1.3.7. Перетворювачі поляризації (поляризатори)

У ряді хвилевідних трактів ТКС виникає необхідність перетворення одного виду поляризації ЕМХ в інший, наприклад, лінійної поляризації в кругову і навпаки. Крім того, для збільшення об'єму інформації, що передається, в системах космічного зв'язку і супутникового мовлення зазвичай використовують ЕМХ з круговою поляризацією вектора Е, причому одночасно застосовують сигнали як з лівою поляризацією, так і з правою.

Розглянемо декілька класичних конструкцій взаємних перетворювачів лінійної поляризації в кругову.

Перетворювач поляризації на основі переходу від стандартного прямокутного хвилеводу до квадратного.

У цих перетворювачах поляризації за рахунок спеціальних скосів здійснюється розкладання структури поля основної хвилі Н₁₀ прямокутного хвилеводу на дві ортогональні і з рівними амплітудами структури поля Н₁₀ і Н₀₁ квадратного (рис.1.38)

Ц

Рис. 1.38

і хвилі мають різні фазові швидкості і підбором довжини квадратного хвилеводу (фазуючої секції) забезпечують зсув по фазі між ними 90^о , тим самим виконуючи всі три умови для створення кругової (еліптичної) поляризації. Розглянутий пристрій взаємний, тобто, якщо на вихід фазуючої секції подати ЕМХ з круговою поляризацією, то вона на вході пристрою перетвориться в лінійну.

Поляризатор на основі відрізку круглого хвилеводу з діелектричною пластиною.

Хвилевідні тракти систем космічного зв'язку, в яких поширюються хвилі з обома напрямами обертання вектора Е, будуються, як правило, на круглому хвилеводі з хвилею Н₁₁ і містять ряд пристроїв для управління поляризацією цієї хвилі. Одним з базових елементів поляризаційних пристроїв є поляризатор – пристрій для повороту плоскості поляризації лінійно поляризованого вектора Е хвилі Н₁₁ в круглому хвилеводі або для перетворення в круглому хвилеводі хвилі Н₁₁ з лінійною поляризацією вектора Е в хвилю Н₁₁, в якої на осі хвилеводу вектор Е має кругову поляризацію, і назад. Конструкція поляризатора складається з відрізку круглого хвилеводу, в якому знаходиться тонка

діелектрична пластина із скосами, що погоджують (рис.1.39). Нехай по хвилеводу поширюється хвиля Н₁₁ з лінійною поляризацією вектора Е, орієнтованого в центрі

п оперечного розрізу круглого хвилеводу під деяким кутом до пластини (рис. 1.39). При цьому її вектор Е, як і в попередньому перетворювачі, розкладається на дві ортогональні складові Е₁ і Е₂ , але в загальному випадку з різними амплітудами, одна з яких перпендикулярна площині пластини (рис.1.39), а інша паралельна. Як

Рис. 1.39 і в діелектричних фазообертачах відмінності в поширенні цих ортогональних складових можна пояснити за допомогою поняття ефективної діелектричної проникності _еф. Для хвилі Н₁₁ з вектором Е у центрі хвилеводу, що співпадає з Е₁ , значення тобто її фазова швидкість дорівнює швидкості хвилі Н₁₁ у хвилеводі з повітряним заповненням. Для хвилі Н₁₁ з вектором Е у центрі хвилеводу, що співпадає з Е₂ , значення тобто її фазова швидкість буде менше швидкості хвилі Н₁₁ у хвилеводі з повітряним заповненням. Отже, на виході поляризатора фази векторів Е₁ и Е₂

будуть відрізнятися на При цьому в загальному випадку вектор Е сумарної хвилі Н₁₁ має еліптичну поляризацію. Величина залежить від діелектрика та від товщини і довжини пластини.

Даний пристрій широко застосовується в якості:

1. перетворювача поляризації (лінійної в кругову і навпаки);

2. взаємного обертача площини поляризації.

У першому випадку перетворення лінійної поляризації в кругову відбувається завдяки розміщенню діелектричної пластини під кутом 45^о (рівність амплітуд) по відношенню до структури поля його основної хвилі Н₁₁ і виконанню умови , де і - відповідно коефіцієнти фаз двох ортогональних складових Е₁ и Е₂. Такий пристрій називають ще - поляризатором. Тобто, при виконанні цих двох умов в разі надходження на вхід пластини хвилі Н₁₁ з лінійною поляризацією на її виході буде хвиля

Н₁₁, вектор Е якої на осі хвилеводу має відповідно ліву або праву кругову поляризацію. Аналогічно, якщо на вхід перетворювача поступає хвиля Н₁₁, вектор Е якої на осі хвилеводу має ліву або праву кругову поляризацію, то на виході буде хвиля Н₁₁, вектор Е якої на осі хвилеводу орієнтований під кутом 45^о до пластини в тій або іншій ортогональній площині.

У разі використання пристрою у якості взаємного обертача площини поляризації (рис. 1.40) необхідно підібрати параметри діелектричної пластини так, щоб виконувалася умова

б)

а)

Рис.. 1.40

Його ще називають - поляризатором. Якщо на його вхід надходить хвиля Н₁₁, вектор Е якої на осі хвилеводу лінійно поляризований (рис. 1.40.а), то на виході поляризатора буде хвиля Н₁₁, вектор Е якої на осі хвилеводу повернеться відносно вхідного на кут 2 за годинниковою стрілкою, якщо дивитися уздовж напряму поширення хвилі (рис. 1.40.б). Повертаючи діелектричну пластину навколо осі хвилеводу, тобто змінюючи кут від 0 до можна повертати площину поляризації хвилі Н₁₁ на виході на кут від 0 до по відношенню до площини поляризації хвилі на вході.