Three-Stepped Septum Waveguide Polarizer in the Operating Frequency Band 7.7-8.1 GHz

Abstract

У цій статті ми запропонували нову конструкцію хвилеводного поляризатора з металевою пластиною. Ця пластина зроблена у формі трьох сходинок. Поляризатор із пластиною був спроектований для роботи в діапазоні частот 7.7-8.1 ГГц. Кожна сходинка пластини такого пристрою має свою висоту та товщину. Для кращого узгодження необхідно щоб перша сходинка від квадратного порту була найнижчою і найтоншою, а остання високою та товстою. Для простоти виготовлення було обрано хвилевід із квадратним перетином. Базові електромагнітні характеристики розробленого хвилеводного пристрою перетворення поляризації були оптимізовані за допомогою комерційного програмного забезпечення. У програмі моделювання був застосований добре відомий електродинамічний метод кінцевих областей у частотної області. Запропонований метод розробки також дозволяє оптимізувати геометричні розміри всього хвилеводного поляризатора на основі металевої пластини у вигляді трьох сходинок. Отримані розміри поляризатора з пластинами забезпечуватимуть оптимальні фазові характеристики, характеристики узгодження, характеристики поляризації, характеристику розв'язки між портами пристрою. Метод дозволяє отримати такі розміри: висоту стінки квадратного хвилеводу, висоту трьох різних сходинок пластини, відстань між сходинками пластини. Таким чином, хвилеводний поляризатор з пластиною здатний підтримувати в робочій смузі частот 7,7-8,1 ГГц такі значення електромагнітних характеристик. Диференціальний фазовий зсув може змінюватися в межах 90±0,86º. Максимальне значення коефіцієнта стійної хвилі за напругою становить 1.044 для вертикальної та горизонтальної поляризацій. Максимальне значення коефіцієнта еліптичності розробленого пристрою становить 0,13 дБ. Максимальне значення кросполяризаційної розв'язки пристрою обробки поляризації становить – 42 дБ. Розв'язка між першим і другим портами триступінчастого поляризатора з пластинами не перевищує – 39 дБ. Таким чином, представлений поляризатор може застосовуватися в сучасних супутникових і радіолокаційних системах.

In this article, we have proposed a new design for a waveguide polarizer with a metal plate. The plate has the shape of three steps. The septum polarizer has been designed to operate in the frequency band 7.7- 8.1 GHz. Each step of the plate of such a device has its own height and thickness. It is necessary that the first step from the square port is the lowest and thinnest and the last one is the highest and thickest for better matching. The waveguide with a square cross section was chosen for simplicity of production. The basic electromagnetic characteristics of the developed waveguide polarization conversion device were optimized using commercial software. The well-known finite-domain electrodynamic method in the frequency domain was applied in the simulation program. The proposed development method also allows one to optimize the geometric dimensions of the entire waveguide polarizer based on a three-stepped metal plate. The obtained dimensions of the polarizer with the plates will provide the optimal phase characteristics, matching characteristics, polarization characteristics and isolation characteristics between the device ports. The method allows one to obtain the following dimensions: the height of the wall of a square waveguide, the height of three different steps of the plate, the distance between the steps of the plate. Accordingly, the waveguide septum polarizer is capable of cutting the following values of the electromagnetic characteristics in the operating frequency band 7.7-8.1 GHz. Differential phase shift can vary by 90º±0.86º. The maximum voltage standing wave ratio does is 1.044 for vertical and horizontal polarizations. The maximum value of the axial radio of the developed device is 0.13 dB. The maximum crosspolar discrimination of the polarization device is – 42 dB. The isolation between the first and second ports of a three-step polarizer with plates does not exceed – 39 dB. In this way the presented polarizer can be used in modern satellites and radar systems.