CC BY
38УДК 621.37
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В АНТЕННО-ФИДЕРНОМ ТРАКТЕ
Ю. В. Крылов, А. Ю. Лапин
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Использование частотно-селективной поверхности позволяет выполнять роль фильтрующего устройства в антенно-фидерном тракте. Показана возможность применения фильтрующего устройства с частотно-селективной поверхностью при различных функциях работы антенно-фидерного тракта. Выявлены преимущества использования конструкции данных частотно-селективных устройств в системах спутниковой связи.
Ключевые слова: антенно-фидерный тракт, частотно-селективная поверхность, резонансная структура, волноводный фильтр.
THE USE OF FREQUENCY-SELECTIVE SURFACES IN THE ANTENNA FEEDER TRANSMISSION LINE
Y. V. Krylov, A. Y. Lapin
JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The use of frequency-selective surface allows to play the role of filtering devices in the antenna feeder transmission line. The possibility of using a filter device with a frequency-selective surface for various functions of the antenna-feeder system is presented. The advantages of using the design of these frequency-selective devices in satellite communication systems are founded.
Keywords: antenna feeder transmission line, frequency-selective surface, the resonance structure, waveguide filter.
Селективные устройства в антенно-фидерном тракте находят широкое применение в облучающих системах зеркальных антенн, глобальных рупорных антенн и т. д. и предназначаются для селекции прие-мо-передающих сигналов, а также их поляризационных составляющих. Существуют различные способы построения селекции сигналов. Одни из них представляют собой продольные конусы или переходы между волноводами круглой или квадратной формы к прямоугольному волноводу стандартного сечения, выделяющему сигнал с одной из поляризаций [1]. Также существует переход, предназначенный для расщепления двух ортогональных мод с помощью четырехкратной симметрии [2]. В таких селекторах для разделения сигналов ни септум-перегородок, ни штырей не требуется. У всех подобных способов существует один общий недостаток устройства, входящие в состав антенно-фидерного тракта, либо селектор, либо фильтр, выполняющие роль селекции сигналов, имеют в большинстве своем большую массу и габариты. В спутниковых системах связи зачастую именно этот фактор играет решающую роль в выборе конструкции тех или иных антенно-фидерных устройств ввиду ограниченности в массе и возможности компоновки полезной нагрузки на космическом аппарате.
Наиболее распространенные схемы селекции прие-мо-передающих сигналов на примере рупорной антенны можно проследить на рис. 1. На рис. 1, а селекция сигналов обеспечивается с помощью селектора, делящего сигнал надвое, и последующих волноводных фильтров, которые выделяют рабочие полосы частот, соответствующие приему/ передаче в каждом канале. На рис. 1, б представлен второй способ разделения сигналов, где сразу после рупора расположен селектор, отделяющий полосу частот приемного сигнала. За селектором располагается фильтр, который отфильтровывает частоты приемного сигнала, таким образом, на выходе фильтра обеспечивается передающий сигнал.
Для миниатюризации рассматриваемых схем предлагается использовать вместо волноводных фильтров вставки из диафрагм, использующих частотно-селективные поверхности (ЧСП). В качестве фильтра в волноводе стандартного прямоугольного сечения возможно использование диафрагм с резонансной структурой сложной формы, нанесенной на тонкий слой диэлектрика [3]. Для квадратного или круглого волноводов также предлагается применить вставки из диафрагм с одно- или несколькосегмент-ной ЧСП в зависимости от рабочей полосы частот и требуемого внеполосного затухания [4]. На рис. 2 изображены возможные варианты использования
Системы управления, космическая навигация и связь
фильтрующих устройств на основе ЧСП в частотно-селективных устройствах в антенно-фидерном тракте. На рис. 2, а представлен один из возможных вариантов использования диафрагм с ЧСП по схеме, представленной на рис. 1, а, на рис. 2, б - соответственно для схемы, изображенной на рис. 1, б.
Таким образом, для уменьшения массогабаритных показателей антенно-фидерного тракта, входящего в состав облучающей системы, использующейся в системах спутниковой связи, целесообразно использовать селективные, фильтрующие устройства на основе вставок диафрагм с ЧСП в волноводный тракт.
а б
Рис. 1. Схемы селекции приемо-передающих сигналов: а - схема антенно-фидерного тракта с двумя фильтрами прямоугольного сечения волновода; б - схема антенно-фидерного тракта с одним фильтром круглого или квадратного сечения волновода
Рупор
Резонансная структура диафрагмы
г прм
Диафрагмы
Резонансная структура диафрагмы
Диафрагма Поляризатор б
Рис. 2. Примеры использования фильтров с ЧСП: а - антенно-фидерный тракт с двумя фильтрами прямоугольного сечения волновода; б - антенно-фидерный тракт с одним фильтром квадратного сечения волновода
а
References
1. Gordon M. Coutts: Wideband diagonal quadruple-ridge orthomode transducer for circular polarization detection. IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. 59, no. 6, june 2011.
2. Nelson J. G. Fonseca and Peter Rinous: Compact orthomode power divider for high-efficiency dualpolarisation rectangular horn antennas. Antenna and Sub-Millimetre Wave Section, European Space Agency, Noordwijk, The Netherlands, 2009.
3. Masataka Ohira, Hiroyuki Deguchi, Mikio Tsuji, and Hiroshi Shigesawa: novel waveguide filters with mul-
tiple attenuation poles using dual-behavior resonance of frequency-selective surfaces. IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol. 53, no. 11, november 2005.
4. Agostino Monorchio, Giuliano Manara, Umberto Serra, Giovanni Marola, and Enrico Pagana: design of waveguide filters by using genetically optimized frequency selective surfaces. IEEE Microwave and wireless components letters, vol. 15, no. 6, june 2005.
© Крылов Ю. В., Лапин А. Ю., 2014
УДК 621.37
ВОЛНОВОДНЫЕ ФИЛЬТРЫ НА ОСНОВЕ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
А. Ю. Лапин, Ю. В. Крылов
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Показана возможность применения частотно-селективной поверхности в волноводных фильтрах. Конструкция фильтра состоит из частотно-селективной поверхности, размещенной в поперечной плоскости прямоугольного волновода, таким образом, обеспечивается фильтрация принимаемого сигнала. Данная конструкция фильтра позволяет использовать ее в системах спутниковой связи.
Ключевые слова: волноводный фильтр, частотно-селективная поверхность, резонансная структура.
WAVEGUIDE FILTERS BASED ON A FREQUENCY-SELECTIVE SURFACE
A. Y. Lapin, Y. V. Krylov
JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The possibility of application offrequency-selective surfaces in waveguide filters is shown. The filter design consists of a frequency selective surface located in a transverse plane of the rectangular waveguide so as to protect the filtering of the received signal. This filter design allows its use in satellite communication systems.
Keywords: waveguide filter, frequency-selective surface, the resonance structure.
В настоящее время широко распространено использование волноводных фильтров в антенно-фидерных трактах антенн спутниковой связи. С развитием спутниковых систем связи появляются все более жесткие требования к электрическим параметрам фильтров: потерям в полосе пропускания, уровню заграждения в области подавления и массогабаритным показателям. Поэтому нашли применение фильтры различных конструкций, что обусловлено диапазоном рабочих частот, электрическими и конструктивными требованиями.
На сегодняшний день известны фильтры с асимметричными диафрагмами между объемными резонаторами [1], такие фильтры с использованием объемных резонаторов имеют относительно большие размеры и массу. Однако резонансные структуры могут быть использованы в качестве резонаторов для более
компактных и легких фильтров. Этот тип фильтров состоит из тонких резонансных диафрагм четвертьволновых волноводных секций. Например, у фильтра с резонансной диафрагмой улучшилось внеполосное подавление [2], кроме того, щелевая диафрагма была исследована в виде поперечных сечений для полосового фильтра [3]. Тем не менее такой полосовой фильтр, использующий только диафрагмы, не обеспечивает подавления кратных резонансов, возникающих в полосах заграждения по обе стороны от полосы пропускания. Таким образом, появился новый тип резонатора, имеющий оригинальную резонансную структуру, которая представляет собой частотно-селективную поверхность (ЧСП) [4].
На рис. 1 представлен пример возможности использования частотно-селективной резонансной
