Волноводный излучатель эллиптической поляризации

(5 ) 0 21/ ЕНИ НИЕ ИЗО О итут бу ас талкай ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВ(71) Научно-исследовательский иэнергетики и автоматики АН УэССР(56) Авторское свидетельство СССРй 136350, кл, Н 01 О 21/24, 1987. Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в апертурных антеннах для преобразования поляризации, в качестве слабонаправленной антенны, а также в составе фазированной решетки,Известны излучатели, в которых тре емые характеристики поля излучения, в ч тности коэффициент зллиптичности, достигается за счет соответствующей конструкции излучателя и способа его возбуждения.Недостатком таких излучателей является узкая рабочая полоса частот, сложность конструкции и системы возбуждения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является волноводный излучатель эллиптичной поляризации, содержащий прямоугольный волновод. металлический фланец (экран) и преобразователь поляризации, выполненный в виде незамкнутого проводящего кольца длиной Л, где Л - длина рабочей волны. расположенного перед раскрывом волновоДЗ,Этот излучатель имеет узкую рабо полосу частот, что обьясняется использо(54) ВОЛНОВОДНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ(57) Изобретение относится к антеннам СВЧ. Цель изобретения - обеспечение регулировки коэффициента эллиптичности поля в широкой полосе частот - достигается размещением перед раскрывом прямоугольного волновода с фланцем спирали с радиальным участком, закрепленной на фланце с возможностью вращения вокруг своей оси, параллельной оси прямоугольного волновода, 1 ил. нием в качестве поляризатора резонансного элемента- незамкнутого проводящего кольца длиной Л. Отмеченный недостаток ф снижает эффективность применения излучателя.Цель изобретения - обеспечение регулировки коэффициента эллиптичности поля в широкой полосе частот,Поставленная цель достигается тем, что в волноводном излучателе эллиптической поляризации, содержащем прямоугольный волновод с металлическим фланцем и преобразователь поляризации, размещенный перед раскрывом прямоугольного волново да, преобразователь поляризации выпол нен в виде цилиндрической спирали осевого Ы иалучеиия, ииеющеи радиальчыи участок захода закрепленной на металлическом фланце с возможностью вращения вокруг фф своей оси параллельной оси прямоугольно-- д го волновода, причем ось прямоугольного волновода и ось цилиндрической спирали осевого излучения лежат в плоскости,параллельной узким стенкам прямоугольного волнавода, а точка крепления расположена на расстоянии, равном радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучения отвнутренней поверхности прямоугольного волновода.Волноводные и спиральные излучатели широко применяются в антенной технике благодаря своим широкополосным свойствам, Однако в известных применениях они не создают устройств с регулируемым коэффициентом эллиптичности поля излучения. Известны способы создания эллиптически поляризованных полей с помощью суперпозиции двух ортогональных линейно поляризованных.полей, а так же способы регулировки коэффициента эллиптичности путем изменения амплитудных и фазовых соотношений этих полей.В заявляемом устройстве поле излучения возбужденного волновода, перед раскрывом которого расположена спираль, состоит из суммы полей излучения раскрыва волновода, имеющего линейную поляризацию и спирали, имеющего эллиптическую поляризацию. Таким образом, в суммарном поле излучения эллиптической поляризации одна составляющая определяется как полем излучения раскрыва,так и полем излучения спирали, а другая (ортогональная) только полем излучения спирали,Поле излучения спирали создается эа счет энергии поля излучения раскрыва волновода,так, что чем больший вклад в суммарное поле вносит спираль, тем меньший раскрыв волновода.Амплитудные и фазовые соотношения ортогональных линейно поляризованных полей суммарного поля сложным образом зависйт от расположения спирали относительно раскрыва волновода, интенсивности ее возбуждения, геометрических параметров спирали и раскрыва волновода и для их теоретического определения необходимо решить электродинамическую задачу, постановка и решение которой в настоящее время в научно-технической литературе отсутствует.Эксперимент показал, что интенсивность возбуждения спирали можно эффективно изменять вращением спирали вокруг своей оси при наличии радиального участка захода спирали, расположенного над раскрывом волновода. Это объясняется изменением наводимого тока на радиальном участке захода - он максимален когда напряженность электрического поля и продольная ось радиального участка параллельны и минимален в случае их ортогональности. Для эффективного изменения коэффициента эллиптичности суммарного поля в широких пределах необходимо, чтобы радиальный участок проходил через максимум электрического поля излучения15 20 25304045 50 широкие пределы изменения коэффициента эллиптичности суммарного полл получаются для расстояния от внутренней поверхности волновода до точки крепления равного радиусу проводника, из которого выполнена спираль.Таким образом, введение в известную систему волновод - спираль новых признаков: радиального участка захода цилиндрической спирали осевого излучения и выше описанного крепления спирали к металлическому фланцу позволяет регулировать коэффициент эллиптичности поля излучения в больших пределах и в широкой полосе частот вращением спирали вокруг геометрической оси,К дополнительным преимуществам заявляемого устройства по сравнению с прототипом следует отнести. необязательностьэлектрического контакта конца спирали и экрана, что подтверждено экспериментально и большую пропускаемую :ощность, что объясняется применением в качестве поляризатора элемента с бегущей волной тока. Первое дополнительное преимущество расширяет возможности конструктивного выполнения узла крепления спирали с вращением вокруг геометрической оси, а второе позволяет рекомендовать применение заявляемого устройства в излучающихсистемах большой мощностиНа чертеже представлен общий вид волноводного излучателя эллиптической поляризации, где 1 - прямоугольный волновод;2 - металлический фланец, 3 - цилиндрическая спираль осевого излучения; 4 - рэдиальный участок захода спирали осевогоизлучения, 5 - осевой участок заходаВолноводный излучатель эллиптической поляризации содержит раскрыв прямоугольного волновода 1 с металлическим фланцем 2, Перед раскрывом прямоугольного волновода 1 установлен преобразователь поляризации в виде цилиндрической спирали осевого излучения 3, имеющей радиальный 4 и осевой 5 участки заходов. Начало осевого участка 5 крепится к раскрыва волновода, Так экспериментально подтверждено, что поляризацию поля излучения прямоугольного волновода, воэбужденного основной волной Н 1 о, можноизменять от практически линейной до практически круговой вращением цилиндрической спирали осевого излучения вокруг своей оси параллельной оси волновода.Спираль имела радиальный участок захода10 и крепилась к фланцу в плоскости симметрии волновода, проходящей через широкие стенки, где расположен максимум электрического поля излучения раскрыва. Болееметаллическому фланцу 2 с воэможностью вращения цилиндрической спирали осевого излучения 3 вокруг своей оси. Ось цилиндрической спирали осевого излучения 3 параллельна оси прямоугольного волновода. 5 Ось прямоугольного волновода и ось цилиндрической спирали осевого излучения лежат о плоскости параллельной узким стенкам прямоугольного волновода. Расстояние между точкой крепления осевого 10 участка 5 на металлическом фланце 2 до внутренней поверхности прямоугольного волновода 1 равно радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучения 3.Волноводный излучатель эллиптиче ской поляризации работает следу 1 ощим образом. При возбуждении раскрыва прямоугольного волновода 1 излучает линейно по ляризованное поле. которое возбуждает цилиндрическую спираль осевого излучения 3, Распределение тока на цилиндрической спирали осевого излучения 3 имеет характер бегущей оолны, а излучаемое ею 25 поле эллиптическую поляризацию. Следовательно суммарное поле излучателя состоит из линейно поляризованного поля раскрыва волнооода 1 и эллиптически поляризованного поля спирали осевого излуче ния 3 и его коэффициент эллиптичности определяется соотношением амплитуд и фаз этих полей.При вращении цилиндрической спира- . ли осевого излучения 3 вокруг своей оси 35 изменяется проекция напряженности электрического поля раскрыва прямоугольного волновода 1 на радиальный участок захода 4, тем самым изменяется интенсионость возбуждения спирали осевого излучения 3 40 и, следовательно, амплитуда и фаза ее поля излучения;что приводит к изменению коэффициента эллиптичности суммарного поля волноводного излучателя эллиптической поляризации, 45Для эффективного изменения коэффициента эллиптичности поля волнооодного излучателя эллиптической поляризации о . широких пределах расстояние от точки крепления осевого участка 5 на металличе ском фланце 2 до внутренней поверхности прямоугольного волновода 1 должно равняться радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучения 3, а радиальный участок захода 4 при вращении 55 должен проходить через максимум электрического поля излучения раскрыва прямоугольного оОлновода 1.Наибольшая рабочая полоса частот цилиндрической спирали осевого излучения с перекрытием Гаахlбпп =1,8 - 2, где Ьах и Ъп - максимальная и минимальная рабочие частоты, достигается при оптимальном шаговом угле спирали и сравнима с рабочей полосой прямоугольного волновода.Таким образом, вращение вокруг своей оси спирали осевого излучения 3, имеющей радиальный участок захода 4 закрепленной на металлическом фланце 2 прямоугольного волновода 1 так, что оси цилиндрической спирали осевого излучения 3 и прямоугольного волновода 1 параллельны и лежат в плоскости параллельной узким стенкам прямоугольного волноводй 1, а точка крепления расположена на расстоянии равном радиусу проводника цилиндрической спирали осевого излучения 3 от внутренней поверхности прямоугольного волновода 1, обеспечивает регулировку коэффициента зллиптичности поля в широкой полосе частот.Эксперимент показал, что для водно- водного излучателя эллиптической поляризации на основе стандартного волновода сечением 72 х 34 мм при возбуждении на рабочей длине волны А = 10 см применение преобразователя поляризации в виде цилиндрической спирали осевого излучения с параметрами: длина одного витка = А= 10 см, шаговый угол а= 17, число витков и .= 4, радиус проводника г = 2 мм, расширяет рабочую полосу частот более чем в 2 раза по сравнению с преобразователем поляризации в виде незамкнутого кольца длиной 10 см, зазором 1 см и радиусом проводника 2 мм.Формула изобретенияНолноводный излучатель эллиптической поляризации, содержащий прямоугольный волновод с металлическим фланцем и преобразователь поляризации, размещенный перед раскрывом прямоугольного волнооода, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения регулировки коэффициента эллиптичности поля в широкой полосе частот, преобразователь поляризации выполнен в виде цилиндрической спирали осевого излучения, закрепленной на металлическом фланце с воэможностью вращения вокруг своей оси параллельной оси прямоугольного волновода и имеющей радиальный участок захода, причем ось пря моугольного волновода и ась цилиндрической спирали осевого излучения лежат в плоскости, параллельной узким стенкам прямоугольного волновода, а точка крепления расположена на расстоянии, равном ра1758737 Составитель А.СмирновРедактор М.Циткинэ Техред М.Моргентал Корректор А.Мот аказ 3005 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5ри ГКН ьский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 оизводственно-из диусу проводника цилиндрической спирали осевого излучения от внутренней поверхности широкой стенки прямоугольного волновода.