Высокоэффективный волноводный поляризатор для спутниковых информационных систем

Abstract

Статья содержит результаты анализа и оптимизации нового волноводного поляризатора для спутниковых информационных систем. Конструкция разработанного поляризатора состоит из волновода квадратного сечения с четырьмя диафрагмами. Была выполнена оптимизация поляризатора для его применения в рабочем диапазоне частот от 10,7 ГГц до 12,8 ГГц. Разработанный волноводный поляризатор обеспечивает дифференциальный фазовый сдвиг 90° ± 3,5°, коэффициент стоячей волны по напряжению менее 1,24, коэффициент эллиптичности менее 0,53 дБ, кроссполяризационную развязку выше 30,3 дБ. Таким образом, созданный новый поляризатор на основе квадратного волновода с четырьмя диафрагмами обеспечивает качественную работу во всем рабочем Ku-диапазоне частот 10,7–12,8 ГГц.

У сучасних супутникових інформаційних системах та безпровідних системах передачі даних широко використовують сигнали із коловими поляризаціями. Сигнали цього типу вимагають застосування спеціальних антенних систем із поляризаційним обробленням. Такий підхід дає можливість удвічі зекономити частотні ресурси, які є обмеженими. У результаті збільшується інформаційна ємність каналів передачі інформації в супутникових та інших інформаційних системах. Базовим елементом антенних систем із коловими поляризаціями є поляризатор. Такий пристрій здійснює перетворення електромагнітних хвиль із круговою поляризацією в лінійно поляризовані хвилі або навпаки. Використання поляризатора та ортомодового перетворювача в антенних системах забезпечує перетворення поляризації сигналів із одночасною передачею їх до розв’язаних хвилеводних каналів. Стаття містить результати аналізу та оптимізації нового високоефективного хвилеводного поляризатора для супутникових інформаційних систем. Конструкція розробленого поляризатора складається із хвилеводу квадратного перерізу з чотирма діафрагмами. Виконано оптимізацію поляризатора для його застосування в робочому діапазоні частот від 10,7 ГГц до 12,8 ГГц. Проаналізовано й оптимізовано фазові, поляризаційні характеристики та характеристики узгодження із застосуванням чисельного методу скінченного інтегрування. Розроблений хвилеводний поляризатор із чотирма діафрагмами забезпечує диференційний фазовий зсув 90° ± 3,5°, коефіцієнт стійної хвилі з напругою, меншою 1,24, коефіцієнт еліптичності, менший 0,53 дБ, кросполяризаційну розв’язку, вищу 30,3 дБ. Таким чином, створений новий поляризатор на основі квадратного хвилеводу з чотирма діафрагмами забезпечує якісну роботу в усьому робочому Ku-діапазоні частот 10,7–12,8 ГГц. Пристрій може широко використовуватися в сучасних антенних системах із поляризаційним обробленням сигналів у телекомунікаційних, радіолокаційних і супутникових інформаційних системах.

Signals with circular polarizations are widely used in modern satellite information systems and wireless data transmission systems. Signals of this type require the application of specific antenna systems with polarization processing. This approach allows to save twice the frequency resources, which are limited. As a result, the information capacity of information transmission channels of satellite and another information systems increases. A polarizer is the essential element of antenna systems with circular polarizations. Such device carries out the transformation of circularly polarized electromagnetic waves into linearly polarized waves or vice versa. The application of a polarizer and of an orthomode transducer in antenna systems provides the transformation of the signals polarization and their simultaneous transmission to the isolated waveguide channels. The article contains the results of the analysis and optimization of a new high performance waveguide polarizer for satellite information systems. The design of the developed polarizer consists of a square waveguide with four diaphragms. The polarizer has been optimized for its application within the frequency band from 10.7 GHz to 12.8 GHz. The phase, polarization and matching characteristics have been analyzed and optimized using the numerical finite integration technique. The developed waveguide polarizer with four diaphragms provides the differential phase shift of 90 ° ± 3.5 °, voltage standing wave ratio less than 1.24, axial ratio less than 0.53 dB, crosspolar discrimination higher than 30.3 dB. Therefore, the created new polarizer based on a square waveguide with four diaphragms provides highly efficient performance in the whole operating Ku-band 10.7–12.8 GHz. The device can be widely applied in modern antenna systems with the processing of signal’s polarization in telecommunication, radar and satellite information systems