Широкосмуговий ортомодовий перетворювач на основі двореберного переходу для двополяризаційних супутникових антен
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2025.100.%25pКлючові слова:
електромагнітні хвилі, мікрохвильова техніка, ортомодовий перетворювач, поляризація, супутникові системиАнотація
Виконано розробку широкосмугового ортомодового перетворювача для двополяризаційних супутникових антен і здійснено оптимізацію характеристик пристрою при поширенні в ньому основних електромагнітних хвиль. Структура перетворювача базується на дворебеному хвилевідному переході, який дозволяє отримати високий рівень розділення робочих електромагнітних хвиль із перпендикулярними лінійними поляризаціями. Створено комп’ютерні тривимірні моделі хвилевідних компонентів і повної структури ортомодового перетворювача для адекватного та достатньо точного описання фізичних хвильових процесів, що виникають при поширенні електромагнітних хвиль в розробленому пристрої. Крім двореберного переходу структура перетворювача включає декілька видів поворотів хвилеводів у Е-площині, ступінчастий хвилевідний перехід із трьох секцій, а також хвилевідний трійник у Е-площині. За допомогою розроблених моделей виконано параметричну оптимізацію геометричних розмірів окремих хвилевідних компонентів та повної структури ортомодового перетворювача для забезпечення в робочому діапазоні частот 10,7–12,8 ГГц якісного узгодження та ефективної розв’язки портів із перпендикулярними лінійними поляризаціями. Моделювання характеристик виконано за допомогою методу скінченних елементів у частотній області. Для здійснення параметричної оптимізації характеристик використано метод довірчих інтервалів. У результаті отримано ефективне узгодження хвилевідної структури ортомодового перетворювача із розрахованими значеннями коефіцієнтів відбиття менше −29 дБ для обох лінійних поляризацій у всьому робочому діапазоні частот 10,7–12,8~ГГц. Результати комп’ютерного моделювання показують, що розв’язка портів розробленого пристрою потенційно може сягати 70 дБ. Розраховані загальні втрати не перевищують 0,08 дБ при виготовленні конструкції зі сталі. Широкосмуговий ортомодовий перетворювач на основі двореберного переходу може бути використаний у сучасних антенних системах для наземних і супутникових телекомунікацій, а також у радіолокації.
Посилання
References
1. Stutzman W. L. (2018). Polarization in electromagnetic systems. Artech Hous, Norwood, 256 p.
2. Dubrovka F. F., et al. (2023). Ultrawideband Compact Lightweight Biconical Antenna With Capability of Various Polarizations Reception for Modern UAV Applications. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 71, Iss. 4, pp. 2922–2929. DOI:10.1109/TAP.2023.3247145.
3. Stutzman W. L., Thiele G. A. (2013). Antenna Theory and Design. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 820 p.
4. Milligan T. A. (2005). Modern Antenna Design. Hoboken, New Jersey, John Wiley and Sons, 567 p.
5. Ren Q., Eriksson O., Thalya P., Elezovic R., Bencivenni C., Hasselblad M. (2024). An Automotive Polarimetric Radar Sensor With Circular Polarization Based on Gapwaveguide Technology. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 72, Iss. 6, pp. 3759–3771. DOI:10.1109/TMTT.2023.3329246.
6. Piltyay S., Bulashenko A., Shuliak V. (2022). Development and optimization of microwave guide polarizers using equivalent network method. Journal of Electromagnetic Waves and Application, Vol. 36, Iss. 5, pp. 682-705. DOI:10.1080/09205071.2021.1980913.
7. Gao S., Luo Q., Zhu F. (2014). Circularly Polarized Antennas. John Wiley & Sons, 307 p. DOI:10.1002/9781118790526.
8. Al-Amoodi K., et al. (2024). A Compact, Circularly-Polarized, Substrate-Integrated Waveguide, Millimeter-Wave Beamstering System for 5G Mobile Terminals. IEEE Open Journal of Antennas and Propagation,Vol. 5, Iss. 1, pp. 46–57. DOI:10.1109/OJAP.2023.3333900.
9. Bulashenko A., et al. (2022). FDTD and wave matrix simulation of adjustable DBS-band waveguide polarizer. Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Vol. 36, Iss. 6, pp. 875-891. DOI:10.1080/09205071.2021.1995897.
10. Virone G., et al. (2008). Combined-Phase-Shift Waveguide Polarizers. IEEE Microwave and Wireless Compon. Letters, Vol. 18, Iss. 8, pp. 509–511. DOI:10.1109/LMWC.2008.2001005.
11. Tribak A., et al. (2009). Ultra-broadband low axial ratio corrugated quad-ridge polarizer. European Microwave Conference (EuMC), pp. 73–76. DOI:10.1080/EUMC.2009.5295927.
12. Güvenç M., Şişman I. and Ergin A. A. (2023). Design and Optimization of a Wide-Band Quad-Ridged Polarizer for Satellite Communications. 2023 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting (USNC-URSI), pp. 1477-1478. doi:10.1109/USNC-URSI52151.2023.10237410.
13. Anderson J. P., Doane J., Grunloh H., Brookman M., Su D. (2019). Wideband polarizers, switches and waveguide for overmoded corrugated transmission lines. Fusion Engineering and Design, Vol. 146, Part A, pp. 46-49. DOI:10.1016/j.fusengdes.2018.11.023.
14. Polo-Lopez L., Masa-Campos J. L., Ruiz-Cruz J. A. (2017). Design of a reconfigurable rectangular waveguide phase shifter with metallic posts. European Microwave Conference, pp. 1089-1092. DOI:10.23919/EuMC.2017.8231036.
15. Mediavilla A., Cano J. L., Cepero K. (2012). Quasi-octave bandwidth phase matched K/Ka antenna feed subsystem for dual RHCP/LHCP polarization. European Microwave Conference (EuMC), pp. 719–722. DOI:10.23919/EuMC.2012.6459338.
16. Güvenç M., Şişman I. and Ergin A. A. (2023). Design, Optimization and Fabrication of a X-Band Septum Polarizer for Satellite Communication. 2023 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting (USNC-URSI), pp. 1347-1348, doi: 10.1109/USNC-URSI52151.2023.10237446.
17. Bray M. (2016). Dual X/Ka-band corrugated feed horn for deep space telecommunications. IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (APSURSI), pp. 1549-1550. DOI: 10.1109/APS.2016.7696481.
18. Deutschmann B., Jacob A. F. (2020). Broadband Septum Polarizer With Triangular Common Port. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 68, Iss. 2, pp. 693–700. DOI: 10.1109/TMTT.2019.2951138.
19. Piltyay S. (2021). Square Waveguide Polarizer with Diagonally Located Irises for Ka-Band Antenna Systems. Advanced Electromagnetics, Vol. 10, Iss. 3, pp. 31-38. DOI: 10.7716/aem.v10i3.1780.
20. H. Jiang et al. (2022). Novel Double-Ridged Waveguide Orthomode Trancducer for mm-Wave Application. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 32, Iss. 1, pp. 5-8. DOI:10.1109/LMWC.2021.3115163.
21. Zhang P., Qi J., Qiu J. (2017). Wideband turnstile junction coaxial waveguide orthomode transducer. International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, Vol. 27, Iss. 5, e21093. DOI:10.1002/MMCE.21093.
22. Coutts G. M. (2011). Wideband Diagonal Quadruple-Ridge Orthomode Transducer for Circular Polarization Detection. IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol. 59, Iss. 6, pp. 1902–1909. DOI:10.1109/TAP.2011.2122219.
23. Ruiz-Cruz J. A. et al. (2018). Orthomode Transducers With Folded Double-Symmetry Junctions for Broadband and Compact Antenna Feeds. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 66, Iss. 3, pp. 1160–1168. DOI:10.1109/TAP.2018.2794364.
24. Reck T. J., Chattopadhyay G. (2013). A 600 GHz Asymmetrical Orthogonal Mode Transducer. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 23, Iss. 11, pp. 569–571. DOI:10.1109/LMWC.2013.2280642.
25. Gonzalez A., Asayama S. (2018). Double-Ridged Waveguide Orthomode Transducer (OMT) for the 67–116-GHz Band. Journal of Infrared Millimeter and Terahertz Waves, Vol. 39, pp. 723–737. DOI:10.1007/s10762-018-0503-5.
26. Menargues E. et al. (2018). Four-Port Broadband Orthomode Transducer Enabling Arbitrary Interelement Spacing. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 66, Iss. 12, pp. 5521–5530. DOI:10.1109/TMTT.2018.2878208.
27. Abdelaal M. A. et al. (2018). Compact Full Band OMT Based on Dual-Mode Double-Ridge Waveguide. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 66, Iss. 6, pp. 2767–2774. DOI:10.1109/TMTT.2018.2825402.
28. Koziel S., Pietrenko-Dabrowska A. (2019). An Efficient Trust-Region Algorithm for Wideband Antenna Optimization. 2019 13th European Conference on antennas and propagation (EuCAP), pp. 1-5.
29. C. Roy and K. Wu (2024). A Review of Electromagnetic-Based Microwave Circuit Design Optimization. IEEE Microwave Magazine, Vol. 25, Iss. 7, pp. 16–40. DOI:10.1109/MMM.2024.3387036.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 С. І. Пільтяй , А. В. Булашенко
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
