SU1758737A1

SU1758737A1 - Waveguide excitation source of elliptical polarization

Info

Publication number: SU1758737A1
Application number: SU894763707A
Authority: SU
Inventors: Евгений Витальевич Соловьев; Александр Борисович Смирнов; Евгений Владимирович Лисин; Виктор Антонович Шумаков
Original assignee: Научно-исследовательский институт энергетики и автоматики АН УзССР
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Изобретение относитс к антеннам СВЧ. Цель изобретени - обеспечение регулировки коэффициента эллиптичности пол в широкой полосе частот - достигаетс размещением перед раскрытом пр моугольного волновода с фланцем спирали с радиальным участком, закрепленной на фланце с возможностью вращени вокруг своей оси, параллельной оси пр моугольного волновода. 1 ил.This invention relates to microwave antennas. The purpose of the invention is to provide adjustment of the field ellipticity ratio in a wide frequency band — by placing a spiral in front of an open rectangular waveguide with a flange mounted on the flange so that it can rotate around its axis parallel to the axis of the rectangular waveguide. 1 il.

Description

Изобретение относитс к радиотехнике и может быть использовано в апертурных антеннах дл преобразовани пол ризации , в качестве слабонаправленной антенны , а также в составе фазированной решетки,The invention relates to radio engineering and can be used in aperture antennas for polarization conversion, as a weakly directional antenna, and also as part of a phased array,

Известны излучатели, в которых требуемые характеристики пол излучени , в частности коэффициент эллиптичности, достигаетс за счет соответствующей конструкции излучател и способа его возбуждени .Emitters are known in which the required characteristics of the radiation field, in particular, the ellipticity coefficient, are achieved due to the corresponding design of the emitter and the method of its excitation.

Недостатком таких излучателей вл етс узка рабоча полоса частот, сложность конструкции и системы возбуждени .The disadvantage of such emitters is the narrow working frequency band, the complexity of the design and the excitation system.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству вл етс волноводный излучатель эллиптичной пол ризации , содержащий пр моугольный волновод , металлический фланец (экран) и преобразователь пол ризации, выполненный в виде незамкнутого провод щего кольца длиной Я, где А -длина рабочей волны, расположенного перед раскрывом волновода .The closest in technical essence to the proposed device is an elliptical polarization waveguide emitter comprising a rectangular waveguide, a metal flange (screen) and a polarization converter, made in the form of an open conductive ring of length I, where A is the working wavelength located in front of open waveguide.

Этот излучатель имеет узкую рабочую полосу частот, что объ сн етс использованием в качестве пол ризатора резонансного элемента - незамкнутого провод щего кольца длиной А . Отмеченный недостаток снижает эффективность применени излучател .This radiator has a narrow working frequency band, which is explained by the use of a resonant element as an polarizer — an open-ended conductive ring of length A. This disadvantage reduces the efficiency of the radiator application.

Цель изобретени - обеспечение регулировки коэффициента эллиптичности пол в широкой полосе частот.The purpose of the invention is to provide adjustment of the floor ellipticity coefficient in a wide frequency band.

Поставленна цель достигаетс тем, что в волноводном излучателе эллиптической пол ризации, содержащем пр моугольный волновод с металлическим фланцем и преобразователь пол ризации, размещенный перед раскрывом пр моугольного волновода , преобразователь пол ризации выполнен в виде цилиндрической спирали осевого излучени , имеющей радиальный участок захода закрепленной на металлическом фланце с возможностью вращени вокруг своей оси параллельной оси пр моугольного волновода, причем ось пр моуюльного волновода и ось цилиндрической спирали осевого излучени лежат в плоскогти арал- лельнойузким стенкам пр моугольного волновода , а точка креплени расположена на рассто нии(равном радиусу проводника цилиндрической спирали осевого и ч/,у ени отThe goal is achieved by the fact that in a waveguide emitter of elliptical polarization containing a rectangular waveguide with a metal flange and a polarization converter placed in front of the aperture of the rectangular waveguide, the polarization converter is made in the form of a cylindrical axial-radiation helix having a radial approach portion fixed on the metal the flange can rotate around its axis parallel to the axis of the rectangular waveguide, with the axis of the direct waveguide and the axis cylindrical helix axial radiation lie in ploskogti aralkyl lelnoyuzkim walls of rectangular waveguide, and the attachment point is located at a distance (equal to the radius of the cylindrical helix conductor axially and h / y tim from

соwith

сwith

VIVI

СП 00 VJSP 00 VJ

соwith

VIVI

внутренней поверхности пр моугольного волновода.inner surface of a rectangular waveguide.

Волноводные и спиральные излучатели широко примен ютс в антенной технике благодар своим широкополосным свойствам . Однако в известных применени х они не создают устройств с регулируемым коэффициентом эллиптичности пол излучени . Известны способы создани эллиптически пол ризованных полей с помощью суперпозиции двух ортогональных линейно пол ри- зованных полей, а так же способы регулировки коэффициента эллиптичности путем изменени амплитудных и фазовых соотношений этих полей.Waveguide and spiral radiators are widely used in antenna technology due to their broadband properties. However, in known applications, they do not create devices with an adjustable ellipticity field of radiation. Methods are known for creating elliptically polarized fields using a superposition of two orthogonal linearly polarized fields, as well as methods for adjusting the ellipticity coefficient by varying the amplitude and phase relationships of these fields.

В за вл емом устройстве поле излучени возбужденного волновода, перед рас- крывом которого расположена спираль, состоит из суммы полей излучени раскры- ва волновода, имеющего линейную пол ризацию и спирали, имеющего эллиптическую пол ризацию. Таким образом, в суммарном поле излучени эллиптической пол ризации одна составл юща определ етс как полем излучени раскрыва так и полем излучени спирали, а друга (ортогональна ) только полем излучени спирали,In the claimed device, the radiation field of the excited waveguide, before opening of which the helix is located, consists of the sum of the radiation fields of the open waveguide having linear polarization and the helix having elliptical polarization. Thus, in the total radiation field of elliptical polarization, one component is determined both by the radiation field of the aperture and the radiation field of the helix, and the other (orthogonal) only by the radiation field of the helix,

Поле излучени спирали создаетс за счет энергии пол излучени раскрыва волновода так, что чем больший вклад в суммарное поле вносит спираль, тем меньший раскрыв волновода.The radiation field of the spiral is created by the energy of the radiation field opening the waveguide so that the greater the contribution to the total field is made by the spiral, the smaller the opening of the waveguide.

Амплитудные и фазовые соотношени ортогональных линейно пол ризованных полей суммарного пол сложным образом зависит от расположени спирали относительно раскрыва волновода, интенсивности ее возбуждени , геометрических параметров спирали и раскрыва волновода и дл их теоретического определени необходимо решить электродинамическую задачу, постановка и решение которой в насто щее врем в научно-технической литературе отсутствует .The amplitude and phase relations of orthogonal linearly polarized fields of the total field in a complex manner depend on the arrangement of the spiral relative to the waveguide opening, the intensity of its excitation, the geometric parameters of the spiral and the waveguide opening, and for their theoretical determination it is necessary to solve the electrodynamic problem, the formulation and solution of which are currently scientific and technical literature is missing.

Эксперимент показал, что интенсивность возбуждени спирали можно эффективно измен ть вращением спирали вокруг своей оси при наличии радиального участка захода спирали, расположенного над рас- крывом волновода. Это объ сн етс изменением наводимого тока на радиальном участке захода - он максимален когда напр женность электрического пол и продольна ось радиального участка параллельны и минимален в случае их ортогональности . Дл эффективного изменени коэффициента эллиптичности суммарного пол в широких пределах необходимо, чтобы радиальный участок проходил через максимум электрического пол излучени The experiment showed that the intensity of the excitation of a spiral can be effectively changed by rotating the spiral around its axis in the presence of a radial portion of the approach of the spiral located above the opening of the waveguide. This is due to a change in the induced current in the radial portion of the approach — it is maximum when the intensity of the electric field and the longitudinal axis of the radial portion are parallel and minimal if they are orthogonal. To effectively change the total field ellipticity over a wide range, it is necessary that the radial section pass through a maximum of the electric field of radiation

раскрыва волновода. Так экспериментально подтверждено, что пол ризацию пол излучени пр моугольного волновода, возбужденного основной волной Ню, можноopen waveguide. It has been experimentally confirmed that the polarization of the field of radiation of a rectangular waveguide excited by the main Nu wave can

измен ть от практически линейной до практически круговой вращением цилиндрической спирали осевого излучени вокруг своей оси параллельной оси волновода. Спираль имела радиальный участок заходаvary from almost linear to almost circular rotation of a cylindrical helix of axial radiation around its axis parallel to the axis of the waveguide. The helix had a radial run

и крепилась к фланцу в плоскости симметрии волновода, проход щей через широкие стенки, где расположен максимум электрического пол излучени раскрыва. Более широкие пределы изменени коэффициентаand attached to the flange in the plane of symmetry of the waveguide passing through the wide walls, where the maximum of the electric field of radiation is located. Wider limits of coefficient change

эллиптичности суммарного пол получаютс дл рассто ни от внутренней поверхности волновода до точки креплени равного радиусу проводника, из которого выполнена спираль.The ellipticity of the total field is obtained for the distance from the inner surface of the waveguide to the attachment point equal to the radius of the conductor from which the helix is made.

Таким образом, введение в известную систему волновод - спираль новых признаков; радиального участка захода цилиндрической спирали осевого излучени и выше описанного креплени спирали к металлическому фланцу позвол ет регулировать коэффициент эллиптичности пол излучени в больших пределах и в широкой полосе частот вращением спирали вокруг геометрической оси.Thus, the introduction of a waveguide into a known system — a spiral of new features; The radial section of the axial radiation cylindrical spiral and the above-described attachment of the spiral to the metal flange allows the ellipticity coefficient of the radiation field to be adjusted within wide limits and in a wide frequency band by rotating the spiral around the geometric axis.

К дополнительным преимуществам за вл емого устройства по сравнению с прототипом следует отнести: необ зательность электрического контакта конца спирали и экрана, что подтверждено экспериментально и большую пропускаемую f-.ощность, что обь сн етс применением в качестве пол ризатора элемента с бегущей волной тока. Первое дополнительное преимущество расшир ет возможности конструктивного выполнени узла креплени спирали с вращением вокруг геометрической оси, а второе позвол ет рекомендовать применение за вл емого устройства в излучающих системах большой мощности.Additional advantages of the claimed device in comparison with the prototype include: the lack of electrical contact between the end of the helix and the screen, which is confirmed experimentally, and the high transmittance f-power, which is applied by using a traveling current wavelength element as a polarizer. The first additional advantage extends the design possibilities of the helix attachment unit with rotation around the geometrical axis, and the second allows to recommend the use of the claimed device in high-power radiating systems.

На чертеже представлен общий вид полноводного излучател эллиптической пол ризации , где 1 - пр моугольный волновод; 2 - металлический фланец; 3 - цилиндрическа спираль осевого излучени ; 4 - радиальный участок захода спирали осевого излучени ; 5 - осевой участок захода.The drawing shows a general view of a full-wave radiator of elliptical polarization, where 1 is a rectangular waveguide; 2 - metal flange; 3 - axial cylindrical helix; 4 - radial section of the approach of the axial radiation helix; 5 - axial approach.

Волноводный излучатель эллиптической пол ризации содержит раскрыв пр моугольного волновода 1 с металлическимThe elliptical polarization waveguide emitter contains aperture of a rectangular waveguide 1 with a metallic

фланцем 2. Перед раскрывом пр моугольного волновода 1 установлен преобразователь пол ризации в виде цилиндрической спирали осевого излучени 3, имеющей радиальный 4 и осевой 5 участки заходов. Начало осевого участка 5 крепитс кflange 2. Before opening the rectangular waveguide 1, a polarization converter is installed in the form of a cylindrical axial-emission spiral 3, having a radial 4 and an axial 5 approach portions. The beginning of the axial section 5 is attached to

металлическому фланцу 2 с возможностью вращени цилиндрической спирали осевого излучени 3 вокруг своей оси. Ось цилиндрической спирали осевого излучени 3 параллельна оси пр моугольного волновода. Ось пр моугольного волновода и ось цилиндрической спирали осевого излучени лежат о плоскости параллельной узким стенкам пр моугольного волновода. Рассто ние между точкой креплени осевого участка 5 на металлическом фланце 2 до внутренней поверхности пр моугольного волновода 1 равно радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучени 3. Волноводный излучатель эллиптической пол ризации работает следующим образом .a metal flange 2 with the possibility of rotation of a cylindrical spiral of axial radiation 3 around its axis. The axis of the cylindrical axial-emission spiral 3 is parallel to the axis of the rectangular waveguide. The axis of a rectangular waveguide and the axis of a cylindrical helix of axial radiation lie on a plane parallel to the narrow walls of a rectangular waveguide. The distance between the point of attachment of the axial section 5 on the metal flange 2 to the inner surface of the rectangular waveguide 1 is equal to the radius of the conductor of the cylindrical axial-emission spiral 3. The waveguide emitter of elliptical polarization works as follows.

При возбуждении раскрыва пр моугольного волновода 1 излучает линейно пол ризованное поле, которое возбуждает цилиндрическую спираль осевого излучени 3. Распределение тока на цилиндрической спирали осевого излучени 3 имеет характер бегущей волны, а излучаемое ею поле эллиптическую пол ризацию. Следовательно суммарное поле излучател состоит из линейно пол ризованного пол раскрыва волновода 1 и эллиптически пол ризованного пол спирали осевого излучени 3 и его коэффициент эллиптичности определ етс соотношением амплитуд и фаз этих полей.When excited, the aperture of a rectangular waveguide 1 emits a linearly polarized field, which excites a cylindrical axial-emission spiral 3. The current distribution on the cylindrical helix of axial radiation 3 has the character of a traveling wave, and the field emitted by it has elliptical polarization. Consequently, the total field of the radiator consists of a linearly polarized field of the aperture of waveguide 1 and an elliptically polarized field of the axial-radiation spiral 3, and its coefficient of ellipticity is determined by the ratio of the amplitudes and phases of these fields.

При вращении цилиндрической спирали осевого излучени 3 вокруг своей оси измен етс проекци напр женности электрического пол раскрыва пр моугольного волновода 1 на радиальный участок захода 4, тем самым измен етс интенсивность возбуждени спирали осевого излучени 3 и, следовательно, амплитуда и фаза ее пол излучени , что приводит к изменению коэффициента эллиптичности суммарного пол волноводного излучател эллиптической пол ризации.When the cylindrical axial radiation spiral 3 rotates around its axis, the projection of the electric field strength of the opening of the rectangular waveguide 1 to the radial approach section 4 changes, thereby changing the excitation intensity of the axial radiation spiral 3 and, therefore, the amplitude and phase of its radiation field, which leads to a change in the ellipticity coefficient of the total waveguide emitter of elliptical polarization.

Дл эффективного изменени коэффициента эллиптичности пол волноводного излучател эллиптической пол ризации в широких пределах рассто ние от точки креплени осевого участка 5 на металлическом фланце 2 до внутренней поверхности пр моугольного волновода 1 должно равн тьс радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучени 3, а радиальный участок захода 4 при вращении должен проходить через максимум электрического пол излучени раскрыва пр моугольного волновода 1.To effectively change the ellipticity coefficient of a waveguide elliptic polarization generator over a wide range, the distance from the point of attachment of the axial section 5 on the metal flange 2 to the inner surface of the rectangular waveguide 1 should be equal to the radius of the conductor of the axial spiral of the axial radiation 3, and the radial section of approach 4 at rotation must pass through a maximum of the electric field of radiation by the aperture of a rectangular waveguide 1.

Наибольша рабоча полоса частот цилиндрической спирали осевого излучени сThe largest working frequency band of a cylindrical axial-emission spiral with

перекрытием fmax/fmln 1,8-2, где fmax И fminoverlap fmax / fmln 1,8-2, where fmax and fmin

- максимальна и минимальна рабочие частоты , достигаетс при оптимальном шаговом угле спирали и сравнима с рабочей 5 полосой пр моугольного волновода.- the maximum and minimum operating frequencies are achieved at the optimal stepping angle of the helix and comparable to the working 5 band of the rectangular waveguide.

Таким образом, вращение вокруг своей оси спирали осевого излучени 3, имеющей радиальный участок захода 4 закрепленной на металлическом фланце 2 пр моугольногоThus, the rotation around its axis of the axial radiation helix 3, having a radial approach portion 4 fixed on the metal flange 2 of the rectangular

10 волновода Г так, что оси цилиндрической спирали осевого излучени 3 и пр моугольного волновода 1 параллельны и лежат в плоскости параллельной узким стенкам пр моугольного волновод 1, а точка креп15 лени расположена на рассто нии равном радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучени 3 от внутренней поверхности пр моугольного волновода 1, обеспечивает регулировку коэффициента10 so that axes of a cylindrical spiral of axial radiation 3 and a rectangular waveguide 1 are parallel and lie in a plane parallel to the narrow walls of a rectangular waveguide 1, and the point of attachment is located equal to the radius of the conductor of a cylindrical spiral of axial radiation 3 from the inner surface of of the carbon waveguide 1, provides adjustment of the coefficient

0 эллиптичности пол в широкой полосе частот .0 ellipticity floor in a wide frequency band.

Эксперимент показал, что дл водно- водного излучател эллиптической пол ризации на основе стандартного волноводаThe experiment showed that for a water-emitter of elliptical polarization based on a standard waveguide

5 сечением 72x34 мм при возбуждении на рабочей длине волны А 10 см применение преобразовател пол ризации в виде цилиндрической спирали осевого излучени с параметрами: длина одного витка I Я 105 with a cross section of 72x34 mm when excited at a working wavelength of A 10 cm using a polarization converter in the form of a cylindrical spiral of axial radiation with parameters: the length of one coil I I 10

0 см, шаговый угол ог 17°. число витков п 4, радиус проводника г 2 мм. расшир ет рабочую полосу частот более чем в 2 раза по сравнению с преобразователем пол ризации в виде незамкнутого кольца длиной 100 cm, stepping angle og 17 °. the number of turns n 4, the radius of the conductor g 2 mm. extends the working frequency band by more than 2 times as compared with the polarization converter in the form of an open ring with a length of 10

5 см, зазором 1 см и радиусом проводника 2 мм.5 cm, a gap of 1 cm and a conductor radius of 2 mm.

Claims

Invention Formula

A waveguide elliptical polarization emitter containing a rectangular waveguide with a metal flange and a polarization converter placed in front of the opening of the rectangular carbon waveguide, characterized in that, in order to adjust the field ellipticity coefficient in a wide frequency band, the polarization converter is made in the form of a cylindrical

0 axial radiation spiral mounted on a metal flange rotatably around its axis parallel to the axis of the rectangular waveguide and having a radial approach section, with the axis 5 of the rectangular axis and the axis of the cylindrical axial radiation spiral lying in a plane parallel to the narrow walls of the rectangular waveguide, and the attachment point is located at a distance equal to the radius of the conductor of the cylindrical spiral of axial radiation from the inner surface of the wide wall of the rectangular waveguide.