автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Компактные волново-пластинчатые преобразовательные поляризации

НАЩОНАЛЬНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ УКРА1НИ "КШВСЬКИЙ ПОЛ1ТЕХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ"

г- rs

На правах рукопису УДК 621.372.852

ПЕТРУШЕВСЬКИЙ Юрш Вячеславович

и^

КОМПАКТН1 ХВИЛЕВ1ДНО-ПЛАСТИНЧАСТ1 ПЕРЕТВОРЮВАЧ1 ПОЛЯРИЗАЦН

Спещальтсть 05.12.07 - "Антени та пристроТ мжрохвильово! техшки"

Автореферат

дисертаци на здобуття наукового ступеня кандидата техтчних наук

Кшв - 1996

Дисертащею е рукопис

Робота виконана у Нащональному техшчному ушверситет1 УкраТни "КиТвський полггехшчний шститут" на кафедр1 теоретичнх основ радютехшки

Науковий кер1вник:

Офщшш опоненти:

кандидат техн1чних наук, старший науковий ствроб!Тник Дубровка Ф.Ф.

доктор техшчних наук Конш В.В.

кандидат техтчних наук Демченко О.В.

Провшна установа:

НД1 "Буран", м. КиТв

Захист всдбудеться 9 грудня 1996 р. о 14.30 на зааданш спещал1зовано! вченоТ ради К 01.02.21 у Нащональному техшчному утверситет1 УкраТни "КШ" за адресою: 252056, КиГв-56, пр. Перемоги, 37, НТУУ "КШ".

3 дисертащею можна ознайомитися у б!блютещ Нащонального техшчного ушверситету УкраТни "КШ".

Автореферат розхсланий "¿2._" и^СЛР^^'сХ996 р.

Вчений секретар

спещал1зованоТ вченоТ ради, .

кандидат техшчних наук Кудшов 6.В.

АНОТАЦ1Я

Метою дисертацшно! робота е розробка математичних моделей, числов1 та експериментальш дослщження компактних хвилевшно-пластинчастих перетворювач1в поляризащГ: ортомодових перетворювач1в (ОМП), секщй дифференцшного фазового зсуву (ДФЗ) та пристроТв для повороту площини поляризаци електромагштноТ хвши.

Для досягнення поставленоТ мети у дисертацшнш робот1 розв'язаш так! основш задача

1. Методом часткових областей з урахуванням особливосп на тонкому ребр1 у наближенш шеальноТ провщнос-п метал1чних поверхонь та нескшченно мало! товщини гребеня розв'язаш задач1 поширення хвиль в П- та несиметричних Н-хвилеводах з тонкими гребенями (пластинами).

2. Методом штегральних р1внянь з використанням узагальнених матриць розсшвання у наближенш щеальноТ провщносп метал1чних поверхонь розв'язана внутрганя гранична задача електродинамжи для поздовжньо-нерегулярноТ структури на основ1 прямокутного хвилеводу з тонкими поздовжшми метал1чними пластинами в площиш симетри хвилеводу.

3. На основ1 створених електродинам^чних моделей розроблеш алгоритми та програми для aнaлiзy вказаних поздовжньо-нерегулярних структур.

4. Проведет числов1 дослщження спектру власних хвиль П-, Н-хвилевод1в з тонкими гребенями та дифракцп хвиль на стиках хвилевод1в з тонкими пластинами: П-, Н-хвилевод1в та розгалуженого хвилеводу (хвилевщ з пластиною на всю висоту); двох П-, Н-хвилев0д1в з р1зними конф1гуращями пластин; П-, Н-хвилевод1в та прямокутного хвилеводу. Пор1внянням числових рез}'льтаг1в з експериментальними та вщомими з л1тератури даними пщтверджет точшсть 1 адекватшсть розроблених моделей.

5. Розроблений метод синтезу компактних хвилевщно-пластинчастих ОМП та секщй ДФЗ. Синтезоваш компакта! ОМП з р1зними поляризацшними базисами та широкосмугов1 секцп ДФЗ.

6. Розроблеш та експериментально дослщжеш нов! конструкци компактних ОМП, широкосмугових секщй ДФЗ та пристроТв для поворот}' площини поляризащТ електромагштно! хвиль

Автор захшцае:

1. Розв'язки крайових -задач для власних хвиль П- та несиметричних Н-хвилевод1в з тонкими пластинами у двох формулюваннях: вщносно компонента електричного поля в зазор1 М1Ж гребенями (модель зазора) та вщносно компонента магштного поля на гребенях (модель гребеня).

2. Cnoci6 оцшки точносп розрахунку критичних чисел хвилевод1в з тонкими пластинами за допомогою двохстороннього наближення, що спираеться на розв'язки задач у двох вказаних формул юваннях.

3. Розв'язок задач} дифракцп хвиль на стоках хвилевод^в з тонкими пластинами: П-, Н-хвилевод1в та розгалуженого хвилеводу; двох П-, Н-хвилевод1в з р1зними конф1гуращями пластин; П-, Н-хвилевод1в та прямокутного хвилеводу.

4. Алгоритм i программу, що реал1зують одержан} математичш модел1 хвилевщно-пластинчастих перетворювач1в поляризацп.

5. Результата досл1джень власних хвиль П-, Н-хвилевод1в з тонкими гребенями та дифракцп хвиль на стиках хвилевод1в з .тонкие пластинами.

6. Методику двохр1вневого синтезу компактних хвилевщно-пласгинчастих перетворювач1в поляризацп.

7. Результата розробки орипнальних компактних хвилевщно-пластинчастих перетворювач1в поляризацп: компактних ОМП з pi3HHMH поляризацшними базисами, широкосмугових секцш ДФЗ та пристроТв для повороту площини поляризацп електромагштноТ хвиль

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалынсть теми. В радютехшчних системах сантиметрового та мтметрового д1апазошв хвиль широко застосовуються пристроТ для перетворення параметр1в поляризацп радюсигнал1в (перетворювач1 поляризацп). Створення новггшх антенних систем i, зокрема, антенних рецпток з поляризацшною селекщею сигналгв, потребуе вдосконалення наявних перетв0рювач1в поляризацп як за електродинам1чними, так i масогабаритними параметрами. У першу чергу це стосуеться ортомодових перетворювач1в (ОМП), вщ яких у значнш Mipi залежать характеристики таких систем. На перший план висуваються вимоги компактносп (як можливого елемента антенно] решггки), технолопчносп (для сершного воробництва), малих втрат (для малошумлячих тдсилювач1в) та високого р1вня поляризацшно: розвязки (для поляризацшно! селекцп сигнал1в).

В1дом1 конструкцп компактних ОМП з круговиь поляризащйним базисом, секцш ДФЗ 90° та 180°, пристроТв дл! повороту площини поляризацп електромагштно! хвши, виконаних н; ocHoei квадратних та круглих хвилев0д1в, в площиш CHMeTpil яки: м1стяться rpe6iH4atrri чи стутинчасгп TOHKi металeei пластини. Так пристроТ В1др1зняються високою компактшстю (за формою т розм1рами поперечного перер1зу хвилеводу), стаб1льшстю параметр! поляризацшних перетворень, малими втратами, технолопчшстю т малою вагою. В сучасних дослщженнях таю пристроТ вид1ляютьс в окремий новий клас пристроТв НВЧ, що мають назв

хвилевщно-пластинчастих перетворювач1в поляризацп (Septum polarization converters). Досл1дження таких пристроТв поки що oбмeжeнi лише деюлькома окремими розробками, майже кожна з яких патентована в розвинених краТнах свпу.

Анализ та оптим1защя характеристик хвилевщно-пластинчастих перетворювач1в поляризацп можливий лише при наявност1 достатньо точних математичних моделей, що спираються на електродинам1чт розв'язки задач для власних хвиль та задач дифракцп для поздовжно нерегулярних хвилевщно-пластинчастих структур.

В шлому, оцшюючи сучасний стан теоретичних та практичних дослщжень пристроТв поляризацшноТ обробки сигнал1в i враховуючи виключну конкурентноздаттсть хвилевщно-пластинчастих перетворю-вач1в поляризацп, до числа актуальних проблем вказаноГ сфери слщ вщнести розробку адекватних математичних моделей, ефективних алгоритм1В i программ для дослщження та проектування компактних ОМП з р13ними поляризацшними базисами, широкосмугових секцш ДФЗ та пристроТв для повороту площини поляризащТ електромагшт-ноТ хвилк Необхщтсть оптим1защ7 параметр1в вщомих конструкцш та створення нових конструкцш хвилевщно-пластинчастих перетворюва-4ie поляризащТ, проведения числових та експериментальних дослщжень TxHix характеристик визначае актуальшсть щеТ робота.

Основш методи досл1дженяя. При розв'язанш задач дисерта-цп були використаш метод узагальнених матриць розаювання, метод штегральних р1внянь, метод часткових областей з урахуванням особливосп поля на pe6pi, математичш методи лшшноТ алгебри та векторного анал5зу.

Наукова новизна дисертацшноТ робота полягае у таких результатах:

1. Здобут! HOBi розв'язки задач поширення хвиль в П- та несиметричних Н-хвилеводах з тонкими пластинами, що спрощують визначення критичних чисел та пщвищують точшсть Тх розрахунку. Задач! поширення хвиль розв'язат у двох формулюваннях: вщносно компонент електричного поля в зазор! М1Ж гребенями та вщносно компонент магнггного поля на гребенях. Показано, що розв'язки за цими двома формулюваннями дають двохсторонн! ощнки для критичних чисел.

2. Розв'язаш задач} дифракцп хвиль на неоднорщностях, що М1стяться у хвилевщно-пластинчастих перетворювачах поляризацп на основ1 прямокутних хвилевод4в з тонкими поздовжньо-нерегулярними метал1чними пластинами в площиш ciiMeTpiT. Одержан! вирази для коефщен™ зв'язку власних векторних функщй стиюв хвилевод1в з тонкими пластинами: П-, Н-хвилевод1в та розгалуженого хвилеводу; двох П-, Н-хвилевод1в з р1зними конф1гуращями пластин; П-, Н-хвилевод1Б та прямокутного хвилеводу.

3. На основ1 здобутих розв'язюв розроблений ефективний метод синтезу компактних хвилевшно-пластинчастих ОМП та секцш ДФЗ. Синтезоваш кoмпaктнi ОМП з р1зними поляризацшними базисами та шиpoкocмyгoвi секци ДФЗ.

4. Запропоноваш та синтезоваш нов1 пристроТ поляризацшноТ обробки сигнал!в на основ1 хвилевщних поздовжньо-нерегулярних структур з тонкими метал1чними пластинами. Серед них: компактш ОМП з р13ними поляризацшними базисами, широкосмугов1 секци ДФЗ та пристроТ для повороту площини поляризаци електромагштноТ хвилк

Практична цшшсть дисертацшнноТ работа полягае в тому, що:

1. Створено комплекс програм електродинам1чного розрахунку поздовжньо-нерегулярних структур на основ! прямокутного хвилеводу з тонкими метал1чними пластинами в площиш симетрп.

2. Розроблена методика проектування високояюсних хвилевщно-пластинчастих перетворювач1в поляризаци з завданими електродинам1чними параметрами.

3. Зaпpoпoнoвaнi, розроблеш та експериментально дослщжеш: ОМП з р1зними поляризацшними базисами, широкосмугов! секци ДФЗ та пристроТ для повороту площини поляризаци електромагштноТ хвши. Перевага™ розроблених пристроТв е компактш стъ (за формою та розм1рами поперечного перер1зу), технолопчшсть, високий р1вень поляризацшноТ розв'язки та малий ревень втрат. Poзpoблeнi оригшальш конструкци цих пристроТв для промислового виробництва.

4. Розроблена ефективна методика вим1рювань параметр1в хвилевщно-пластинчастих перетворювач1в поляризаци.

Реал1защя результатов робота. Результата дисертацшноТ робота використаш в НДР "Граната-УО", "Беркут", "Эдельвейс", "В1-КП1-47-УО", "Говерла", "Магнат" та "Магнол1я", що були виконаш та виконуються на кафедр! теоретичних основ радютехшки КиТвського полп-ехтчного шстатуту, а також впроваджеш в розробках НД1 "Буран" (м. КиТв) та НВП "Лотос" (м.КиТв).

Апробащя роботи. Основш положения та результата робота доповщались 1 обговорювались на М1жнароднш конференци з математачних метод1в у теори електромагнетизму ММЕТ-94 (м.Харюв, 1994р.), М1жнароднш конференци з теори та техники антен МКТТА (м.Харюв, 1995р.) та М1жнародному симпозиум: 1Л151 з електромагштноТ теори (м.Санкт-Петербург, 1995р.).

Публисацп. За матер1алами дисертацп опублтовано 5 друкованих роб1т та подано три заявки на отримання патент1в УкраТни 1 Роен. Результата робота вщображеш у 7 зв!тах з НДР.

б

Структура та об'ем дисертаци. Дисертацшна робота викладена на 130 сторшках друкованого тексту, 1Люстрована 57 рисунками та 12 таблицями. Робота складаеться ¡з вступу, трьох роздиив, заключноТ частини та списку лггератури, що включав 129 найменувань.

СТИСЛИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступнш частит визнaчeнi акту альт нерозв'язат питания розробки та створення нових хвилевщно-пластанчастих перетворювач1Б поляризаци, сформульоват мета та задач1 дисертаци, наведет основт положения, що подаються до захисту.

У першому роздШ на тдстав1 анал1зу опублжованих робгг викладено сучасний стан дослщжень xвилeвiднo-плacтинчacтиx перетворювач1в поляризаци та обгрунтовано виб1р метод1в розв'язання задач дисертацшноГ робота. Для визначення власних хвиль хвилевод1в з тонкими пластинами обрано метод часткових областей з урахуванням особливостей поля на ребрах. Для електродинам1чного анал1зу хвилевщно-пластанчастих перетворювач1в поляризаци обрано метод штегральних р1внянь з використанням узагальнених матриць розсшвання. Вказано на актуалъшстъ розробки ефективних алгоритшв синтезу хвилевщно-пластинчастих пepeтвopювaчiв поляризаци.

Другий роздш мютить результата розробки математачних моделей поздовжньо-нерегулярних структур на основ1 прямокутних хвилевод1в з тонкими метал1чними пластинами в площит симетри. У наближенш ¡деально! провщносп метал1чних поверхонь та нескшченно мало! товщини пластани розв'язаш задач! поширення хвиль у П- (рис.1.а) та несиметричних Н- (рис. 1.6) хвилеводах з тонкими пластинами.

,У |У

Рис.1.а. Рис.1.б.

Загальний вигляд та позначення геометричних параметр1в вщповщних часткових областей для П- та несиметричних Н-хвилевод1в з тонкие пластинами наведено на рис. 2.а, б. Загальний вигляд та позначення геометричних параметр1в розгалуженого хвилеводу з тонкою пластиною наведено на рис. 3.

У

(0:Ь) (аЛг;Ь)

X

(а/2;0) (0;0) (а/2;0) (0:0) (а/2;0)

Рис.2.а. Рис.2.б. Рис.3.

Kpaйoвi задач! для власних хвиль П-, Н-хвилевод1в з тонкими пластинами розв'язано у двох формулюваннях: вщносно компонент електричного поля в зазор1 м1ж гребенями (модель зазора) та вщносно компонент магштного поля на гребенях (модель гребня). Таю формулювання стали можлив1 завдяки наближенню нескшченно мало! товщини пластини.

В результат! одержан! таю штегральш р1вняння за моделлю зазора для визначення непарних магштних (1),(2) та електричних (3),(4) хвиль П- (1),(3) та Н- (2),(4) хвилевод!в з тонкими пластинами, що сформульоваш вщносно електричних компонент поля

Е.

в зазор! з використанням граничних умов для магштних

компонент поля Нг, Ну:

2(2- О—Д-

-о а/Р»

С05

ппу

пяу , а>5 —— ау ■■ Ь

£(2-0-

с!г

-СОБ

£ = 0'

««1 1 " о "

• Г,

X \Ег{у)*ш^ау = о-

(1)

(2)

(3)

(4)

де р = (к а)2 ^ияа К - критичш числа, 30п - символ Кронекера.

Також одержан! штегральш р1вняння для П-хвилеводу (5),(7) та системи штегральних р1внянь для Н-хвилеводу (6),(8) за моделлю гребеня для визначення непарних магштних (5),(6) та електричних (7),(8) хвиль, що сформульоваш вщносно магштних компонент поля Нг, Ну в зазор! з використанням граничних умов для магштних

компонент поля

Еу, Ег:

¿(2

= 0>

(5)

¡D{y)-0,ye[0,r], (6)

\D{y)-0,y «ф.й],

Де: 0{y) = ± (2 -S,.)tg Él^cos Ы j Hz(y)cos^fY +

^ 2 „•.aíff/.w.'.^-íi, (7)

№)=0j€[0,r], (8)

\.D(>>) = 0,y <ф,6],

tí b

= 0"

J Я, Су; ato ^ Ф- + J П, (y)sin(^-)dy

Гнтегральш р1вняння (l)-(8) розв'язаш методом Галеркша. Невщом1 компонента поля апроксимоваш системами функцш, що правильно враховують особливосп поля на ребрах та вдовольняють вщповщш граничн! умови. Такими функщями обрано полшоми Чебишева першого та другого роду. В результат одержан! однородш системи лшшних алгебраТчних р1внянь, а також вирази для визначення невщомих коефщ1ент1в та власних векторних функцш хвилевод1в з тонкими пластинами.

Внутршня гранична задача електродинамжи для поздовжньо-нерегулярноТ структури на ochobí прямокутного хвилеводу з тонкими метал1чними пластинами в площиш симетрп розв'язана методом штегральних р1внянь з використанням узагальнених матриць розаювання. Знайдеш вирази коеф1щент1в зв'язку для cthkíb хвилевод1в з тонкими пластинами: П-, Н-хвилевод1в та розгалуженого хвилеводу; двох П-, Н-хвилевод1в з р1зними конф1гуращями пластан; П-, Н-хвилевод1в та прямокутного хвилеводу.

На ochobí розроблених математичних моделей створеш програми для електродинам1Чного анал1зу поздовжньо-нерегулярних структур на ochobí прямокутного хвилеводу з тонкими метал1чними пластинами в площиш симетри. Проведено числов1 дослщження власних хвиль прямокутних хвилевод1в з тонкими пластинами та пор1вняння одержаних результате з вщомими даними. Дослщжена T04HÍCTb та адекватшсть математичних моделей для власних хвиль, залежшсть збiжнocтi отриманих результате для обох моделей в1д конф1гурацп пластини. Встановлено, що наближення нескшченно мало! товщини пластини дозволяе запоб1гта накопиченню машинних та методичних помилок, пов'язаних з виродженням частковоТ обласп П1Д тонким гребенем та змшою особливосп поля на тонкому peópi, i, як результат, спростати та тдвищити точшсть розрахунюв критичних чисел для П-,Н-хвилевод1в з товщиною гребеня менше 510% вщ ширини основи хвилеводу.

Окр1м того, встановлено, що модель зазора за критер1ями точносто та збТжносто результатов краще викорисговувати для П-, Н-хвилевод1в з малими зазорами та з коефпщентами прямокутносто (вщношення основи до висоти) 61льше одинищ, а модель гребеня - для хвилевод1в з малими гребенями та з коеф1щентами прямокутносто менше одинищ. Вказано, що розроблеш модел1 (модель зазора та модель гребеня) для власних хвиль П-, Н-хвилевод1в з тонкими гребенями можна викорисговувати для оцшки та шдвищення точносто розрахунку критичних чисел за допомогою двохстороннього наближення, що спираеться на розв'язки задач у двох вказаних формулюваннях. Така оцшка точносто розрахунку критичних чисел особливо корисна для П-, Н-хвилевод^в з середтми значениями висот гребетв та з коефшентами прямокутносто близько одинищ (квадрантний хвилевщ), що важливо для практичного застосування таких хвилевод1в у хвилевщно-пластинчастих перетворювачах поляризаци.

За допомогою створеного програмного забезпечення та розробленого експериментального макету виконано числов1 та екпериментальн 1 дослщження дифракцп хвиль на стиках хвилевод1в з тонкими пластинами: П-, Н-хвилевод1в та розгалуженого хвилеводу; двох П-, Н-хвилевод1в з р1зними конф1гурашями пластин; П-, Н-хвилевод1в та прямокутного хвилеводу. Пор1внянням числових та експериментальних результатов перев1рена коректшсть та оцшена точшсть модел1 для поздовжньо-нерегулярноТ структури.

3 використанням створених математичних моделей розроблено ефективний метод двохр1Вневого синтезу компактних хвилевщно-пластинчастих ОМП та секцш ДФЗ. Метод застосований для синтезу компактного ОМП з максимально широкою смутою частот за КСХН та секцн ДФЗ 90° з завданим вщхиленням ДФЗ в д1апазош частот.

У третьому роздш наведет результата розробки та експериментального дооидження конструкцш хвилевщно-пластанчастих перетворювач1в поляризаци: компактних ОПМ з разними поляризащйними базисами, широкосмугових секцш ДФЗ та пристроТв для повороту площини поляризаци електромагнггноТ хвил1, створених з використанням розроблених математичних моделей.

Конструкцш компактного ортомодового перетворювача

Л Л

Пристрш реализовано на 6аз1 квадратного хвилеводу 1, в площит симетри якого розг-пщена тонка метал1чна ступшчаста пластина 2. Робота пристрою пояснена з урахуванням ефекту поступового повороту площини поляризацп електромагштно! хвилц що поширюеться вздовж хвилевода ¡з ступшчастою продольно-нерегулярною пластиною (за рахунок змши конф1гурацп поперечних компонент поля), та наявносп диференцшного фазового зсуву (елштичносп ОМП), що вноситься м1ж ортогональними компонентами поля, поляризованими в площит пластини та в ортогональнш площит.

Розроблена конструкщя компактного ОМП, розрахованого на роботу в д1апазот частот 3.5...4.5 ГГц. ОМП забезпечуе КСХН на р1вт 1,2 та розв'язку не прше ЗОдБ у смуз1 частот 25 %. Елштичтсть ОМП на середнш частот! д1апазону 75°. Габаритт розм1ри пристрою 0.65x0.65x0.9 середньо! довжини хвиль

Встановлено, що за умов використання р1зних дисперсшних властивостей р1зних титв хвиль, що можуть поширюватися вздовж хвилеводу ¡з ступшчастою пластиною, можливе створення компактних ОМП з р!зними поляризацшними базисами у робочих смутах частот. Так, сворено зразок компактного ОМП з круговим базисом, що працюе в д1апазош частот 9.3...10.6 ГГц (елштичтсть 90°±6°) та зразок компактного ОМП з элттичностю 110°, що працюе в д1апазош частот 10.8... 11.9 ГГц. У а зразки багатомодових ОМП забезпечують КСХН на р1вш 1,2 та розв'язку не прше 28дБ.

Наведена орипнальна система класифшацп компактних ОМП за модовим складом, що базуеться на граф1чному представлент 1х робочих д1апазошв частот у простор! критичних чисел П-хвилевод1в з тонкими гребенями р1зноТ висоти.

3 використанням розроблених математичних моделей запропоновано I розроблено новий компактний ортомодовий перетворювач з круговим базисом (схематично зображений на рис.5), що вщр1зняеться наявтстю елемента додаткового диференцшного фазового зсуву (ДФЗ) 3 у виглядi гребшчастоТ структури. Диференцшну фазову характеристику елемента ДФЗ обрано таким чином, щоб компенсувати дисперайне вщхилення ДФЗ пластини 1 досягти стабьпьносп елштичносгп ОМП в робочому дiaпaзom частот. Для зменшення довжини такого ОМП з фазовим компенсуванням елемент ДФЗ та cтyпiнчaстa пластина об'еднано в единий компактний пристрш.

Рис.5

Розроблено конструкцию 1 створено зразок такого компактного ОМП з фазовою компенсащею, що забезпечуе елштичтсть 90°±5°, КСХН на ршш 1,25 та розв'язку не прше 35дБ в д1апазот частот 3.7...4.5 ГГц. Габаритш розм1ри пристрою 0.6x0.6x0.9 середньоГ довжини хвилк

3 використанням створених математичних моделей також розроблена хвилевщно-пластанчаста секщя ДФЗ, конструкцш якоТ

У квадратному хвилевод] 1 розмщеш елементи ДФЗ 2 у вигляд1 гребшчастах структур з метал1чною поставкою 3. Розроблений макет секцп ДФЗ забезпечуе значения ДФЗ 90°±2° у д1апазош частот 10%.

Запропоноваш та розроблеш з використанням створених математичних моделей нов1 пристроТ для повороту площини поляризаци електромагштно! хвшп, схематичне зображення яких наведено на рис.7 та рис.8.

Рис. 7 Рис. 8

На рис.7 зображено пристрш для двохканального поворот}' площини поляризаци електромагштних хвиль на 90°. На рис.8, зображено пристрш для обертання площини поляризаци. ПристроТ працюють за принципом незалежного вщ частота просторового обертання площини поляризаци електромагштно! хвил1, що поширюеться вздовж поздовжньо-нерегулярноТ ступшчасто! пластини.

3 метою яюсного анал1зу перетворень в хвилевщно-пластинчастах перетворювачах поляризаци використано ушверсальний метод щеал13ованих поляризащйних матриць. Зокрема, його використано для анализу робота ОМП та пристроТв для повороту площини поляризаци електромагштно! хвилк

Враховуючи вщсутшсть единоТ системи параметров хвилевщно-пластанчастих перетворювач1в поляризаци та стандартазованих засоб1в Тх визначення, розроблено оригшальну методику вим1рювань основних характеристик таких пристроТв.

Третя частина ¡люстрована фотограф1ями, на яких зображено розроблеш хв1левщно-пластинчасгп пристроТ та експериментальш макета.

У заключит частит сформульоват основш результата дисертацп та зроблещ висновки про можлив} сфери Тхнього застосування.

ОСНОВШ РЕЗУЛЬТАТЫ РОБОТИ

1. Здо6ут1 нов1 розв'язки задач поширення хвиль в П- та несиметричних Н-хвилеводах з тонкими пластинами, що спрощують визначення критачних чисел та тдвищують точшсть Тх розрахунку. Особлив1стю цих розв'язюв е вдале поеднання двох запропонованих та розроблених альтернативних формулювань штегральних р1внянь: вщносно компонент електричного поля в зазор} ьпж гребенями та вшносно компонент магштного поля на гребенях. В результат! досягнуто можливосп двохсторонтх ошнок для критачних чисел П-, Н-хвилевод1Б з тонкими гребенями. Дослгджет залежноси точносп та зб1жност1 результате вщ конф1гурацп пластини. Встановлено, що модель зазора краще використовувата для П-, Н-хвилевод1в з малими зазорами, а модель гребеня - для хвилевод1в з малими гребенями. Такий виб1р моделей дозволяв зменшити затрата машинного часу на вир!шення задач для власних хвиль хвилевод}в з тонкими пластинами.

2. Розв'язат задач1 дифракци хвиль на неодноршностях, що мктяться у хвилев1дно-пластанчастих перетворювачах поляризаци на основ} прямокутних хвилевод}в з тонкими поздовжшми метал}чними пластинами в площиш симетри. Одержан} вирази для коефоденпв зв'язку власних векторних функщй, елемешпв узагальнених матриць розсшвання ста и в хвилевод}в з тонкие пластинами: П-, Н-хвилевод}в та розгалуженого хвилеводу; двох П-, Н-хвилевод}в з р}зними конф1гуращями пластан; П-, Н-хвилевод}в та прямокутного хвилеводу.

3. На основ} створених електродинам}чних моделей розроблеш алгоритми та програми для анал}зу поздовжньо-нерегулярних структур на основ} прямокутного хвилеводу з тонкими метал}чними пластинами в площиш симетри хвилеводу.

4. За допомогою створеного комплексу програм проведен} числов1 дослшження власних хвиль П-, Н-хвилевод}в з тонкими гребенями та дифракци хвиль на стиках хвилевод}в з тонкими пластинами: П-, Н-хвилевод}в та розгалуженого хвилеводу; двох П-, Н-хвилевод}в з р1зними конф}гуращями пластин; П-, Н-хвилевод}в та прямокутного хвилеводу. Пор}внянням числових результате з експериментальними та вщомими з опубл}кованих джерел тдтверджеш точн}сть } адекватн}сть розроблених моделей.

5. Розроблений метод синтезу хвилевщно-пластинчастих ОМП та секцш ДФЗ, що заснований на одержаних розв'язках електродинам1чних задач для поздовжньо нерегулярно! структури.

6. Запропоноват та синтезоваш нов1 пристроТ поляризацшноТ обробки сигнал1в на ochobI хвилевщних поздовжньо-нерегулярних структур з тонкими метал1чними пластинами. Серед них: компакта! ОМП з р13ними поляризащйними базисами, широкосмугов1 секцп ДФЗ та пристроТ для повороту площини поляризацп електромагштно! хвши. Досвщ розробки та впровадження цих присгроТв вказуе на Тх конкурентноздаттсть на св1товому ринку, обумовлену унжальними електродинам1чними характеристиками i технолопчшстю. Розроблет пристроТ можуть знайта широке застосування у радютехшчних системах р1зного призначення: системах безпосереднього супутникового телебачення, системах супутникового та радшрелейного зв'язку, РЛС спещального призначення.

СПИСОК РОБ1Т, ЩО БУЛИ ОПУБЛ1КОВАН1 ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦЙ

1. Дубровка Ф.Ф., Петрушевский Ю.В. Ортомодовый преобразователь. Заявка России № 92007711/09 (053302).- 1992.

2. Дубровка Ф.Ф., Петрушевский Ю.В. Ортомодовий перетворювач. Заявка УкраТни №93030285 (В3100172).- 1993.

3. Дубровка Ф.Ф., Петрушевский Ю.В. Бездисперсшний перетворювач поляризацп. Заявка УкраТни №В4602351.- 1994.

4. Дубровка Ф.Ф., Петрушевский Ю.В. Спектральный критерий периодичности // Изв. ВУЗов Радиоэлектроника.-1993.- Т.Зб, М»8.-С. 62-67.

5. Дубровка Ф.Ф., Петрушевский Ю.В. Решение краевых задач для собственных волн П-волновода с бесконечно тонким гребенем // Изв. ВУЗов Радиоэлектроника.-1994.-Т.37, №10.-С. 39-47.

6. Дубровка Ф.Ф., Петрушевский Ю.В. Компактний антенний модуль для прийому ортогонально поляризованих сигнал1в // Хар'юв, МКТТА.-1995.-С.50

7. Dubrovka F.F., Petrusheysky Yu.V. Analysis of irregular rectangular waveguide structure with arbitrary shaped central septum // Proc URSI Int. Cofr. on EM Theory, Kharkov.-1994.-P. 87-90.

8. Dubrovka F.F., Petrushevsky Yu.V. Optimal double level synthesis of wideband waveguide septum OMT and ridged polarizers and rotators // Proc URSI Int. Svmp. on EM Theory, St.Petersburg.-1995.- P. 376-378.

9. Dubrovka F.F., Petrushevsky Yu.V. Dual polarized compact antenna module // Proc Int. Conf. on Techniques ICATT95, Kharkov.-1995.-P. 55.

Antenna Theory

Петрушевский Ю.В. Компактные волноводно-пластинчатые

преобразователи поляризации, рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.07. - "Антенны и устройства микроволновой техники", Национальный технический университет Украины "КПИ", г. Киев, 1996.

Разработаны математические модели, программное обеспечение, методики проектирования и конструкции, проведены численные и экспериментальные исследования компактных ортомодовых преобразователей с различными поляризационными базисами, широкополосных секций дифференциального фазового сдвига и устройств для поворота плоскости поляризации электромагнитной волны на основе прямоугольных волноводов с тонкими металлическими пластинами в плоскостях симметрии.

Устройства отличаются высокой компактностью (по форме и размерам поперечных сечений), широкополосностью, технологичностью, высоким уровнем поляризационной развязки и малыми потерями.

Разработанные компактные волноводно-пластинчатые

преобразователи поляризации, ориентированы для работы в составе поляризационно-адаптивных радиотехнических систем различного назначения, в частности в антенных решетках с поляризационной обработкой сигналов.

Yury V. Petrushevsky Compact septum polarization converters, manuscript. Ph.D. thesis. Speciality - 05.12.07 Antennas and microwave devices, National Technical University of Ukraine "KPI", Kyiv, 1996.

The complete electrodynamic analysis of irregular rectangular waveguide structure with arbitrary shaped infinitely thin metal central septum is presented. The solution of ridged waveguide eigenvalue problem is obtained by two original integral formulations, which provide bilateral (upper and lower) approximations for cut-off frequencies of the ridged waveguide structures: 1) in terms of electric field in the gap; 2) in terms of magnetic field on the ridges. The solution of discontinuity problem is obtained by solving of an integral equation for each discontinuity type to determine generalized scattering matrices of the discontinuities and overall generalized scattering matrix of the structure. An effective method of double-level synthesis of the septum polarization converters has also been developed.

Results of an application of the developed electrodynamic models for analysis and synthesis of extremely compact wideband septum OMT, ridged polarizers and original polarisation rotators are given. It is shown that predicted and measured characteristics of synthesized components are in good agreement.

Ключов! слова: хвилев1дно-пластинчастий перетворювач поляризаци, ортомодовий перетворювач (ОМП), секщя ДФЗ, обертач площини поляризаци.