Research of polarization properties of antenna based on magnetized gyromagnetic resonator with different volume resonators

Abstract


In the article is inspected the antenna on the basis of magnetized gyromagnetic resonator (GR). Antenna consists of the feeder line, the magnetizing coil, volumetric disk resonator and spherical gyromagnetic resonator (YIG). Magnetized gyromagnetic resonator is excited through the feeder line microwave field and then, in turn, excites the volume resonator (RR), which radiates into the space of the electromagnetic field of a rotating polarization. Moreover, the coefficient of ellipticity of the radiation field is close to unity in the radiation direction. This emitter has a number of unique properties, which are provided by magnetized GR: radiation field circular polarization; electric switching on-Board rotation, high frequency selectivity and the magnetic reconstruction of the Central frequency radiation-treatment. The direction of rotation of the vector field is due to the switching of the current in the electromagnetic-Nita. The shift of the Central frequency of the radiation can be produced by changing the current in padminidevi-ing the spool of wire. In the axial direction, the coefficient of ellipticity of the radiation field is close to the unit-n. Experimental measurements of antenna parameters are on the basis of magnetized GR. In the article the analysis of characteristics of the antenna on the gyromagnetic resonator with different types of open volume roadways resonators are studied. We investigated the ER with a metal disk on the basis of dielectric and ferrite substrate, a ring radiator on a ferrite substrate and the PR type «glass». Antenna with some types of EOS provides a higher gain (RR type «glass»), others close to one of the coefficients are consistent with a person of the ellipticity (disk OR on a ferrite substrate). In more detail, polarization characteristics of the antenna are important for the creation of the probes and modulators of the ellipticity of the radiation. The curves of the dependence of the ellipticity coefficient in space and formulae for calculation of the characteristics of antennas based magnetized GR. The calculated and experimental data is close enough match.

Full Text

На основе подмагниченного гиромагнитного резонатора (ГР) возможно создание управляемых частотно-независимых СВЧ-антенн [1]. Несмотря на то, что ГР в таких антеннах является промежуточным звеном между возбуждающим СВЧ полем и открытым резонатором (ОР), основные свойства таких излучателей определяются подмагниченным ГР, а именно: создание вращающегося поля с эллиптической (а в осевом направлении с круговой) поляризацией; электрическая коммутация направления вращения поля; высокая частотная избирательность; магнитная перестройка частоты поля излучения. Наиболее компактная конструкция излучателя на основе ГР показана на рис. 1. Принцип действия излучателей на основе подмагниченного ГР основан на следующих физических процессах: возбуждение полем фидерной линии процессии намагниченности сферического ГР; возбуждение в открытом резонаторе колебания квази-Е110 типа с вращающейся поляризацией через боковую поверхность ОР; излучение ОР во внешнее пространство электромагнитного поля с вращающейся поляризацией через боковую поверхность ОР. Математическая модель для расчета поля излучения в дальней зоне в цилиндрической системе (ρ, , z) координат представляет собой кольцо магнитного тока по боковой кромке ОР с плотностью где h - высота ОР; а - радиус ОР; δ - дельта функция Дирака; Ф() = . Магнитный ток через электрическое поле по кромке ОР, находится по формуле [1-2] . Рис. 1. Антенна на основе подмагниченного ГР: 1 - экран; 2 - ГР; 3 - стальной диск; 4 - плоский диэлектрический цилиндрический резонатор; 6 - магнитопровод; 7 - вкладыш из магнитодиэлектрика; 8 - подмагничивающая катушка с проводом Исходным уравнением для нахождения поля излучения является уравнение Гельмгольца для магнитного потенциала: где - волновое число в вакууме. Решением уравнения Гельмгольца является следующее выражение (1) выражения для составляющих электрического поля, найденные по формуле (1), найденные в сферической системе координат (r, θ, ) [1-2], записываются в виде: (2) откуда амплитудную характеристику диаграммы направленности можно представить следующей формулой: (3) В формуле (3) введены следующие обозначения:, F(θ,) - амплитудная диаграмма направленности; w = ka sin θ ; - функция Бесселя первого рода, первого порядка. Диаграмма направленности антенны, рассчитанная по формуле (3) в пространстве имеет вид, показанный на рис. 2. Рис. 2. Объемный вид амплитудной характеристики направленности Из рис. 2 видно, что в азимутальной плоскости (по), диаграмма направленности представляет круг и поэтому интересно распределение поля излучения по координате θ. Предлагаемая антенна имеет большой интерес с точки зрения поляризационных характеристик, которые описываются нормированным вектором поляризации или векторной поляризационной характеристикой : где и поперечные составляющие вектора поляризации в дальней зоне. Рис. 3. Экспериментальная поляризационная характеристика антенны на основе ГР Эллипс поляризации, измеренный в дальней зоне, на конструкции антенны, изображенной на рис. 1, показан на рис. 3. Составляющие вектора поляризации находятся по следующим формулам: Здесь введен коэффициент эллиптичности: , подставляя значения составляющих электрического поля по формулам (2), получим Рис. 4. Зависимость модуля коэффициента χ от угла наблюдения θ Зависимость модуля коэффициента эллиптичности от угла наблюдения θ в радианах представлена на рис. 4. На рис. 5 показано, как меняется коэффициент эллиптичности в пространстве от точки приема сигнала. Рис. 5. Изменения эллипса излучения от угла наблюдения Были проведены экспериментальные измерения параметров излучения (в том числе, коэффициента эллиптичности) для антенны на основе подмагниченного ГР с различными типами ОР. Типы исследуемых ОР, показаны на рис. 6. Рис. 6. Исследуемые типы ОР: а) ОР с диэлектрическим основанием и плоским металлическим диском; б) ОР с ферритовым основанием и плоским металлическим диском; в) ОР с ферритовым основанием и плоским круглым металлическим кольцом; г) ОР с диэлектрическим основанием и металлическим излучателем типа «стакан» Схема измерения характеристик излучателя приведена на рис. 7. Коэффициент усиления измерялся абсолютным методом на основе рупорной антенны (с известным коэффициентом усиления) [2]. Погрешность измерений не превышает 5%. Измерения показали следующие характеристики для излучателей с ОР, показанных на рис. 6а;б - коэффициент усиления 1,6…1,8; КПД 0,5…0,6; коэффициент эллиптичности 0,8…0,9; полоса магнитной перестройки центральной частоты излучения а) 250…270 МГц, б) 350…400 МГц; в) - коэффициент усиления 1,4…1,6; КПД 0,7…0,8; коэффициент эллиптичности 0,9…0,95; полоса магнитной перестройки центральной частоты излучения 550…500 МГц; г) - коэффициент усиления 2,4…2,6; КПД 0,7…0,8; коэффициент эллиптичности 0,75…0,8; полоса магнитной перестройки центральной частоты излучения 200…250 МГц. Рис. 7. Блок-схема измерения характеристик антенны: 1 - генератор СВЧ (Г4-83); 2-короткозамкнутый прямоугольный волновод; 3- ГР в запредельном круглом отверстии волновода; 5 - магнит; 5 - изучаемый ОР; 6 0 приемная рупорная антенна с детекторной головкой и поворотным устройством; 7 - измерительный усилитель У2-8 Таким образом, несмотря на определяющую роль ГР в формировании излучения рассматриваемых антенн, подбором определенного типа ОР можно в широких пределах варьировать параметры излучения антенн на основе подмагниченного ГР. Поляризационные характеристики излучателей на основе ГР можно использовать для создания измерителей коэффициента поляризации и направления вращения векторов поля, а также, помещая сбоку ОР переменное магнитное поле, можно модулировать коэффициент эллиптичности поля излучения.

About the authors

Alexander Anatolievich Soldatov

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics


Leonid Didimovich Lozhkin

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: leon.lozhkin@yandex.ru

References

  1. Полухин Ю.Н, Солдатов А.А. Поле излучения антенны на гиромагнитном резонаторе и открытом резонаторе с диэлектрическим основанием // Гиромагнитная электроника и электродинамика. Тез. докладов XVI Всесоюзного семинара. Куйбышев. 1990. - С. 85-86.
  2. Солдатов А.А. Рупорная коническая антенна с подмагниченным гиромагнитным резонатором // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. Т.4, №9, 2006. - С. 70-72.

Statistics

Views

Abstract - 12

PDF (Russian) - 1

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

Copyright (c) 2015 Soldatov A.A., Lozhkin L.D.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies