, Н41, Н61…, возбудят также второе отверстие связи. В результате основная часть мощности падающей волны Н11 в круглом волноводе поступит через первое отверстие связи на вход одного МШУ, а значительно меньшая часть мощности падающей волны Н11 поступит через второе отверстие связи на вход другого МШУ. В обоих случаях переносчиком мощности от отверстий связи к МШУ будет волна Н10, поскольку входы МШУ выполнены в виде волноводов прямоугольного сечения. Расчеты и эксперименты показывают, что отношение этих мощностей примерно равно 18÷20 дБ. Это означает, чтоTo estimate the value of δ / 2, we consider the case when an LBI (wave H11 in a circular waveguide) enters the OOLV 4 input, the plane of polarization of which coincides with the diametrical plane passing through the center of one of the two communication holes 8 (i.e., the electric field vector is parallel one of the axes of SK4). For definiteness, we call the coupling hole lying in the plane perpendicular to the plane of polarization of the incident wave the first, and the coupling hole lying in the plane of polarization of the incident wave, the second. The incident wave H11 in a circular waveguide with a given polarization will excite the first communication hole and will not excite the second. However, the reactive fields scattered by the first communication hole in the circular waveguide in the form of non-propagating higher types of waves H21, H41, H61 ... also excite the second communication hole. As a result, the main part of the power of the incident wave H11 in the circular waveguide will go through the first communication hole to the input of one LNA, and a much smaller part of the power of the incident wave H11 will go through the second communication hole to the input of another LNA. In both cases, the power carrier from the communication holes to the LNA will be wave H10, since the LNA inputs are made in the form of rectangular waveguides. Calculations and experiments show that the ratio of these powers is approximately equal to 18 ÷ 20 dB. It means that

|201g tg(δ/2)|≈18÷20 (дБ), откуда δ/2≈5°÷8°.| 201g tg (δ / 2) | ≈18 ÷ 20 (dB), whence δ / 2≈5 ° ÷ 8 °.

Из изложенного следует, что технический результат настоящего изобретения, уменьшение шумовой температуры, достигается за счет уменьшения числа элементов и уменьшения расстояния между входом всего устройства и входами малошумящих усилителей, что приводит к увеличению шумовой добротности устройства и, следовательно, к увеличению отношения сигнал/шум на его выходе. В результате на выходе заявляемого устройства улучшается качество сигналов, принимаемых на волнах обеих поляризаций. Уровень кроссполяризационной развязки на выходе устройства также влияет на отношение сигнал/шум и, следовательно, на качество сигналов. Поэтому использование разбалансированного квадратурного волноводного моста, обеспечивающего уровень кроссполяризационной развязки на выходе устройства не менее 35 дБ, является необходимым условием реализации настоящего изобретения.It follows from the foregoing that the technical result of the present invention, reducing the noise temperature, is achieved by reducing the number of elements and reducing the distance between the input of the entire device and the inputs of low-noise amplifiers, which leads to an increase in the noise figure of merit of the device and, therefore, to increase the signal-to-noise ratio by his exit. As a result, the output of the claimed device improves the quality of the signals received on the waves of both polarizations. The level of cross-polarization isolation at the output of the device also affects the signal-to-noise ratio and, therefore, the signal quality. Therefore, the use of an unbalanced quadrature waveguide bridge, providing a level of cross-polarization isolation at the output of the device at least 35 dB, is a necessary condition for the implementation of the present invention.

ЛитератураLiterature

1. Патент США №3215957, кл. 333-21.1. US patent No. 3215957, CL. 333-21.

2. Патент США №4090137, кл. 325-60.2. US patent No. 4090137, CL. 325-60.

3. Патент США №4233576, кл. 333-16.3. US Patent No. 4233576, cl. 333-16.

4. Патент США №4507665, кл. 343-786.4. US patent No. 4507665, cl. 343-786.

5. Патент США №5583515, кл. 342-361.5. US patent No. 5583515, CL. 342-361.

6. Антоненко В.М., Берлявский И.З. и др. "Устройство для приема ортогональных линейно поляризованных волн" АС N 1821846 от 12.02.90 Н01Р 1/16. Опубл. 15.06.93. Бюл. N22.6. Antonenko V.M., Berlyavsky I.Z. and others. "Device for receiving orthogonal linearly polarized waves" AC N 1821846 from 12.02.90 Н01Р 1/16. Publ. 06/15/93. Bull. N22.

7. Горшков М.М. "Эллипсометрия" - М.: Сов. Радио, 1974 г., стр. 62-76.7. Gorshkov M.M. "Ellipsometry" - M.: Sov. Radio, 1974, pp. 62-76.

8. Корнблит "СВЧ оптика. Оптические принципы в приложении к конструированию СВЧ антенн". - М.: Связь, 1980 г., стр. 245-274.8. Kornblit "Microwave optics. Optical principles as applied to the design of microwave antennas." - M.: Communication, 1980, pp. 245-274.

9. Аззам, Башара "Эллипсометрия и поляризованный свет". - М.: Мир, 1981 г.9. Azzam, Bashar "Ellipsometry and polarized light." - M .: Mir, 1981

Claims (1)

Устройство приема ортогональных линейно поляризованных волн, содержащее два малошумящих усилителя с волноводными входами, мостовое устройство, а также соосно расположенные и соединенные между собой отрезок круглого волновода и ответвитель ортогональных линейно поляризованных волн, выполненный на круглом волноводе и снабженный короткозамыкателем, при этом в отрезке круглого волновода размещена в диаметральной плоскости фазосдвигающая неоднородность, закрепленная на конце диэлектрического стержня, пропущенного через отверстие радиусом r<0,1R в короткозамыкателе с возможностью осевого вращения, где R - радиус круглого волновода, а в стенке ответвителя ортогональных линейно поляризованных волн выполнены два отверстия связи с центрами, расположенными в одной поперечной плоскости, лежащей на расстоянии λв/4 от отражающей поверхности короткозамыкателя, и на расстоянии πR/2 один от другого, где λв - длина волны в круглом волноводе на средней рабочей частоте, и соединенные через идентичные отрезки прямоугольного волновода, с входными плечами мостового устройства, отличающееся тем, что длина фазосдвигающей неоднородности устанавливается таким образом, чтобы обеспечить фазовый сдвиг 90°, а мостовое устройство выполнено в виде разбалансированного квадратурного волноводного моста, входные плечи которого, через идентичные отрезки прямоугольного волновода и идентичные малошумящие усилители с волноводными входами и выходами, соединены с отверстиями связи ответвителя ортогональных линейно поляризованных волн таким образом, что центры отверстий связи совпадают с центрами поперечных сечений волноводных входов малошумящих усилителей, при этом отверстия связи ответвителя ортогональных линейно поляризованных волн и волноводные входы малошумящих усилителей расположены на максимально близком расстоянии друг от друга.A device for receiving orthogonal linearly polarized waves, comprising two low-noise amplifiers with waveguide inputs, a bridge device, as well as a segment of a circular waveguide coaxially arranged and interconnected, and a coupler of orthogonal linearly polarized waves, made on a circular waveguide and equipped with a short circuit, while in a segment of a round waveguide a phase-shifting heterogeneity is placed in the diametrical plane, fixed at the end of the dielectric rod passed through the hole with r <0.1R in the short circuit with the possibility of axial rotation, where R is the radius of the circular waveguide, and two communication holes with centers located in one transverse plane lying at a distance λв / 4 from the reflecting surface are made in the wall of the coupler of orthogonal linearly polarized waves short-circuit, and at a distance πR / 2 from one another, where λw is the wavelength in a circular waveguide at an average operating frequency, and connected through identical segments of a rectangular waveguide, with the input arms of the bridge device, distinguishing the fact that the length of the phase-shifting heterogeneity is set so as to provide a phase shift of 90 °, and the bridge device is made in the form of an unbalanced quadrature waveguide bridge, the input arms of which, through identical segments of a rectangular waveguide and identical low-noise amplifiers with waveguide inputs and outputs, are connected to communication holes of the coupler of orthogonal linearly polarized waves so that the centers of the communication holes coincide with the centers of the cross sections of the waveguide inputs in low-noise amplifiers, while the communication holes of the coupler of orthogonal linearly polarized waves and the waveguide inputs of low-noise amplifiers are located as close as possible to each other.
RU2016110580A 2016-03-23 2016-03-23 Device for reception of orthogonal linearly polarized waves RU2620893C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016110580A RU2620893C1 (en) 2016-03-23 2016-03-23 Device for reception of orthogonal linearly polarized waves

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016110580A RU2620893C1 (en) 2016-03-23 2016-03-23 Device for reception of orthogonal linearly polarized waves

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2620893C1 true RU2620893C1 (en) 2017-05-30

Family

ID=59031959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016110580A RU2620893C1 (en) 2016-03-23 2016-03-23 Device for reception of orthogonal linearly polarized waves

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620893C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3215957A (en) * 1962-03-05 1965-11-02 Bendix Corp Variable polarization for microwaves
US4507665A (en) * 1981-06-11 1985-03-26 Thomson-Csf Primary source with frequency re-utilization
US5583515A (en) * 1993-10-29 1996-12-10 Nec Corporation Cross polarization compensation for zero vector communication signals

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3215957A (en) * 1962-03-05 1965-11-02 Bendix Corp Variable polarization for microwaves
US4507665A (en) * 1981-06-11 1985-03-26 Thomson-Csf Primary source with frequency re-utilization
US5583515A (en) * 1993-10-29 1996-12-10 Nec Corporation Cross polarization compensation for zero vector communication signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10177430B2 (en) Apparatus and a method for electromagnetic signal transition
Chen Diffraction of electromagnetic waves by a conducting screen perforated periodically with holes
MX2007010995A (en) Method and apparatus for increasing performance in a waveguide-based spatial power combiner.
KR20010021942A (en) Microwave reflectometer and method, and microwave oven equipped therewith
Sakr et al. A dually polarized six-port junction based on polarization-selective coupling for polarization-inclusive remote sensing
JP4376940B2 (en) Low profile circulator
Surdin Directive couplers in wave guides
RU2546060C2 (en) Small-size power amplification device
KR100763579B1 (en) Comb polarizer suitable for millimer-band applications
RU2620893C1 (en) Device for reception of orthogonal linearly polarized waves
Wade et al. Conservation of complex power technique for waveguide junctions with finite wall conductivity
Zhong et al. A Q-band two-beam cryogenic receiver for the Tianma Radio Telescope
Toda et al. H-plane crossed-waveguide hybrids
US11476553B2 (en) Wideband orthomode transducer
US6727776B2 (en) Device for propagating radio frequency signals in planar circuits
US3142061A (en) Microwave polarization resolver
KR100358970B1 (en) Mode Converter
JP4903100B2 (en) Waveguide power combiner / distributor and array antenna device using the same
Bezborodov et al. Quasi-optical antenna duplexers
US2851687A (en) Circularly polarized antenna
GB1265226A (en)
JP3299328B2 (en) Antenna shared circuit for circular and linear polarization
RU2040079C1 (en) Orthoplexer
CN109830804B (en) Broadband eight-element double circular polarization and wave beam forming network and design method
Mighani A Novel Surface Wave Diplexer Based on Tensor Impedance Surfaces

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200324