Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Поляризация радиоизлучения несет інформанте об источниках радиоволн, отражаюиціх поверхностях и среде іаспространегаїя. Исследования и измерения поляризации актуальны для. >адиоэллипсометрии, физики плазмы, радиосвязи, радиолокации, адиоастрономии. Полный поляризациошшй анализ основан на разложении волны на элементарные базовые составляющие. В качестве базовых аще всего используются ортогонально поляризованные компоненты с инейной или круговой поляризацией. Для разложения на ортогонально :оляризованные компоненты используют различные физические ринципы: отражение, двойное лучепреломление, дихроизм. При этом азложение может осуществляться в оптических (например, на вулучепреломлягощих кристаллах ), квазиоптических (на базе верхразмерных металлодиэлектрических волноводов с анизотропными ешетками) и волноводных системах. Методика разложения на ортогонально поляризованные составляющие
волноводных системах определяется требуемым качеством разложения, абочим диапазоном частот, областью применения, типом решаемых задач
т.д. Разложение возможно осуществить, если выбрать систему приемных цементов, реагирующих только на одну ортогональную поляризацию и гаорирующих другую, либо, если создать условия, благоприятные для аздельного распространения волн. Например, различные условия аспространения для ортогонально поляризованных компонент в вадратном и круглом волноводах создаются, изменением их сечения, азмещением металлических пластин или решеток из параллельных роводников. Такие устройства не симметричны, и возникающие гражения и трансформация типов волн искажают разложение на ртогонально поляризованные составляющие. Более высокой симметрией бладают разделители поляризаций на основе независимого возбуждения ; ространственно ортогональных элементов связи. Среди них выделяются урникетные соединения волноводов. Они симметричны, обладают ысокой поляризационной развязкой выходов, могут быть тщательно эгласованы и использованы для разложения волны в линейном или рутовом базисе. Эти соединения широко используются в СВЧ технике, ' ачиная о конца 40-х годов. Но они рассматривались только на одной ншственной частоте при полном внутреннем согласовании. Не исследо- і їлось влияние согласования на качество разложения ортогонально оляризованных компонент. Не рассматривалась возможность разло-
жсния волны в ортогональном эллиптическом базисе.
В последние годы с развитием спутниковой связи, радиолокации радиоастрономии возникает необходимость в одновременном разложени волны в двух или даже трех ортогональных базисах. Такое разложени необходимо при исследовании коротковременных нестационарны процессов, например, всплесков радиоизлучения на Солнце. Одновременно разложение требует и разработанный в СГУ дифференциально коммутационный метод поляризационного анализа. Он позволяет измерят все параметры Стокса в разностной форме, обладает высокой точностью і помехоустойчивостью измерений. К началу наших исследований таки разделителей не сзтцествовало.
Другим важным аспектом исследования поляризационных систем является вопрос создания эталонных источников поляризованног излучения. Существующие поляризаторы, например, на основе чез вертьволновых диэлектрических пластин не обеспечивают необходимо: точности задания поляризационных параметров.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является исследование турникетных преобразовате лей поляризаций и на базе этих исследований создание СВЧ- приборов прецизионных разделителей поляризаций, источников поляризованног радиоизлучения и дифференциально коммутационных радиополяриметров
Для достижения этой цели потребовалось последовательно рассмотрев физические процессы разложения и преобразования входной волны . турникетных соединениях волноводов. В работе
- выяснялись условия оптимального согласования и наилучшеі
поляризационной развязки выходов.
исследовались возможности одновременного разложения волны в дву ортогональных базисах и квазиодновременного разложения в тре: ортогональных базисах. Рассматривалось влияние таких разложений н поляризационную развязку выходов и полосовые свойства.
для одновременного разложения волны в двух ортогональных базиса: предложено сочленение двух турникетных соединений ВОЛНОВОДОІ Исследовалось качество разложения волны.
исследовалась зависимость геометрических параметров поляри зациоішого эллипса преобразованной входной волны от частоті излучения, геометрических и физических параметров соединения і анализировалась точность задания поляризационных параметров.
анализировались возможности использования турникетных пре образователей в поляризаторах и различных модификаций преци
зионных турникетных разделителей поляризаций в дифференциально-коммутационных радиополяриметрах.
- проводились наблюдения поляризации радиоизлучения Солнца.
Обработанные наблюдательные данные интерпретировались и сравни
вались с существующими моделями.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:
- впервые исследовано разложение волны в эллиптическом базисе и
возможности нспользоваїшя его для получешія эталонного эллиптически
поляризованного излучения
- проведено исследование влияния согласования турникетного
соединения на качество разложения ортогонально поляризованных
компонент, и получены условия оптимального согласования, позволяющие
получить, высокую поляризационную развязку
- обоснована возможность квазиодновременного разложения волны в
трех ортогональных базисах в турникетном соединении волноводов с СВЧ-
переклгочателями и проведено исследование влияния переключателей на
качество разложегаїя.
- предложен принцип одновремешюго разложения волны в двух
ортогональных базисах в сдвоенном гургапсетном соединении волноводов
и построена его математическая модель в виде матрицы рассеяния.
- предложен оригинальный метод компенсации погрешностей
разложения волны и получены аналитические зависимости элементов
матрицы Мюллера от элементов матрицы рассеяния радиополяриметра.
- из наблюдательного массива данных по радиоизлучению Солнца,
полученного на дифференциально - коммутационном радиополяриметре,
впдзвые выделены всплески поляризации солнечного радиоизлучения, не
сопровождавшиеся изменением усредненной по диску интенсивности
радиоизлучения.
Таким образом, проведишые исследования позволяют расширить существующие представления о разложении электромапштных волн в ортогональных базисах, об использовании турникетных соединений волноводов в качестве устройств для разложения и преобразоваїшя волны.
-
Существует область конечных КСВ в прямоугольных и круглом волноводах турникетного соединения, в которой поляризационная развязка превышает -50 дБ.
-
При произвольной длине короткозамкнутых плеч турникетное
соединение вошюводов разлагает волну в ортогональном эллиптическс базисе, что может быть использовано для получения эталонно: эллиптически поляризованного излучения.
3. Результаты теоретических и экспериментальных исследовані
квазиодновремешюго разложения волны в трех ортогональных базисах
метод компенсации погрешностей разложения.
-
Принцип одновременного разложения волны в двух ортогональні базисах в сдвоенном турникетном соединении волноводов.
-
Выявлены всплески поляризации солнечного радиоизлучения, і сопровождавшиеся изменением усредненной по диску интенсивное: радиошлучения Солнца.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ состоит в использоваш разработанных методов при создании прецизионных разделите» поляризации, эталонных поляризаторов и дифференциально коммутационных радиополяриметров.
Данные исследования были включены в план НИР, проводимых Саратовском университете и НИИ механики и физики СГУ. Основш результаты вошли в научно-технические отчеты по темам "Полюс" ( № I 76030298) и "Селена" № ГР 81006785), выполненных по координационно* плану научно-исследовательских работ Астросовета АН СССР і направлению 1.3 " Исследование космоса"; "Дог", выполненной і хоздоговору; "Стоке" (№ ГР 01.860092254), выполненной по научн технической программе ГКНТ СССР, "Чердынь" (№ ГР - 01.910033982 выполненной по координационному плану научно-иселедовательскі работ АН СССР по направлению 1.5 "Радиофизика и электроника".
Проведенные исследования согласования и обнаружение области КСВ, которой поляризационная развязка выше -50 дБ, показали, что ні необходимости настраивать турникетное соединение до КСВ порядка 1.0 вполне приемлемы КСВ порядка 1.1 -1.3.
Впервые создан туршпеетный разделитель поляризации квазиодновременным разложением волны в трех ортогональных базиса причем применение переключателей режимов разложения не ухудша< поляризационной развязки в полосе частот. Он может быть использован самых различных областях: в антенной технике, системах связ радиолокации.
На базе турішкетного соединения волноводов впервые создан прецизионные источники поляризованного излучения (А.с. с приоритета от 12.07.88 [14] и 12.09.88 [15]), разделители поляризаций
для одновремегаюго разделения волны в двух ортогональных базисах (А.с. с приоритетом от 2.12.8 [12]) и предложено использовать различные модификации турникетных разделителей поляризации в дифференциально - коммутационных радиополяриметрах (А.с. с приоритетом от 14.07-87 [13] йот 14-03.89 [17]).
Получен массив данных наблюдений радиоизлучешш Солнца и создан, каталог солнечных радиовсплесков, в который включены данные о поляризации радиоизлучения.
Результаты исследований были использованы в спецпрактикуме для студентов специальности "радиофизика и электроника" Физического факультета СГУ.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ. Представленные в диссертации результаты расчетов и выводы соотношений получены автором самостоятельно. В совместно опубликованных работах автору принадлежат выводы матричных соотношений, и их анализ. Работы [18,25] выполнены совместно со студентами, у которых автор являлся руководителем дипломного проекта.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Материалы диссертационной работы докладывались на 34. и 35. Международных научных коллоквиумах, Ильменау, ГДР, 1989 и 1990 гг. на Международной конференции молодых европейских радиоастрономовКМЕРА -17, ст. Зеленчукская, 1984г., на III Всесоюзной школе по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере, Харьков, 1989 г., на научно - техническом семинаре "Математическое моделирование физических полей", Саратов, 1988 г., на Всесоюзном семинаре "Математическое моделирование физических процессов в антенно -фидерных трактах", Саратов, 1990 г., на XVII и XXI Всесоюзных конференциях "Радиоастрономическая аппаратура", Ереван, 1985 и 1989 гг., на XVIII Всесоюзной конференции "Радиотелескопы и интерферометры", Иркутск, 1986 г., на XIII, XVI и XX Всесоюзных конференциях по радиофизическим исследованиям солнечной системы, Киев, 1981 г., Звенигород, 1984 г., Сімферополь, 1988г., на Всесоюзном научном семинаре "Радиофизические исследования солнечной системы", Ленинград, 1986 г., на. республиканской конференции "Радиофизические исследования солнечной системы", Одесса, 1985г. на областной межвузовской научно - практической конференции "Интегральные волноводные и полосковые СВЧ - элементы систем связи", Куйбышев, 1987г, на Международной научно -технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения» , Саратов, 1996г.
Основные результаты диссертации представлены в 51 публикациях центральных отечественных и зарубежных изданиях, в том числе в 1 статьях, в 6 авторских свидетельствах СССР и 16 научно - технически отчетах.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит и введения, пяти глав, заключения и трех приложений и содержит 97 страни основного текста, 39 рисунков, 8 таблиц. В списке цитируемой литератур! 189 наименований.
