Способ измерения амплитуд типов волн в многоволновом волноводе

266876 ОПИИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспублинК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельства21 аз, 71 Заявлено 16,Ч 111.1968 ( 1263105/26 присоединением заявки Ъ МПК 6 01 г 21/06 Комитет бретений Приоритет еламткрытийнистров К 621.317,328(088.8).1970. Бюллетеньубликован та опубли ри СоветеССС 11.19 ия описан Авторизобретения Л. И. Паигоиис Институт радиотехники и электроники АН СССРвитель СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД ТИПОВ ВОЛН В МНОГОВОЛНОВОМ ВОЛНОВОДЕИзобретение относится к области измерительной техники СВЧ и может быть использовано для качественного и количественного анализов сложного поля в многоволновом волноводе (определения типов и относительных амплитуд волн), а также других измерений параметров волноводных элементов и систем,Известен способ определения типов волн в многоволновом волноводе путем гармонического анализа диаграмм излучения из открытого конца волновода с перпендикулярной к его оси плоскостью апертуры. Однако разре.шающая способность такого способа анализа поля низка. Если при наличии, например, в смеси двух типов волн их амплитуды имеют разный порядок, то на фоне диаграммы излучения доминирующей волны практически невозможно определить наличие излучения волны другого типа, Даже в том случае, когда волны в смеси имеют одинаковый порядок, так как они приходят к апертуре в произвольных фазах, обработка результатов измерений (разложение суммарной диаграммы излучения в ряд Фурье) является трудоемкой. По предлагаемому способу для увеличения точности измерения открытый конец волновода выполняют в виде плоского среза стенок волновода под углом к его продольной оси, равным или несколько меньшим, например на 5, утла Бриллюэна для волны низшега. При излучении смеси волноводных волн из 5 открытого конца волновода с плоскостью апертуры, составляющей с его осью угол, равный или меньший угла Бриллюэна для волны низшего типа (косого среза волновода) в плоскости, заключающей в себе большую ось эллип- О са и ось волновода, каждая волна формируетодин (притом весьма узкий) лепесток. Направление максимума излучения каждой волны в указанной плоскости не совпадает с осью волновода, а составляет с ней угол, однознач но определяемый собственным значением волны данного типа и поперечными размерами волновода. Этот угол практически совпадает с теоретическим углом Бриллюэна для волны данного типа. Диаграмма смеси волн из косо- О го среза в указанной плоскости состоит из ряда лепестков, каждый из которых представляет собой диаграмму излучения волны определенного типа (причем диаграмма не зависит от взаимной фазировки отдельных типов волн 5 в смеси), а следовательно, есть не что иное,как спектральное разложение сложного поля в многоволновом волноводе по типам собственных волн. Соотношение уровней максимумов с учетом коэффициентов направленности О диаграмм излучения для волн разных типоводнозначно определяет относительные амплитуды этих волн в исследуемой смеси.Предлагаемый способ позволяет производить качественный и количественный анализыполя в волноводе и другие измерения непосредственно по диаграммам излучения из косого среза волновода без какого-либо гармонического анализа результатов измерений.Способ отличается высокой разрешающей способностью. Процесс измерения диаграмм излучения легко автоматизируется, что существенно сокращает необходимое для измеренийрабочее время. Предлагаемый способ пригоден на весьма коротких волнах (вплоть досубмиллиметров) и не требует каких-либо специальных дорогостоящих приборов.На фиг. 1 показан излучатель с эллиптической аппаратурой (косой срез волновода круглого сечения), реализующий предлагаемыйспособ; на фиг.2 - диаграмма излучения волныНиз косого среза в плоскости ХОЛ для первой поляризации; на фиг. 3 - диаграмма излучения волны Н,1 из косого среза в плоскости ХОЛ для второй поляризации; на фиг. 4 -блок-схема измерительной установки.Условно принято называть поляризацию падающей волны первой, если вектор Е параллелен малой оси эллипса среза (или оси ОУ) ивторой - если вектор Е перпендикулярен малой оси эллипса среза (или параллелен осиОХ) .Способ спектрального разложения сложного поля в многоволновом волноводе по типамволн основан на свойствах диаграмм излучения волн разных типов из открытого концаволновода, плоскость апертуры которого ОУсоставляет с осью волновода ОЛ угол а, равный или меньший угла Бриллюэна О для волны данного типа.Если разложить волноводную волну на плоские волны, то угол О указывает направлениераспространения этих волн по отношению коси волновода.При а = О диаграмма излучения волныданного типа качественно отличается от диаГраммы излучения той же волны из обычногог,открытого конца волновода с а = - , При2дальнейшем уменьшении а, т. е. когда а ( О,диаграмма излучения практически не меняется, Таким образом, если выбрать а ( Одlгалюэна для волны типа Н для волновода круг 2лого сечения, К = -- волновое число вХ.свободном пространстве; а - радиус волновода; р - собственный корень уравнения)для волны низшего типа, то для всех распространяющихся в волноводе волн будет выполняться условие а ( О.Как видно из приведенных диаграмм, характерным свойством излучения из косого среза а = Онявляется то, что любая из волнпо крайней мере для одной из поляризаций 5 1 О 15 го 25 30 35 40 55 50 55 60 65 формирует в плоскости ХОЛ один, причем весИ а ".Сии,5 сисс Ок с,иИсиио Иол 5 ризс 5- ,ией пол 5. Н 55 прс 1 в;свис ъаксиом 5 ха 5 злуси 55 при этом для любой из волн не совпадает с осью волновода, а отклоняется от иее в сторону оси ОХ на угол О, практически совпадающий с расчетным углом Бриллюэна для волны данного типа. Так как угол О для каждой волны зависит только от ее собственного значения (при заданных длине волны Х и радиусе волновода а), то каждому типу волны соответствует одно определенное направление максимума излучения. Что касается вырожденных волн, например Н 1 и Е,5, то хотя у них направление максимума излучения в плоскости ХОЛ одно и то же, они различаются по поляризации поля, Величина максимума излучения для волны определенного типа пропорциональна мощности, переносимой этой волной по волноводу, и коэффициенту направленности ее диагра 5 в 5 ы излучения.Таким образом, в случае, когда в волноводе распространяется смесь волн Еи Н суммарная диаграмма излучения из косого среза волновода а = Оо, представляет собой спектральное разложение сложного поля в нем по типам собственных волн. При этом дискретный спектр углов, соответствующих отдельным максимумам, однозначно связан с дискретным спектром собственных волн в волноводе и позволяет непосредственно определить качественный состав смеси (типы волн, входящих в данную смесь), Соотношение максимумов излучения с учетом коэффициентов направленности диаграмм отдельных волн (при более строгом рассмотрении КСВ) однозначно хар актеризует при этом относительные мощности, переносимые волнами разных типов в волноводе.Как показывает анализ диаграмм излучения из косого среза с а = Ооотдельных тинов волн, одни из них формируют в плоскости ХОЛ лепестки при первой поляризации волны в волноводе, а другие - при второй. Исключение составляет волна Н,ь которая имеет лепестки в указанной плоскости для обеих поляризаций. Следовательно, для полного анализа поля в волноводе необходимо снять диаграммы излучения из косого среза с а = Он в плоскости ХОЛ для двух поляризаций. Это разделение спектра типов волн по поляризациям эквивалентно разделению волн в волноводе на электрические и магнитные (кроме волны Н), Благодаря этому разделению полного спектра на спектр электрических и спектр магнитных волн существенно возрастает разрешающая способность предлагаемого способа.Методика спектрального разложения сложного поля во многоволновом волноводс по типам собственных волн состоит в том, что необходимо снять диаграммы излучения исследуемой смеси волн косого среза с а (агс з 5 п - "- двух поляризаций (для поворота поляризации всей смеси долинки. быть предусмотрены специальные вращающиеся сочленения) при неподвижном излучателе (косом срезе) и двух взаимно перпечдпкулярных положениях приемника, После записи соответствующих диаграмм, вращая возбудитель смеси вокруг оси ОЛ, необходимо установить поляризацию и число вариаций по азимуту для каждой волны, формирующей тот или другой лепесток диаграммы. По углам отклонения максимумов излучения, поляризации излучаемого поля относительно оси ОУ косого среза и числу вариаций каждого лепестка по азимутальному углу ср однозначно определяются типы, относительные амплитуды и взаимная поляризация волн, составляющих смесь в волно,воде,Излучатель 1 состоит из генератора 2, возбудителя 3 исследуемой смеси, двух вращающихся сочленений 4, служащих для поворота поляризации смеси относительно оси ОУ косого среза волновода (излучателя), безэховой камеры 5, координатора 6 с приводом от электромотора 7, стойки 8 приемника с прямоугольным приемным рупором 9 и детекторной головки 10. Сигнал приемника и опорное напряжение с генератора 2 усиливаются усилителем 11 сигналя и усилителем 12 опорного напряжения и подаются на синхронный детек тор 13, Постоянное напряжение с выхода синхронного детектора поступает на входные клеммы самопишущего прибора 14, Управление координатором 6 и лентопротяжным механизмом самописца осуществляется соответст вующими переключателями на пульте 15 управления и концевыми выключателями,П р ед м ет изобретения15 Способ измерения амплитуд типов волн вмноговолновом волноводе на основе анализа амплитудной и поляризационной диаграмм излучения открытого конца волновода, отличаюиийся тем, что, с целью увеличения точности 20 измерения, открытый конец волновода выполняют в виде плоского среза стенок волновода под углом к его продольной оси, равным или несколько меньшим, например на 1 - 5 угла Бриллюэна для волны низшего типа.266876 / / пах / Ю Й 75040 УО 20 /О 0 /О Ю.у 0 40 О 70 бО 504030 20 /О 0 /О ЮЮО 40 5 д 8 фиг ЛФиг 3фиг 4Составитель М. Порфирова Редактор Т. Иванова Техред Т, П, Курилко Корректор Н. А, Митрохина Заказ 1918/4 Тираж 480 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открьпий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр, Сапунова, 2