Waveguide Iris Polarizers for Ku-band Satellite Antenna Feeds

Abstract

У наш час антени та сигнали з двома або однією коловою поляризацією широко використовуються в сучасних супутникових телекомунікаційних системах, телевізійних системах, супутникових навігаційних системах, цивільних і військових радіолокаторах, системах мобільного зв’язку, радіотехнічних системах ідентифікації та бездротових мережах передачі даних. Широке застосування сигналів із коловою поляризацією обумовлено їх перевагами над сигналами з іншими видами поляризації. Ключовим елементом антенних систем з коловою поляризацією є поляризатор. Це надвисокочастотний пристрій, який виконує перетворення електромагнітних хвиль із коловою поляризацією у хвилі з лінійною поляризацією або навпаки. Сумісне використання поляризатора та ортомодового перетворювача в опромінювачах антен забезпечує повне перетворення двох сигналів з ортогональними коловими поляризаціями та їх передачу до розв’язаних хвилеводних портів. У цій статті представлено результати розробки, оптимізації та аналізу нових конструкцій компактних поляризаторів на основі квадратного хвилеводу з діафрагмами. Було виконано оптимізацію характеристик поляризаторів з різною кількістю діафрагм у Ku-діапазоні частот 10,7-12,8 ГГц. Моделювання й оптимізацію електромагнітних характеристик хвилеводних поляризаторів було здійснено за допомогою методу скінченного інтегрування. Було проаналізовано зміну розмірів оптимальних конструкцій поляризаторів і покращення їх характеристик для поляризаторів з 3 і 4 діафрагмами. Кращі характеристики серед досліджених конструкцій хвилеводних поляризаторів з діафрагмами має поляризатор з 4 діафрагмами. Розроблений компактний поляризатор на основі квадратного хвилеводу з 4 діафрагмами забезпечує високоефективну роботу в Ku-діапазоні частот 10,7-12,8 ГГц і може широко використовуватися в сучасних антенах для супутникових інформаційних систем.

At the present day, antennas and signals with dual or single circular polarizations are widely used in modern satellite telecommunication systems, television systems, satellite navigation systems, civil and military radars, mobile communication systems, wireless identification systems and wireless data networks. The widespread application of signals with circular polarizations is caused by their advantages over signals with polarization of other types. The key element of antenna systems with circular polarizations is a polarizer. It is a microwave device, which performs the transformation of the circularly polarized electromagnetic waves into the linearly polarized waves or vice versa. The combination of a polarizer and an orthomode transducer in the antenna feeds carries out the full conversion of two signals with orthogonal circular polarizations and their transmission to the isolated waveguide ports. This article presents results of the development, optimization and analysis of new designs of compact polarizers based on a square waveguide with irises. The characteristics of polarizers with different number of irises have been optimized for the operation in Ku-band 10.7-12.8 GHz. The electromagnetic characteristics of the waveguide polarizers were simulated and optimized using finite integration technique. The evolution of sizes of optimal polarizer designs and improvement of their performance have been analyzed for the polarizers with 3 and 4 irises. The better characteristics among the investigated waveguide iris polarizer designs are provided by the polarizer with 4 irises. Developed compact square waveguide polarizer with 4 irises provides highlyefficient performance in the operating Ku-band 10.7-12.8 GHz and can be widely used in modern antenna feeds for satellite information systems.