Компактний хвилевідний поляризатор із трьома протифазними штирями

Abstract

Однією з фундаментальних проблем сучасності є економія цифрових інформаційних і частотних ресурсів. Впровадження новітніх телекомунікаційних систем і мереж 5G потребує пошуку кардинальних методів економії та повторного використання частотних ресурсів. У сучасних системах зв’язку для економії частотного ресурсу використовують нові технології для збільшення інформаційної ємності каналів зв’язку. З цією метою використовують антенні системи з поляризаційною обробкою сигналів. Такі системи дають можливість передавати сигнали з різними видами поляризації. Використання електромагнітних хвиль з ортогональними поляризаціями покращує інформаційні характеристики радіосистем різного призначення. Це дає можливість удвічі збільшити інформаційну ємність супутникових каналів зв’язку. Крім того, така обробка здійснюється у метеорологічних та радіолокаційних системах прийому, передачі та оброки інформації. Ключовими пристроями таких систем є поляризатори та ортомодові перетворювачі. Електромагнітні характеристики цих пристроїв впливають на характеристики загальної системи. До електромагнітних характеристик належать фазові, узгоджувальні та поляризаційні характеристики. В статті подані результати розробки регульованого поляризатора на основі прямокутного хвилеводу з трьома штирями. Розроблений поляризатор працює в Х-діапазоні від 8,0 ГГЦ до 8,5 ГГц. Математична модель такого пристрою ґрунтується на хвильовій матриці розсіювання та передачі. Характеристики моделі отримані через елементи цієї матриці. Для перевірки правильності роботи розробленою моделі також створена модель на основі методу скінченного інтегрування. Цей метод часто використовується для моделювання мікрохвильових пристроїв. Розроблений поляризатор на основі прямокутного хвилеводу з трьома штирями дає можливість здійснювати регулювання своїх узгоджувальних та поляризаційних характеристик за рахунок зміни довжини штирів. Такі пристрої характеризуються малими поперечними розмірами та стабільністю параметрів поляризаційних перетворень.

Nowadays one of the fundamental problems is the economy of digital information and frequency resources. The intro-duction of modern telecommunication systems and 5G networks requires the search for fundamental methods to save and reuse frequency resources. To save the frequency resource in modern communication systems the new technologies for the increase of the information capacity of communication channels are used. Antenna systems with polarization signal pro-cessing are applied for this purpose. Such systems allow transmitting signals with different types of polarization. The appli-cation of the electromagnetic waves with orthogonal polarizations improves the information characteristics of radio systems for various purposes. This makes it possible to double the information capacity of satellite communication channels. In addi-tion, such processing is carried out in meteorological and radar systems for receiving, transmitting and processing of the information. The key devices of such systems are polarizers and orthomode transducers. The electromagnetic characteris-tics of these devices affect the overall system performance. The electromagnetic characteristics include phase, matching and polarization characteristics. The article presents the results of the development of an adjustable polarizer based on a square waveguide with three posts. The developed polarizer operates in the X-band from 8,0 GHz to 8,5 GHz. The mathe-matical model of such a device is based on the scattering and transmission wave matrix. The characteristics of the model were obtained through the elements of this matrix. To check the correctness of the developed model, a model based on the finite integration method was also created. This method is often used to simulate microwave devices. The developed polar-izer based on a square waveguide with three posts allows regulating its matching and polarization characteristics by chang-ing the length of the posts. Such devices are characterized by small transverse dimensions and stability of the polarization transformation parameters.

Одной из фундаментальных проблем современности является экономия цифровых информационных и час-тотных ресурсов. Внедрение новейших телекоммуникационных систем и сетей 5G требует поиска кардиналь-ных методов экономии и повторного использования частотных ресурсов. В современных системах связи для экономии частотного ресурса используют новые технологии для увеличения информационной емкости каналов связи. С этой целью используют антенные системы с поляризационной обработкой сигналов. Такие системы дают возможность передавать сигналы с различными видами поляризации. Использование электромагнитных волн с ортогональными поляризациями улучшает информационные характеристики радиосистем различного назначения. Это дает возможность вдвое увеличить информационную емкость спутниковых каналов связи. Кроме того, такая обработка осуществляется в метеорологических и радиолокационных системах приема, передачи и обработки информации. Ключевыми устройствами таких систем являются поляризаторы и орто-модовые преобразователи. Электромагнитные характеристики этих устройств влияют на характеристики общей системы. К электромагнитным характеристикам относятся фазовые, согласующие и поляризационные характеристики. В статье представлены результаты разработки регулируемого поляризатора на основе квадратного волновода с тремя штырями. Разработанный поляризатор работает в Х-диапазоне от 8,0 ГГц до 8,5 ГГц. Математическая модель такого устройства основывается на волновой матрице рассеяния и передачи. Характеристики модели получены через элементы этой матрицы. Для проверки правильности работы разра-ботанной модели также создана модель на основе метода конечного интегрирования. Этот метод часто ис-пользуется для моделирования микроволновых устройств. Разработанный поляризатор на основе квадратного волновода с тремя штырями дает возможность осуществлять регулирование своих согласующих и поляриза-ционных характеристик за счет изменения длины штырей. Такие устройства характеризуются малыми попе-речными размерами и стабильностью параметров поляризационных преобразований.