PL227888B1

PL227888B1 - Device for generating electromagnetic field with elliptical polarization

Info

Publication number: PL227888B1
Application number: PL414867A
Authority: PL
Inventors: Paweł Bieńkowski; Hubert Trzaska
Original assignee: Politechnika Wroclawska; Politechnika Wrocławska
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2018-01-31
Also published as: PL414867A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji eliptycznej, w szczególności kołowej, służące między innymi do badań związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną.The subject of the invention is a device for generating an electromagnetic field of elliptical polarization, in particular circular, used, inter alia, for research related to electromagnetic compatibility.

Powszechnie znanym urządzeniem do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji kołowej (eliptycznej), a stosowanym zwłaszcza w radiokomunikacji, jest zestaw dwu wzajemnie prostopadłych anten, zasilanych w kwadraturze. Urządzenie takie, przeznaczone w szczególności do generacji pola szerokopasmowego, opisane jest w publikacji Vivaldi Array for Generation of UWB Circular Polarization, autorzy: Adam Narbudowicz, Matthias John, Xiulong Bao, Max J. Amman, wydanej przez IEEE Antennas & Propagation Society 2012. Sygnał podawany jest na dzielnik mocy, którym najkorzystniej jest wielostopniowy dzielnik Wilkinsona. W znanych rozwiązaniach celem jest wypromieniowanie uzyskanej fali.A commonly known device for generating an electromagnetic field of circular (elliptical) polarization, and used especially in radiocommunication, is a set of two mutually perpendicular antennas supplied in quadrature. Such a device, intended in particular for the generation of a broadband field, is described in the publication Vivaldi Array for Generation of UWB Circular Polarization, authors: Adam Narbudowicz, Matthias John, Xiulong Bao, Max J. Amman, published by IEEE Antennas & Propagation Society 2012. Signal is fed to a power divider, which is most preferably a multi-stage Wilkinson divider. In the known solutions, the aim is to radiate the wave obtained.

Istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że z generatora przebiegów s inusoidalnych sygnał jest rozdzielany na dwie gałęzie sygnałowe, przy czym generator jest połączony bezpośrednio z wejściem pierwszej linii paskowej, oraz poprzez pierwszy przesuwnik fazy i pierwszy wzmacniacz z wejściem drugiej linii paskowej, a także poprzez drugi przesuwnik fazy połączony jest z wejściem trzeciej linii paskowej i równolegle także poprzez drugi przesuwnik fazy oraz przez trzeci przesuwnik fazy i drugi wzmacniacz z wejściem czwartej linii paskowej, przy czym drugi przesuwnik fazy jest zwierany kluczem, natomiast linie paskowe pierwsza i trzecia oraz druga i czwarta tworzą pary umieszczone naprzeciw siebie i w płaszczyznach do siebie prostopadłych, stanowiąc powierzchnię boczną prostopadłościanu, ponadto wyjścia wszystkich czterech linii paskowych zwarte są ze wspólnym rezystorem płaszczyznowym o impedancji równej impedancji falowej linii.The essence of the device according to the invention consists in splitting the signal from the inusoidal waveform generator into two signal branches, the generator being connected directly to the input of the first stripline, and through the first phase shifter and the first amplifier with the input of the second stripline, and also it is connected through the second phase shifter to the input of the third stripline and in parallel also through the second phase shifter and through the third phase shifter and the second amplifier with the input of the fourth stripline, the second phase shifter being closed with a key, while the first and third striplines and the second and the fourth one consists of pairs placed opposite to each other and in perpendicular planes, constituting the side surface of the cuboid, moreover, the outputs of all four strip lines are connected to a common plane resistor with impedance equal to the wave impedance of the line.

Korzystnie, drugi przesuwnik fazy wprowadza przesunięcie sygnału o ±π/2.Preferably, the second phase shifter introduces a signal shift of ± π / 2.

Korzystnie, pierwszy i trzeci przesuwnik fazy wprowadza przesunięcie sygnału o ±π.Preferably, the first and third phase shifters introduce a signal shift of ± π.

Korzystnie, względne wzmocnienie każdego ze wzmacniaczy mieści się w granicach od 0 do 1.Preferably, the relative gain of each of the amplifiers is in the range from 0 to 1.

Zaletą rozwiązania jest możliwość uzyskania pola elektromagnetycznego o polaryzacji eliptycznej, szczególnie kołowej, w przestrzeni zamkniętej, bez wypromieniowywania energii na zewnątrz. Pozwala to na uzyskanie wysokich natężeń pola, przy stosunkowo niewielkich mocach pobudzających, wymaganych do przeprowadzania badań w dziedzinie kompatybilności elektromagnetycznej i ominięcie ograniczeń związanych z szerokością pasma sygnału, w odróżnieniu od urządzeń służących do wypromieniowywania takiego pola za pomocą anten. Ponadto zasilanie obu par linii poprzez przesuwniki fazy w miejsce transformatorów symetryzujących zapewnia symetrię zasilania, a obciążenie rezystorem płaszczyznowym wyjść linii zapewnia dopasowanie układu w szerokim paśmie częstotliwości. Regulacja wzmocnienia wzmacniaczy oraz zwieranie klucza umożliwia uzyskanie poza polaryzacją kołową także eliptycznej lub liniowej.The advantage of this solution is the possibility of obtaining an electromagnetic field of elliptical polarization, especially circular, in a closed space, without radiating energy to the outside. This allows high field strengths to be obtained with relatively low excitation powers required for electromagnetic compatibility studies and bypassing bandwidth limitations as opposed to devices for radiating such a field with antennas. Moreover, powering both pairs of lines through phase shifters in place of the symmetrising transformers ensures the symmetry of the power supply, and the load on the plane resistor of the line outputs ensures matching of the system in a wide frequency range. The adjustment of the amplifiers gain and the short-circuiting of the key make it possible to obtain, in addition to circular polarization, also elliptical or linear.

Urządzenie w przykładzie realizacji przedstawiono na rysunku, którego fig. 1 przedstawia schemat funkcjonalno-blokowy urządzenia, a fig. 2 wzajemne usytuowanie linii.The device in an exemplary embodiment is shown in the drawing, Fig. 1 shows a functional block diagram of the device, and Fig. 2 shows the mutual position of the lines.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Z generatora przebiegów sinusoidalnych G sygnał jest rozdzielany na dwie gałęzie sygnałowe, przy czym generator G jest połączony bezpośrednio z wejściem pierwszej linii paskowej LS1, oraz poprzez pierwszy przesuwnik fazy PF1 i pierwszy wzmacniacz W1 z wejściem drugiej linii paskowej LS2, a także poprzez drugi przesuwnik fazy PF2 połączony jest z wejściem trzeciej linii paskowej LS3 i równolegle także poprzez drugi przesuwnik fazy PF2 oraz przez trzeci przesuwnik fazy PF3 i drugi wzmacniacz W2 z wejściem czwartej linii paskowej LS4, przy czym drugi przesuwnik fazy PF2 jest zwierany kluczem K2, natomiast linie paskowe pierwsza LS1 i druga LS2 leżą naprzeciw siebie, podobnie jak linie trzecia LS3 i czwarta LS4, a leżące naprzeciw siebie linie tworzą dwie pary symetrycznych linii paskowych, leżących w płaszczyznach do siebie prostopadłych, stanowiąc powierzchnię boczną prostopadłościanu, ponadto wyjścia wszystkich czterech linii zwarte są ze wspólnym rezystorem płaskim RP o impedancji równej rezystancji falowej linii. Drugi przesuwnik fazy PF2 wprowadza przesunięcie sygnału o ±π/2, a pierwszy PF1 i trzeci przesuwnik fazy PF3 wprowadzają przesunięcie sygnału o ± π. Względne wzmocnienie każdego ze wzmacniaczy W1 i W2 wynosi 1, co pozwala uzyskać polaryzację kołową pola elektromagnetycznego.From the sinusoidal waveform generator G, the signal is split into two signal branches, the generator G is connected directly to the input of the first stripline LS1, and through the first phase shifter PF1 and the first amplifier W1 with the input of the second stripline LS2, and also through the second phase shifter PF2 is connected to the input of the third stripline LS3 and in parallel also through the second phase shifter PF2 and through the third phase shifter PF3 and the second amplifier W2 with the input of the fourth stripline LS4, the second phase shifter PF2 is short-circuited with the key K2, and the stripline with the first LS1 and the second LS2 lie opposite each other, as well as the third LS3 and fourth LS4 lines, and the lines facing each other form two pairs of symmetrical strip lines lying in planes perpendicular to each other, constituting the side surface of the cuboid, moreover, the outputs of all four lines are connected to a common resistor plane RP with impedance eq ej line wave resistance. The second phase shifter PF2 introduces a ± π / 2 phase shifter and the first PF1 and the third phase shifter PF3 introduce a ± π shift of the signal. The relative gain of each of the amplifiers W1 and W2 is 1, which allows to obtain circular polarization of the electromagnetic field.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Urządzenie jak w przykładzie 1, z tą różnicą, że względne wzmocnienie jednego ze wzmacniaczy wynosi 0,5 a drugiego 1, przez co uzyskuje się polaryzację eliptyczną pola elektromagnetycznego.Device as in example 1, with the difference that the relative gain of one of the amplifiers is 0.5 and the other is 1, thereby obtaining an elliptical polarization of the electromagnetic field.

PL 227 888 B1PL 227 888 B1

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

Urządzenie jak w przykładzie 1 lub 2, z tą różnicą, że zwarty jest klucz K, co przy regulacji wzmocnienia obu wzmacniaczy umożliwia uzyskanie polaryzacji liniowej w płaszczyźnie prostopadłej do linii i dowolnie zorientowanej na tej płaszczyźnie.The device as in example 1 or 2, with the difference that the K key is short-circuited, which, when adjusting the gain of both amplifiers, makes it possible to obtain linear polarization in a plane perpendicular to the line and in any orientation on this plane.

Działanie wynalazku polega na tym, że linie paskowe zasila się w kwadraturze uzyskując polaryzację eliptyczną, w szczególności kołową, pola elektromagnetycznego. Zastosowanie klucza K2 oraz wzmacniaczy W1 i W2 o regulowanym wzmocnieniu zapewnia możliwość uzyskania poza polaryzacją kołową także polaryzacji eliptycznej oraz liniowej. Energia nie jest przy tym promieniowana na zewnątrz i w całości wykorzystana do badań związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną. Badany przedmiot umieszcza się w przestrzeni pomiędzy liniami.The operation of the invention is based on the fact that the strip lines are supplied in quadrature to obtain an elliptical, in particular circular, polarization of the electromagnetic field. The use of the K2 wrench and the W1 and W2 amplifiers with adjustable gain provides the possibility of obtaining, apart from circular polarization, also elliptical and linear polarization. The energy is not radiated to the outside and fully used for research related to electromagnetic compatibility. The test object is placed in the space between the lines.

Claims

A device for generating an electromagnetic field with elliptical polarization, in which the signal from the sinusoidal waveform generator is divided into two signal branches, one of which has an amplifier along the signal path, and the other has an additional phase shifter connected between the generator and the amplifier, characterized in that the generator (G) is connected directly to the input of the first stripline (LS1), and through the first phase shifter (PF1) and the first amplifier (W1) to the input of the second stripline (LS2), and also through the second phase shifter (PF2) it is connected with a third stripline input (LS3) and in parallel also through a second phase shifter (PF2) and through a third phase shifter (PF3) and a second amplifier (W2) with a fourth stripline input (LS4), the second phase shifter (PF2) being closed with a key (K2), while the first (LS1) and second (LS2), third (LS3) and fourth (LS4) stripe lines form pairs within which individual lines lie opposite to each other, while the pairs lie in planes perpendicular to each other, constituting the side surface of the cuboid, moreover, the outputs of all lines are shorted with a common plane resistor (RP) with impedance equal to the wave impedance of the line.

2. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the second phase shifter (PF2) introduces a signal shift of ± π / 2.

3. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the first (PF1) and third phase shifters (PF3) introduce a ± π shift of the signal.

4. The device according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the relative gain of each of the amplifiers (W1, W2) ranges from 0 to 1.