Оптимізація поляризатора на основі квадратного хвилеводу з діафрагмами

Андрій Васильович Булашенко, Степан Іванович Пільтяй, Іван Вольдемарович Демченко

Анотація


Антенні системи із поляризаційною обробкою сигналів  є ключовим елементом сучасних супутникових телекомунікаційних систем. У таких системах поляризаційну обробку здійснюють поляризаційні пристрої. Таким чином, розробка конструкції нових поляризаторів, створення нових методів їх аналізу та оптимізації є важливими задачами. Поляризатори на основі хвилеводів із діафрагмами є найбільш ефективними та технологічними у виготовленні.  Крім того, вони забезпечують широкі смуги пропускання. Метою дослідження є оптимізація електромагнітних характеристик хвилеводного поляризатора із діафрагмами. Для реалізації поставленої мети ставиться задача створення нової математичної моделі, що дає можливість аналізувати  вплив параметрів конструкції поляризатора на його електромагнітні характеристики. У роботі створено математичну модель хвилеводного поляризатора із діафрагмами із використанням теорії мікрохвильових кіл. Розроблена нова аналітична модель такого поляризатора, що враховує товщину діафрагм за допомогою використання їх еквівалентних схем заміщення. Запропонована математична модель поляризатора ґрунтується на загальній хвильовій матриці розсіювання. Через елементи матриці були визначені основні характеристики хвилеводного поляризатора. Проведено оптимізацію характеристик поляризатора на основі квадратного хвилеводу із діафрагмами в Ku-діапазоні частот 10.7–12.8 ГГц. Подана математична модель такого поляризатора забезпечує врахування висот діафрагм, відстаней між ними та їх товщини. Отримані результати показують, що запропонована модель є більш простою для розрахунку електромагнітних характеристик порівняно з методом скінченних елементів, який використовується для аналізу мікрохвильових пристроїв різного призначення.

Ключові слова


поляризатор; хвилевід; діафрагма; матриця передачі; матриця розсіювання; диференційний фазовий зсув; коефіцієнт стійної хвилі за напругою; коефіцієнт еліптичності; кросполяризаційна розв’язка

Посилання


Pozar D.M. Microwave Engineering. Antennas: From Theory to Practice. Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons, 2012., 732 p.

Gao S., Luo Q., Zhu F. Circularly polarized Antennas Theory and Design. Chichester: John Wiley and Sons, 2014, 322p.

Sellal K., Talbi L., Denidni T., Lebel J. A new substrate integrated waveguide phase shift. Proc. 2006 European Microwave Conference, UK, Manchester, 2006, pp. 72-75. doi.org/10.1109/EUMC.2006.281184 (eng).

Bull J.D., Kato H., Jaeger N.A.F. Asymmetrically strained ridge waveguide for passive polarization conversion, IEEE Photonics Technology. 2008. vol. 20. no. 24. 2186–2188. doi.org/10.1109/LPT.2008.2007221 (eng).

Virone G., Tascone R., Peverinin O.A., Orta R., Optimum iris set concept for waveguide polarizers, IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2007. vol. 17. no.3. 202–204. doi.org/10.1109/LMWC.2006.890474 (eng).

Eleftheriades G.V., Omar A.S., Katehi L.P.B., Rebeiz G.M., Some important properties of waveguide junction generalized scattering matrices in the context of the mode matching technique, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1994. vol. 42. no.10. 1896–1903. doi.org/10.1109/22.320771 (eng).

Yu S.Y., Bornemann J., Classical eigenvalue mode-spectrum analysis of multiple-ridged rectangular and circular waveguides for the design of narrowband waveguide components, International Journal of Numerical Mod-eling. 2009. vol. 22. 395–410. doi.org/10.1002/JNM.716 (eng).

Piltyay S.I., Dubrovka F.F., Eigenmodes analysis of sectoral coaxial ridged waveguides by transverse field-matching technique. Part 1. Theory, Visnyk NTUU KPI Seriia – Radioteknika Radioaparatobuduvannia. 2013. vol. 54. 13-23. doi.org/10.20535/RADAP.2013.54.13-23 (eng).

Dubrovka F.F., Piltyay S.I. Eigenmodes analysis of sectoral coaxial ridged waveguides by transverse field-matching technique. Part 2. Results, Visnyk NTUU KPI Seriia – Radioteknika Radioaparatobuduvannia. 2013. vol. 55. 13-23. doi.org/10.20535/RADAP.2013.55.13-23 (eng).

Sun W., Balanis C. A. MFIE analysis and design of ridged waveguides, IEEE Trans. Microwave Theory Tech, 1993. vol. 41. no. 11. 1965–1971. doi.org/10.1109/22.273423 (eng).

Serebryannikov A. E., Vasylchenko O. E., Schunemann K., Fast coupled-integral-equations-based analysis of azimuthally corrugated cavities, IEEE Microwave Wireless Comp. Lett. 2004. vol. 14. no 5. 240–242. doi.org/10.1109/LMWC.2004.827833 (eng).

Piltyay S.I. Numerically effective basis functions in integral equation technique for sectoral coaxial ridged wave-guides, Proceedings of 14-th International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET*12). Ukraine. Kyiv. 2012. 492–495. doi.org/10.1109/MMET.2012.6331195 (eng).

Amari S., Bornemann J., Vahldieck R. Application of a coupled-integral-equations technique to ridged wave-guides, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1996. vol. 44. no. 12. 2256–2264. doi.org/10.1109/22.556454 (eng).

Tascone R., Savi P., Trinchenko D., Orta R., Scattering matrix approach for the design of microwave filter, IEEE Transactions on Microwave Theory and Technique. 2000. vol. 48. no.3. 423–430. doi.org/10.1109/22.826842 (eng).

Amari S., Synthesis of cross-coupled resonator filters using an analytical gradient-based optimization technique, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2000. vol. 48. no. 9. 1559–1564. doi.org/10.1109/22.869008 (eng).

Sanchez J.R., Bachiller C., Julia M., Nova B., Esteban H., Boria V. E., Microwave filter based on substrate integrated waveguide with alternating dielectric line sections, IEEE Microwave and Wireless Components Letters. – 2018. – Vol. 28, no. 11. – pp. 990–992. doi.org/10.1109/LMWC.2018.2871644 (eng).

Омельяненко М.Ю., Романенко Т.В. Волноводно-планарные полосо-пропускающие фильтры с широкой полосой заграждения, Вісник НТУУ «КПІ» Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування. – 2020. – Vol. 80. – pp. 5-13. doi.org/10.20535/RADAP.2020.80.5-13.

Zheng S.Y., Chan W.S., Man K.F., Broadband phase shifter using loaded transmission line, IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2010. vol. 20. no.9. 498–500. doi.org/10.1109/LMWC.2010.2050868 (eng).

Lyu Y.-P., Zhu L., Cheng C.-H., Proposal and synthesis design of differential phase shifters with filtering func-tion, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2017. vol. 65. no. 8. 2906–2917. doi.org/10.1109/TMTT.2017.2673819 (eng).

Tikhov Y., Comparison of two kinds of Ka-band circular polarisers for use in a gyro-travelling wave amplifi-er, IET Microwaves Antennas and Propagation. 2016. vol. 10. no. 2. 147-151. doi.org/10.1049/IET-MAP.2015.0292 (eng).

Piltyay S.I., High performance extended C-band 3.4-4.8 GHz dual circular polarization feed system, XI IEEE International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT). Ukraine. Kyiv 2017. 284-287. doi.org/10.1109/ICATT.2017.7972644 (eng).

Pollak A.W., Jones M.E., A compact quad-ridge orthogonal mode transducer with wide operational bandwidth IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2018. vol. 17. no. 3. 422–425. doi.org/10.1109/LAWP.2018.2793465 (eng).

Agnihotri I., Sharma S.K., Design of a compact 3D metal printed Ka-band waveguide polarizer, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2019. vol. 18. no. 12. 2726-2730. doi.org/10.1109/LAWP.2019.2950312 (eng).

Mishra G., Sharma S.K., Chieh J.-C., A circular polarized feed horn with inbuilt polarizer for offset reflector antenna for W-band CubeSat applications, IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. vol. 67. no. 3. 1904-1909. doi.org/10.1109/TAP.2018.2886704 (eng).

Deutschmann B., A.F. Jacob, Broadband septum polarizer with triangular common port, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2020. vol. 68. no. 2. 693-700. doi.org/10.1109/TMTT.2019.2951138 (eng).

Dubrovka F.F., Piltyay S.I., Dubrovka R.R., Lytvyn M.M., Lytvyn S.M., Optimum septum polarizer design for various fractional bandwidths, Radioelectron. Commun. Syst. 2020. vol. 63. no. 1. 15–23. doi.org/10.3103/І07352720010021 (eng).

Collin R.E. Fondations for microwave engineering. New Jersey: John Wiley and Sons, 2001, 945p.

Marcuvitz N. Waveguide handbook, USA, Short Run Press Ltd., 1986, 446p.


Повний текст: PDF

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


E-ISSN 2310-5461, ISSN 2075-0781

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License.

Ulrich's Periodicals DirectoryIndex CopernicusDOAJSSMРИНЦWorldCatCASBASEDRIVERНаціональна бібліотека ім. ВернадськогоНауково-технічна бібліотека НАУ