Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот

Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот

Исследуются квазиоптические перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции (ДФС), состоящие из нескольких двулучепреломляющих элементов (ДЭ) на основе эффекта двулучепреломления формы. При помощи метода поляризационных матриц рассеяния рассматривается влияние взаимного разворота ос...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Радиофизика и радиоастрономия
Date:2016
Main Authors: Косяк, О.С., Безбородов, В.И., Кулешов, Е.М., Нестеров, П.К.
Format: Article
Language:Russian
Published: Радіоастрономічний інститут НАН України 2016
Subjects:
Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122575
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот / О.С. Косяк, В.И. Безбородов, Е.М. Кулешов, П.К. Нестеров // Радиофизика и радиоастрономия. — 2016. — Т. 21, № 4. — С. 318-329. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-122575
record_format dspace
spelling Косяк, О.С.
Безбородов, В.И.
Кулешов, Е.М.
Нестеров, П.К.
2017-07-14T18:06:04Z
2017-07-14T18:06:04Z
2016
Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот / О.С. Косяк, В.И. Безбородов, Е.М. Кулешов, П.К. Нестеров // Радиофизика и радиоастрономия. — 2016. — Т. 21, № 4. — С. 318-329. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
1027-9636
PACS: 42.25.Lc, 42.25.Bs, 42.70.Mp
DOI: doi.org/10.15407/rpra21.04.318
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122575
535.515:621.3.072.7
Исследуются квазиоптические перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции (ДФС), состоящие из нескольких двулучепреломляющих элементов (ДЭ) на основе эффекта двулучепреломления формы. При помощи метода поляризационных матриц рассеяния рассматривается влияние взаимного разворота осей анизотропии нескольких ДЭ на величину сдвига фаз и положение плоскости анизотропии результирующей ДФС. Показано, что перестраиваемые в широком диапазоне частот ДФС могут быть реализованы в случае четвертьволновой ДФС из двух, а в случае полуволновой – из трех одинаковых неперестраиваемых ДЭ. В результате анализа сделан вывод о возможности создания широкополосных четвертьволновых и полуволновых ДФС.
Досліджуються квазіоптичні перестроювані й широкосмугові диференціальні фазові секції (ДФС), що складаються з декількох двопроменезаломлюючих елементів (ДЕ) на основі ефекту двопроменезаломлення форми.Методи та методологія: За допомогою методу поляризаційних матриць розсіяння розглядається вплив взаємного розвороту осей анізотропії декількох ДЕ на величину зсуву фаз і положення площини анізотропії результуючої ДФС. Показано, що перестроювані в широкому діапазоні частот ДФС можуть бути реалізовані у разі чвертьхвильової ДФС з двох, а у разі напівхвильової – з трьох однакових неперестроюваних ДЕ. В результаті аналізу зроблено висновок про можливість створення широкосмугових чвертьхвильових і напівхвильових ДФС.
Studying the quasioptical tunable and broadband differential phase section (DPS) consisting of several birefringent elements (BE) on the basis of form birefringence effect. Using the polarization scattering matrix method, the impact of the mutual rotation axis of anisotropy of several BE by the amount of phase shift and the position of the plane of anisotropy of resulting DPS is considered. The DPS tunable in a wide range are shown to be possibly implemented in the case of quarter-wave DPS of two, and in the case of half-wave DPS of three, identical non-tunable BE. The analysis has shown to the possibility of creating a broadband quarter-wave and half-wave DPS.
ru
Радіоастрономічний інститут НАН України
Радиофизика и радиоастрономия
Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот
Перестроювані й широкосмугові диференціальні фазові секції в терагерцовому діапазоні частот
Tunable and Broadband Differential Phase Sections in Terahertz Frequency Rang
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот
spellingShingle Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот
Косяк, О.С.
Безбородов, В.И.
Кулешов, Е.М.
Нестеров, П.К.
Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
title_short Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот
title_full Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот
title_fullStr Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот
title_full_unstemmed Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот
title_sort перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот
author Косяк, О.С.
Безбородов, В.И.
Кулешов, Е.М.
Нестеров, П.К.
author_facet Косяк, О.С.
Безбородов, В.И.
Кулешов, Е.М.
Нестеров, П.К.
topic Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
topic_facet Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
publishDate 2016
language Russian
container_title Радиофизика и радиоастрономия
publisher Радіоастрономічний інститут НАН України
format Article
title_alt Перестроювані й широкосмугові диференціальні фазові секції в терагерцовому діапазоні частот
Tunable and Broadband Differential Phase Sections in Terahertz Frequency Rang
description Исследуются квазиоптические перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции (ДФС), состоящие из нескольких двулучепреломляющих элементов (ДЭ) на основе эффекта двулучепреломления формы. При помощи метода поляризационных матриц рассеяния рассматривается влияние взаимного разворота осей анизотропии нескольких ДЭ на величину сдвига фаз и положение плоскости анизотропии результирующей ДФС. Показано, что перестраиваемые в широком диапазоне частот ДФС могут быть реализованы в случае четвертьволновой ДФС из двух, а в случае полуволновой – из трех одинаковых неперестраиваемых ДЭ. В результате анализа сделан вывод о возможности создания широкополосных четвертьволновых и полуволновых ДФС. Досліджуються квазіоптичні перестроювані й широкосмугові диференціальні фазові секції (ДФС), що складаються з декількох двопроменезаломлюючих елементів (ДЕ) на основі ефекту двопроменезаломлення форми.Методи та методологія: За допомогою методу поляризаційних матриць розсіяння розглядається вплив взаємного розвороту осей анізотропії декількох ДЕ на величину зсуву фаз і положення площини анізотропії результуючої ДФС. Показано, що перестроювані в широкому діапазоні частот ДФС можуть бути реалізовані у разі чвертьхвильової ДФС з двох, а у разі напівхвильової – з трьох однакових неперестроюваних ДЕ. В результаті аналізу зроблено висновок про можливість створення широкосмугових чвертьхвильових і напівхвильових ДФС. Studying the quasioptical tunable and broadband differential phase section (DPS) consisting of several birefringent elements (BE) on the basis of form birefringence effect. Using the polarization scattering matrix method, the impact of the mutual rotation axis of anisotropy of several BE by the amount of phase shift and the position of the plane of anisotropy of resulting DPS is considered. The DPS tunable in a wide range are shown to be possibly implemented in the case of quarter-wave DPS of two, and in the case of half-wave DPS of three, identical non-tunable BE. The analysis has shown to the possibility of creating a broadband quarter-wave and half-wave DPS.
issn 1027-9636
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122575
citation_txt Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот / О.С. Косяк, В.И. Безбородов, Е.М. Кулешов, П.К. Нестеров // Радиофизика и радиоастрономия. — 2016. — Т. 21, № 4. — С. 318-329. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT kosâkos perestraivaemyeiširokopolosnyedifferencialʹnyefazovyesekciivteragercevomdiapazonečastot
AT bezborodovvi perestraivaemyeiširokopolosnyedifferencialʹnyefazovyesekciivteragercevomdiapazonečastot
AT kulešovem perestraivaemyeiširokopolosnyedifferencialʹnyefazovyesekciivteragercevomdiapazonečastot
AT nesterovpk perestraivaemyeiširokopolosnyedifferencialʹnyefazovyesekciivteragercevomdiapazonečastot
AT kosâkos perestroûvaníiširokosmugovídiferencíalʹnífazovísekcíívteragercovomudíapazoníčastot
AT bezborodovvi perestroûvaníiširokosmugovídiferencíalʹnífazovísekcíívteragercovomudíapazoníčastot
AT kulešovem perestroûvaníiširokosmugovídiferencíalʹnífazovísekcíívteragercovomudíapazoníčastot
AT nesterovpk perestroûvaníiširokosmugovídiferencíalʹnífazovísekcíívteragercovomudíapazoníčastot
AT kosâkos tunableandbroadbanddifferentialphasesectionsinterahertzfrequencyrang
AT bezborodovvi tunableandbroadbanddifferentialphasesectionsinterahertzfrequencyrang
AT kulešovem tunableandbroadbanddifferentialphasesectionsinterahertzfrequencyrang
AT nesterovpk tunableandbroadbanddifferentialphasesectionsinterahertzfrequencyrang
first_indexed 2025-11-26T01:39:31Z
last_indexed 2025-11-26T01:39:31Z
_version_ 1850599815500529664
fulltext ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016318 Радиофизика и радиоастрономия. 2016, Т. 21, № 4, c. 318–329 © О. С. Косяк, В. И. Безбородов, Е. М. Кулешов, П. К. Нестеров, 2016 О. С. КОСЯК, В. И. БЕЗБОРОДОВ, Е. М. КУЛЕШОВ , П. К. НЕСТЕРОВ Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины, ул. Ак. Проскуры, 12, г. Харьков, 61085, Украина E-mail: oleg.kosiak@gmail.com ÏÅÐÅÑÒÐÀÈÂÀÅÌÛÅ È ØÈÐÎÊÎÏÎËÎÑÍÛÅ ÄÈÔÔÅÐÅÍÖÈÀËÜÍÛÅ ÔÀÇÎÂÛÅ ÑÅÊÖÈÈ Â ÒÅÐÀÃÅÐÖÅÂÎÌ ÄÈÀÏÀÇÎÍÅ ×ÀÑÒÎÒ Предмет и цель работы: Исследуются квазиоптические перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазо- вые секции (ДФС), состоящие из нескольких двулучепреломляющих элементов (ДЭ) на основе эффекта двулучепреломле- ния формы. Методы и методология: При помощи метода поляризационных матриц рассеяния рассматривается влияние взаимного разворота осей анизотропии нескольких ДЭ на величину сдвига фаз и положение плоскости анизотропии результи- рующей ДФС. Результаты: Показано, что перестраиваемые в широком диапазоне частот ДФС могут быть реализованы в случае четвертьволновой ДФС из двух, а в случае полуволновой – из трех одинаковых неперестраиваемых ДЭ. В результате анализа сделан вывод о возможности создания широкополосных четвертьволновых и полуволновых ДФС. Заключение: Экспериментальное исследование подтвердило возможность построения перестраиваемых и широкопо- лосных ДФС. На их основе возможно создание перестраиваемых и широкополосных преобразователей поляризации, вращателей плоскости поляризации, поляризационных фазовращателей и сдвигателей частоты в терагерцевом диапа- зоне частот. Ключевые слова: терагерцевый диапазон, квазиоптика, дифференциальная фазовая секция, двулучепреломление формы УДК 535.515:621.3.072.7 PACS numbers: 42.25.Lc, 42.25.Bs, 42.70.Mp 1. Ââåäåíèå При построении квазиоптических поляризационных радиоизмерительных трактов терагерцевого диа- пазона (0.1 10 ТГц) широко используются диф- ференциальные фазовые секции (ДФС) в виде дву- лучепреломляющего элемента (ДЭ), помещенно- го в квазиоптический волноведущий тракт. Такие элементы могут быть выполнены как из природ- ных кристаллических материалов (кристалличес- кий кварц, сапфир и пр.), так и из искусственных диэлектриков, обладающих так называемым дву- лучепреломлением формы. Классическим приме- ром такой структуры является многослойный на- бор чередующихся диэлектрических пластин с раз- личными диэлектрическими проницаемостями [1]. Параметры ДЭ на основе двулучепреломления формы определяются геометрией и диэлектричес- кими проницаемостями используемых материалов. На их основе были разработаны ДФС в диапазоне 0.1 1 ТГц [2]. При всей высокой эффективносс- ти таких секций они обладают существенным не- достатком – секции выполняются с прецизионной точностью для работы на конкретной частоте и не могут быть перестроены в процессе работы. При создании перестраиваемых фазовых секции в этом диапазоне может быть использован приме- няемый в оптике принцип, заключающийся в пос- ледовательном включении нескольких ДЭ, оптичес- кие оси которых развернуты на некоторый угол. В терагерцевом диапазоне на основе пластин из кристаллического кварца были разработаны широ- кополосные фазовые преобразователи [3]. Как пра- вило, анализ таких структур осуществлялся с по- мощью сферы Пуанкаре [4–6] или матричного ме- тода Мюллера [7, 8]. В настоящей работе предлагаются перестраи- ваемые четвертьволновые и полуволновые ДФС на основе структур, обладающих двулучепрелом- лением формы, для работы в длинноволновой час- ти терагерцевого диапазона (0.1 1 ТГц). При этом их анализ осуществляется с помощью метода поляризационных матриц рассеяния (ПМР) [9]. Целью анализа является определение взаимного расположения осей анизотропии отдельных ДЭ для получения требуемого результирующего диф- ференциального сдвига фаз и положения резуль- тирующих эффективных осей анизотропии всего устройства. При анализе будем стремиться к максимальной простоте построения таких ДФС, ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 319 Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот что подразумевает использование минимального количества элементов с минимальным количе- ством регулировок. 2. Òåîðåòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå âîçìîæíîñòè ñîçäàíèÿ ïåðåñòðàèâàåìûõ è øèðîêîïîëîñíûõ ÄÔÑ Рассмотрим возможность реализации четверть- волновой ДФС, состоящей из двух развернутых друг относительно друга на некоторый угол  ДЭ, создающих на данной частоте дифференциальные сдвиги фаз соответственно 1 и 2. Схематичес- кое изображение исследуемой структуры приве- дено на рис. 1, где составляющие ДЭ условно изображены в виде плоскостей анизотропии для волны, испытывающей замедление, а эффектив- ная плоскость анизотропии эквивалентной ДФС очерчена пунктиром. Будем полагать, что ДЭ не обладают дихроиз- мом (отличием затухания по осям анизотропии) и полностью согласованы с квазиоптическим трактом. В этом случае ПМР каждого элемента в собственных поляризационных базисах [ , ],i ix y т. е. при совпадении ортов базисов с осями ани- зотропии ДЭ, имеет вид 2 2 -матрицы передачи Джонса, 0 0ˆ , 0 1 i i ie S        а ПМР эффективной ДФС Ŝ представляет собой произведение этих матриц при согласовании их поляризационных базисов. Вид ПМР устройства зависит от выбора поля- ризационных базисов. При анализе четвертьвол- новых ДФС, основная функция которых заклю- чается в преобразовании линейно поляризован- ной волны в круговую и наоборот, целесообразно применять линейный поляризационный базис для линейно поляризованной волны и круговой базис для кругополяризованной волны. Выберем в каче- стве поляризационного базиса входного сигнала собственный линейный поляризационный базис эффективной ДФС эфф эфф[ , ],x y который повернут относительно собственного поляризационного базиса первой пластины 1 1[ , ]x y на угол . Поля- ризационный базис выходного сигнала выберем круговым п л[ , ].e e  В этом случае сигнал на выходе эффективной ДФС имеет вид: 2 1вых вх 0 0 вх ˆ ˆ ˆ ˆˆ ˆ ,E S E G S S E          (1) где cos sin ˆ , sin cos            cos sin ˆ sin cos            – матрицы поворота линейных поляризационных базисов соответственно на углы  и , а 11ˆ 12 i G i        – матрица преобразования линей- ного базиса в круговой. Обеспечение заданного дифференциального сдвига фаз при изготовлении ДЭ на основе двулу- чепреломления формы сопряжено с определен- ными трудностями из-за влияния трудно учиты- ваемых краевых эффектов. В то же время изго- товление одинаковых ДЭ не вызывает затрудне- ний, поэтому будем полагать 1 2 .     Тогда при подаче на вход линейно поляризованного ко- лебания вх 11 12 E         под углом 45 в поляриза- ционном базисе эфф эфф[ , ]x y сигнал на выходе в круговом поляризационном базисе п л[ , ]e e  имеет вид: Рис. 1. Схема перестраиваемой четвертьволновой ДФС пр вых лев (cos sin )( cos sin ) (cos sin )( sin cos )1 . (2) 2 (cos sin )( cos sin ) (cos sin )( sin cos ) i i i i i i E e e i e i E E e e i e i                                         320 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 О. С. Косяк и др. Если полученная секция является полным эк- вивалентом четвертьволновой ДФС, то на вы- ходе должна присутствовать волна только одной круговой поляризации, предположим – правой. Составляющая левE в таком случае является па- разитной. Тогда, решая уравнение лев 0,E  полу- чаем, что для реализации четвертьволновой ДФС относительный угол разворота осей анизотропии ДЭ должен составлять arctg cos2 ,   (3) а плоскость анизотропии эффективной ДФС повер- нута относительно плоскости анизотропии первой пластины на угол 2cos cos2 arctg 1 . cos2 (cos sin ) cos2                 (4) Зависимости углов  и  от дифференциаль- ного сдвига фаз  для перестраиваемой чет- вертьволновой ДФС приведены на рис. 2 сплош- ными линиями. Реализация перестраиваемой четвертьволно- вой ДФС возможна в случае, если дифферен- циальный сдвиг фаз, создаваемый каждым из ДЭ, составляет от 45 до 135 . Если зависимость дифференциального сдвига фаз  от частоты f полагается линейной, осуществить такую ДФС можно в полосе частот с коэффициентом пере- крытия max min 3.f f  Важным параметром ДФС является ее широ- кополосность при фиксированной настройке. Оценка широкополосности может быть осуще- ствлена по зависимости амплитуды паразитной составляющей сигнала парE на выходе ДФС отт частоты. В рассматриваемом случае пар левE E (см. формулу (2)). На рис. 3 приведены расчет- ные частотные зависимости амплитуды паразит- ного кругополяризованного колебания парE на выходе перестраиваемой четвертьволновой ДФС при подаче на вход линейно поляризованной вол- ны, плоскость поляризации которой ориентирова- на под углом 45 в поляризационном базисее эфф эфф[ , ].x y Зависимости, обозначенные цифра- ми 1–4, рассчитаны для ряда значений диффе- ренциального сдвига фаз  каждого ДЭ на цен- тральной частоте 0f при соответствующих углах  и  (см. формулы (3), (4)). Анализируя приведенные зависимости, можно сделать следующие выводы. При значениях диф- ференциального сдвига фаз ДЭ на центральной частоте 45 и 90 широкополосность перестра- иваемого преобразователя поляризации такая же, как и у обычной (одиночной) четвертьволновой Рис. 2. Зависимости углов  и  от дифференциальногоо сдвига фаз ДЭ  для четвертьволновых (сплошные кри- вые) и полуволновых (штриховые кривые) перестраиваемых ДФС, состоящих из одинаковых ДЭ. Черными и белыми круж- ками отмечены соответственно экспериментальные значения  и , измеренные для четвертьволновой ДФС, а черными и белыми квадратиками – экспериментальные значения  и  для полуволновой ДФС Рис. 3. Частотная зависимость амплитуды паразитной кру- гополяризованой составляющей на выходе перестраивае- мой четвертьволновой ДФС при различных значениях диф- ференциального сдвига фаз каждого ДЭ на центральной частоте: 4, 2    – кривая 1; 3 8   – кривая 2; 5 8   – кривая 3; 3 4   – кривая 4 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 321 Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот ДФС. В интервале 45 90     имеет место незначительное увеличение широкополосности. При секциях большего размера наблюдается сужение полосы рабочих частот, что связано с увеличением общей длины устройства. Перейдем к рассмотрению возможности реа- лизации перестраиваемой полуволновой ДФС, состоящей из нескольких элементов. Для нахож- дения параметров полуволновой ДФС можно вос- пользоваться ее свойствами. В поле кругополя- ризованной волны полуволновая ДФС преобра- зует поляризацию одного вида, например правую круговую, в ортогональную (левую круговую). В поле линейно поляризованной волны полувол- новая ДФС является вращателем плоскости по- ляризации. Реализовать перестраиваемую полуволновую ДФС из двух одинаковых ДЭ невозможно. Объяс- нить это можно, например, следующим образом. При преобразовании падающей кругополяризо- ванной волны одного вида в кругополяризован- ную волну ортогонального вида в средней части ДФС поляризация линейная. Следовательно, каж- дый из двух одинаковых ДЭ, образующих по- луволновую ДФС, является преобразователем ли- нейной поляризации в круговую или наоборот. Это соответствует единственному случаю реа- лизации полуволновой ДФС, когда дифферен- циальный сдвиг фаз каждого ДЭ составляет 90 , а плоскости анизотропии обоих ДЭ ориентирова- ны параллельно. Рассмотрим возможность реализации перестра- иваемой полуволновой ДФС из трех одинаковых элементов 1 2 3( ).       Для минимизации количества регулировок вращается только сред- ний ДЭ. При этом плоскости анизотропии край- них ДЭ параллельны. Рассмотрение такой струк- туры в поле кругополяризованной волны требует анализа амплитуды и фазы выходного сигнала. В поле линейно поляризованной волны требуется анализ лишь амплитуды. Проведем анализ в ли- нейных поляризационных базисах (см. рис. 4). Для нахождения угла разворота среднего ДЭ  и ориентации плоскости анизотропии эффек- тивной ДФС  воспользуемся свойством по- луволновой ДФС поворачивать плоскость поля- ризации линейно поляризованной волны на удво- енный угол разворота плоскости поляризации падающей волны относительно ее плоскости ани- зотропии. Частным случаем является поворот плоскости поляризации на 90 при ориентации плоскости поляризации падающей волны под уг- лом 45 . Для упрощения формы записи входногоо и выходного сигналов в этом случае целесообраз- но ввести дополнительный поляризационный ба- зис [ , ],x y  который развернут относительно соб- ственного поляризационного базиса эфф эфф[ , ]x y эффективной ДФС на угол 45 . Сигнал на выходе системы из трех одинаковых ДЭ, крайние из ко- торых параллельны, а средний повернут на угол  в едином линейном базисе [ , ]x y  имеет вид: вых вх 0 0 0 вх ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆˆ ˆ ,E S E S S S E              где cos( 45) sin( 45)ˆ sin( 45) cos( 45)                – матрица поворота линейного поляризационного базиса на угол 45 ,   ˆ и ˆ  – эрмитово-сопряжен- ные матрицы соответственно к матрицам ̂ и ˆ . Если полученная секция является полным экви- валентом обычной полуволновой ДФС, то при подаче на вход вх 1 0 E   сигнал на выходе имеет вид вых 0 . 1 E   Решая уравнение пар выхE E  2 cos cos sin sin 4 4 j je e                      Рис. 4. Схема перестраиваемой полуволновой ДФС 322 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 О. С. Косяк и др. 2 cos sin sin cos 0 4 4 je                      (5) получаем, что для реализации полуволновой ДФС угол разворота оси анизотропии среднего ДЭ от- носительно плоскости анизотропии крайних ДЭ должен составлять cos(3 2) arctg . cos( 2)     (6) При этом плоскость анизотропии эффективной ДФС составляет с той же плоскостью угол 2.   (7) Зависимости углов  и  от дифференциаль- ного сдвига фаз  приведены на рис. 2 штрихо- выми линиями. Реализация полуволновой ДФС возможна в случае, если дифференциальный сдвиг фаз каждого из элементов составляет от 60 до 300 или в полосе частот с коэффициентом пере- крытия max min 5.f f  Из рис. 2 следует также, что в интервале значений дифференциального сдвига фаз ДЭ от 60 до 135 четвертьволновая и полуволновая секции могут быть реализованы из одних и тех же ДЭ, что весьма удобно при их изготовлении. Широкополосность перестраиваемой полувол- новой ДФС при фиксированной настройке будем оценивать по зависимости амплитуды паразит- ной линейной кросс-поляризованной волны парE (см. выражение (5)) на выходе от относительной частоты 0 .f f Расчетные зависимости парE для нескольких значений дифференциального сдви- га фаз каждого ДЭ на центральной частоте 0f и соответствующих им углов  и  (формулы (6) и (7)) представлены на рис. 5. При 60   (кри- вая 1) зависимость совпадает с зависимостью для обычной полуволновой ДФС. При 230   (кривая 4) общая полоса рабочих частот пример- но равна полосе рабочих частот обычной полу- волновой ДФС, но становится ассиметричной от- носительно 0.f Полоса рабочих частот полувол- новой перестраиваемой ДФС в интервале значе- ний дифференциального сдвига фаз на каждом элементе от 60 до 230  больше, чем ширина полосы рабочих частот обычной полуволновой секции. Максимальная рабочая полоса частот, значительно превышающая рабочую полосу частот обычной полуволновой ДФС, достигается при 180   и 60   (кривая 3). Это связано с малой крутизной зависимости угла разворота средней секции  и положения эффективной плос- кости анизотропии  от  (рис. 2), что эквива-а- лентно зависимости от частоты. Таким образом, данная ДФС является широкополосной по срав- нению с одиночной ДФС. Поскольку половина полуволновой ДФС яв- ляется четвертьволновой ДФС, логично предпо- ложить, что комбинация полуволнового и чет- вертьволнового ДЭ, развернутых на угол 60 ,   образует также широкополосный преобразователь линейной поляризации в круговую (четвертьвол- новую ДФС). Рассмотрим перестраиваемую ДФС, состоя- щую из двух ДЭ (рис. 1), дифференциальные сдвиги фаз которых отличаются в два раза. При этом возможны два варианта построения такой ДФС: линейно поляризованная волна поступает со стороны ДЭ с бóльшим дифференциальным сдвигом фаз 1 2( 2 , )      и со стороны ДЭ с меньшим дифференциальным сдвигом фаз 1 2( , 2 ).      Анализ таких структур прово- дится с использованием выражения (1). Рассчи- танные зависимости углов разворота ДЭ  и по- Рис. 5. Частотная зависимость ортогональной паразитной составляющей на выходе перестраиваемой полуволновой ДФС в поле линейно поляризованной волны при различных значениях дифференциального сдвига фаз каждого ДЭ на центральной частоте: 60   – кривая 1; 120   – кри- вая 2; 180   – кривая 3; 230   – кривая 4; 300   – кривая 5 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 323 Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот ложения эффективной плоскости анизотропии эф- фективной ДФС  от  приведены на рис. 6. В обоих случаях угол разворота плоскостей анизотропии ДЭ составляет cos(3 ) arctg cos     (сплошная кривая на рис. 6). В первом слу- чае положение эффективной плоскости анизотро- пии, как и для перестраиваемой полуволновой секции, составляет 2   (штриховая кри- вая на рис. 6). Во втором случае плоскость анизотропии эффективной ДФС составляет с плоскостью анизотропии крайних ДЭ угол   cos(3 ) cos(3 ) cos sin arctg 4 cos(3 ) cos cos(2 )          (штрих- пунктирная кривая на рис. 6). Зависимости амплитуды паразитной кросс-по- ляризованной волны от относительной частоты для двух вариантов перестраиваемой четверть- волновой ДФС, состоящей из развернутых на 60   ДЭ, создающих дифференциальные сдви- ги фаз 180 и 90 , приведены на рис. 7 (кри- вые 1 и 5). Из рисунка видно, что широкополос- ность преобразователя поляризации, в котором линейно поляризованная волна падает со сторо- ны ДЭ, создающего дифференциальный сдвиг фаз 180 , (кривая 1), значительно превышает широко- полосность преобразователя, в котором волна па- дает со стороны ДЭ, создающего дифференциаль- ный сдвиг фаз 90 , (кривая 5), и широкополосность обычной четвертьволновой ДФсС (кривая 4). При допустимой амплитуде паразитной кросс-по- ляризованной волны пар 5 %E  относительная полоса рабочих частот составляет около 30 %, а при допустимой пар 10 %E  – более 45 %. Полоса рабочих частот обычных четвертьвол- новых ДФС при таких амплитудах паразитных волн составляет соответственно 7 и 15 %. Ширина ра- бочей полосы частот преобразователя, в котором волна падает со стороны ДЭ, создающего диффе- ренциальный сдвиг фаз 90 , ýже, чем рабочая полоса обычной ДФС, при тех же значениях амплитуд паразитных волн полоса рабочих частот составляет соответственно около 4 и 8 %. В поляризационных фазовращателях и сдвига- телях частоты полуволновая ДФС находится в поле волны с круговой поляризацией. В связи с отме- ченным выше отличием в работе полуволновой ДФС в зависимости от вида поляризации поля, целесообразно рассмотреть работу широкополос- ной полуволновой ДФС в поле такой волны. Поляризационная матрица рассеяния ДФС, схематически изображенной на рис. 4 в круго- вых поляризационных базисах на входе и выходе, имеет вид: 0 0 0 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆˆ ˆ ,S G S S S G       где Ĝ – матрица эрмитовоо-сопряженная к матрице ˆ .G В идеальном случае при подаче Рис. 6. Зависимости углов разворота  (сплошная кривая) и  в случае 1 2 ,   2   (штриховая кривая) и 1 ,   2 2   (штрих-пунктирная кривая) от  для четвертьволновых ДФС Рис. 7. Частотные зависимости амплитуды паразитной кросс- поляризованной волны на выходе четвертьволновых ДФС: широкополосной ДФС при угле разворота 60   – кри- вая 1, 59   – кривая 2, 58   – кривая 3; обычной ДФС – кривая 4 и узкополосной ДФС – кривая 5 324 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 О. С. Косяк и др. на вход ДФС сигнала с правой круговой поля- ризацией, пр вх лев 1 , 0 E E E              волна на выходе должна иметь левую круговую поляризацию, пр вых лев 0 . 1 E E E              Величина прE в рассматри- ваемом случае является паразитным сигналом и имеет вид: прE   2 2 2 2 2 21 sin cos cos sin . 2 i i ie e e          Частотные характеристики паразитного сигна- ла на выходе широкополосной полуволновой ДФС (при развороте средней секции на угол 60 ),   работающей в поле линейно поляризованной вол- ны и в поле кругополяризованной волны, пред- ставлены кривыми 1 соответственно на рис. 8, а и рис. 8, б . Рабочая полоса частот четвертьволновых и полуволновых широкополосных ДФС может быть еще более расширена путем уменьшения угла разворота осей анизотропии . В этом слу- чае отсутствие паразитного кросс-поляризован- ного сигнала на выходе ДФС наблюдается на час- тотах, симметрично разнесенных относительно центральной. Уменьшение угла  должно быть таким, чтобы это не привело к ухудшению па- раметров ДФС до уровня ниже предельно до- пустимого в диапазоне, ограниченном этими частотами. Частотные зависимости паразитно- го сигнала на выходе широкополосной ДФС в поле линейно поляризованной и в поле кругопо- ляризованной волны для углов разворота 59   и 58   (кривые 2 и 3 соответственно) пред- ставлены на рис. 8, а и б. В отличие от пара- зитной составляющей на выходе полуволновой ДФС в поле линейно поляризованной волны пара- зитная составляющая на выходе ДФС, рабо- тающей в поле круговой поляризации, на цент- ральной частоте остается равной нулю при лю- бом развороте средней секции. При этом ее уровень ниже во всей полосе рабочих частот. Последнее обстоятельство чрезвычайно важно при использовании ДФС в фазовых сдвигателях частоты, поскольку от этого напрямую зависит уровень спектра паразитной составляющей вы- ходного сигнала. 3. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå Экспериментальное исследование возможности создания перестраиваемых и широкополосных ДФС было проведено в длинноволновой части терагерцевого диапазона. Для полного исследо- вания перестраиваемых ДФС требуется источник излучения в очень широком диапазоне частот max min( 3f f  для четвертьволновых ДФС и max min 5f f  для полуволновых ДФС). В качествее источника излучения мы использовали анали- затор СВЧ-цепей ELMIKA G4402E, работающий в диапазоне частот 0.086 0.11 ТГц без умноже- Рис. 8. Частотные зависимости паразитной составляющей на выходе широкополосной полуволновой ДФС, работаю- щей в поле линейно поляризованной волны (а) и в поле кру- гополяризованной волны (б) при различных углах разворо- та среднего ДЭ: 60   – кривая 1, 59   – кривая 2, 58   – кривая 3. Для сравнения представлена анало- гичная зависимость для обычной полуволновой ДФС (кри- вая 4). Точками отмечены экспериментально измеренные значения амплитуды паразитного сигнала ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 325 Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот ния частоты и в диапазоне 0.173 0.225 ТГц с умножением частоты, и твердотельный генера- тор на ЛПД фиксированной частоты 0.138 ТГц. Это обеспечило общий диапазон частот исследо- вания 0.086 0.225 ТГц max min( 2.6),f f  кото-о- рого, тем не менее, недостаточно для полного анализа работы ДФС. Вопрос расширения частотной полосы ис- следования может быть решен следующим образом. Зависимости углов разворота осей ани- зотропии ДЭ  и положения эффективной плос- кости анизотропии  от дифференциального сдви- га фаз  обладают симметрией (осевой или вра- щательной) относительно 90   для четверть- волновых ДФС и 180   для полуволновых ДФС. Поэтому достаточно экспериментально ис- следовать ДФС в полосе частот вдвое меньшей, чем частотный диапазон, в котором возможна их перестройки. При этом дифференциальный сдвиг фаз, создаваемый используемыми ДЭ, может принимать значения 90 и 180 вблизи одногоо из краев исследуемого диапазона. В таком слу- чае целесообразно использовать в эксперименте одни и те же ДЭ, создающие дифференциальный сдвиг фаз 90 вблизи низкочастотного края диа- пазона и сдвиг фаз 180 вблизи высокочастотно- го края диапазона. При выборе ДЭ для экспериментального ис- следования следует учесть еще одно обстоятель- ство. Проведенное выше теоретическое рассмот- рение было сделано в предположении полного согласования ДЭ с трактом. Наличие отражений может значительно ухудшить характеристики ДФС. В работах [2, 10] мы рассмотрели различ- ные способы согласования структур, обладаю- щих двулучепреломлением формы, но ни один из этих способов не обеспечивает согласование во всем диапазоне частот, в котором возможно реализовать перестраиваемые четвертьволно- вые и полуволновые ДФС. Однако достоинством таких структур является возможность путем вы- бора материалов и коэффициента заполнения получать низкие уровни отражения, которые не влияют в значительной мере на результат экспе- римента. Исходя из вышеизложенного, для эксперимен- тальной проверки возможности создания пере- страиваемых и широкополосных ДФС путем фре- зерования были изготовлены идентичные ДЭ в виде двусторонней “гребенки” из полистирола (диэлектрическая проницаемость 2.5)  с пе- риодом 0.5 мм и коэффициентом заполнения 0.4 с несущей перемычкой из сплошного полистиро- ла толщиной 1.9 мм (рис. 9). Период выбран таким, чтобы избежать влияния высших дифрак- ционных гармоник, а коэффициент заполнения – таким, чтобы без специальных способов согла- сования обеспечить минимальный коэффициент отражения. Глубина гребенки с каждой стороны составляет 3.4 мм, с тем расчетом, чтобы диф- ференциальный сдвиг фаз составлял 90 на час- тоте 0.1 ТГц и 180 на частоте 0.2 ТГц. Экспериментальная установка, выполненная на полом диэлектрическом лучеводе (ПДЛ) диамет- ром 20 мм [11], представлена на рис. 10. Основ- ная часть установки содержит источник излуче- ния 1, волноводно-лучеводные переходы 2 и 9, фильтрующий отрезок ПДЛ 3, линейные прово- лочные поляризаторы 4 и 8, вращающиеся сочле- нения 5 и 7, между которыми помещены исследу- Рис. 9. Внешний вид ДЭ (слева)и макета исследуемой ДФС (справа) 326 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 О. С. Косяк и др. емая ДФС 6 и детектор 10. При исследовании ДФС в поле кругополяризованной волны входной поляризатор 4 заменяется зеркально-решеточным перестраиваемым преобразователем плоскости поляризации 11. Корпус ДФС 6 также выполнен на основе ПДЛ диаметром 20 мм, в который могут быть помещены от одного до трех ДЭ с возмож- ностью поворота каждого из них вокруг оси лу- чевода (рис. 9). При размещении в корпусе ДФС одного ДЭ в панорамном режиме измерялись затухание и ко- эффициент отражения линейно поляризованных по осям анизотропии волн в полосе частот. Среднее значение затухания составило от 0.6 дБ в диапа- зоне 0.086 0.11 ТГц до 0.8 дБ в диапазоне 0.172 0.225 ТГц. Отмеченный при этом дихро- изм 0.2 дБ связан, по всей видимости, с влия- нием неполного согласования структуры. Коэф- фициент отражения во всей полосе составил 14 6  дБ. Создаваемый ДЭ в полосе частот дифференциальный сдвиг фаз вычислялся по ре- зультатам измерения коэффициента эллиптично- сти сигнала на выходе ДЭ на фиксированных ча- стотах (0.086, 0.1, 0.11, 0.138, 0.173, 0.2, 0.225 ТГц). Было установлено, что в исследуемом диапазоне частот дифференциальный сдвиг фаз, создавае- мый ДЭ, линейно зависит от частоты и прини- мает значение 90 на частоте 0.102 ТГц и 180 на частоте 0.204 ТГц. Эти частоты принимаются за центральные при исследовании широкополос- ных соответственно четвертьволновых и полу- волновых ДФС. Перестраиваемая четвертьволновая ДФС ис- следовалась при размещении в корпусе двух ДЭ. Относительным разворотом осей анизотропии ДЭ и поворотом всей ДФС вокруг оси лучевода мы добивались максимального коэффициента эл- липтичности (не хуже 0.98) на тех же фиксиро- ванных частотах диапазона. Коэффициент эллип- тичности рассчитывался по отношению мини- мального уровня сигнала к максимальному при совместном вращении вращающегося сочлене- ния 7, поляризатора 8 и детектора 9. Значения отсчитываемых при этом углов  и  с учетомом линейной зависимости дифференциального сдви- га фаз ДЭ от частоты нанесены на рис. 2 соот- ветственно черными и белыми кружками. При исследовании перестраиваемой полувол- новой ДФС в ее корпус помещались три ДЭ. Оси анизотропии крайних ДЭ совмещались. Выходной поляризатор 8 устанавливался ортого- нально входному поляризатору 4. Поворотом сред- ней ДЭ и всей системы вокруг оси ПДЛ мы до- бивались минимума сигнала на выходе ДФС на тех же фиксированных частотах диапазона. Значения отсчитываемых при этом углов  и  с учетом линейной зависимости дифференциаль- ного сдвига фаз ДЭ от частоты нанесены на рис. 2 соответственно черными и белыми квад- ратиками. Паразитный ортогональный сигнал на выходе широкополосной полуволновой ДФС, работающей в поле линейной поляризации, измерялся при па- раллельной установке крайних ДЭ и развороте среднего ДЭ на угол 59 .   Его амплитуда в полосе частот отмечена точками на рис. 8, а. Исследование широкополосных ДФС, на выхо- де которых основной поляризацией является кру- говая, состоит в измерении коэффициента эллип- тичности r. Поэтому частотные зависимости паразитных составляющих на выходе ДФС целе- сообразно представить в виде частотных зави- симостей коэффициента эллиптичности, пересчи- танных по формуле осн пар осн пар , E E r E E    где осн пр ,E E а пар левE E в выражении (2). Частотная зависимость коэффициента эллиптич- ности сигнала на выходе широкополосных чет- вертьволновой ДФС (кривая 1) и полуволновой ДФС (кривая 2) в поле кругополяризованной вол- ны при 58   представлены на рис. 111. При исследовании широкополосной четверть- волновой ДФС два соседних ДЭ ориентирова- лись параллельно, образуя таким образом полу- волновую ДФС, а выходной ДЭ разворачивался Рис. 10. Схема измерительной квазиоптической установки ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 327 Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот на угол 58 .   Значения измеренного коэффи- циента эллиптичности на выходе ДФС в полосе частот отмечены на рис. 11 черными кружками. При исследовании широкополосной полуволно- вой ДФС в поле кругополяризованной волны вход- ной поляризатор 4 заменялся зеркально-реше- точным перестраиваемым преобразователем по- ляризации 11, на выходе которого на каждой заданной частоте мы добивались максимального коэффициента эллиптичности ( 0.98).r  Значения измеренных при этом коэффициентов эллиптичнос- ти сигнала на выходе ДФС отмечены белыми кружками на рис. 11. Проведенные экспериментальные исследова- ния показывают хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных. 4. Âûâîäû 1. С помощью метода ПМР установлена возмож- ность реализации перестраиваемых четвертьвол- новых и полуволновых ДФС, состоящих из не- скольких ДЭ. Для реализации перестраиваемой четвертьвол- новой ДФС достаточно двух одинаковых ДЭ, каждый из которых в диапазоне перестройки создает дифференциальный сдвиг фаз от 45 до 135 . Настройка при этом осуществляется раз- воротом плоскости анизотропии одного ДЭ отно- Рис. 11. Частотные зависимости коэффициента эллиптичнос- ти сигналов на выходе широкополосной четвертьволновой ДФС и широкополосной полуволновой ДФС в поле круго- поляризованной волны при 58 .   Черными и белыми кружками отмечены экспериментальные значения коэффи- циента эллиптичности, измеренные соответственно на выхо- дах четвертьволновой и полуволновой ДФС сительно плоскости анизотропии другого на угол от 0 до 45 . Перестраиваемая полуволновая ДФС может состоять из трех одинаковых ДЭ, каждый из ко- торых в диапазоне перестройки создает диффе- ренциальный сдвиг фаз от 60 до 300 . Настрой- ка ДФС осуществляется разворотом плоскости анизотропии среднего ДЭ относительно плоско- стей крайних ДЭ на угол от 0 до 60 . Оба вида перестраиваемых ДФС могут быть реализованы из одних и тех же ДЭ, создающих в диапазоне перестройки дифференциальный сдвиг фаз от 60 до 135 . 2. В результате рассмотрения перестраивае- мых ДФС сделан вывод о возможности реализа- ции широкополосных четвертьволновых и полу- волновых ДФС. Широкополосная полуволновая ДФС состоит из трех одинаковых ДЭ, каждый из которых создает на центральной частоте диапазона дифферен- циальный сдвиг фаз 180 , а плоскость анизотро- пии среднего ДЭ развернута на угол 58 60 .   Широкополосная четвертьволновая ДФС состо- ит из двух ДЭ, создающих на центральной часто- те диапазона дифференциальные сдвиги фаз 90 и 180 и развернутых на угол 58 60 .   Причем ДЭ, создающий дифференциальный сдвиг фаз 180 , располагается со стороны падения линейно поляризованного колебания. Широкополосность таких ДФС в несколько раз превышает широко- полосность отдельного ДЭ. 3. Проведенное экспериментальное исследо- вание подтвердило возможность построения пе- рестраиваемых и широкополосных ДФС. В даль- нейшем предполагается создание на их основе перестраиваемых и широкополосных преобразо- вателей поляризации, вращателей плоскости по- ляризации, поляризационных фазовращателей и сдвигателей частоты. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. – М.: Наука, 1973. – 719 с. 02. Bezborodov V. I., Kosiak O. S., Kuleshov Ye. M., and Yachin V. V. Differential Phase Sections Based on Form Birefringence in the THz Frequency Range // Telecommu- nications and Radio Engineering. – 2015. – Vol. 74, Is. 8. – P. 735–744. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v74.i8.70 03. Tydex, 2016. [viewed 12 October 2016]. Available from: http://www.tydexoptics.com/ru/products/thz_optics/ thz_converters/ 328 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 О. С. Косяк и др. 04. Koester C. J. Achromatic Combinations of Half-Wave Plates // J. Opt. Soc. Am. – 1959. – Vol. 49, Is. 4. – P. 405–409. DOI: 10.1364/JOSA.49.000405 05. Adachi S. and Kennaugh E. M. The Analysis of a Broad- Band Circular Polarizer Including Interface Reflections // IRE Trans. Microw. Theory Tech. – 1960. – Vol. 8, No. 5. – P. 520–525. DOI: 10.1109/TMTT.1960.1124780 06. Pancharatnam S. Achromatic combinations of birefringent plates. Part I. An achromatic circular polarizer // Proc. Ind. Acad. Sci. A. – 1955. – Vol. A 41, Is. 4. – P. 130–136. DOI: 10.1007/BF03047097 07. Iwanaga M. Subwavelength orthogonal polarization ro- tator // Opt. Lett. – 2010. – Vol. 35, Is. 2. – P. 109–111. DOI: 10.1364/OL.35.000109 08. Hanany S., Hubmayr J., Johnson B. R., Matsumura T., Oxley P., and Thibodeau M. Millimeter-Wave Achromatic Half Wave Plate // Appl. Opt. – 2005. – Vol. 44, Is. 22. – P. 4666–4670. DOI: 10.1364/AO.44.004666 09. Канарейкин Д. Б., Павлов Н. Ф., Потехин В. А. Поляри- зация радиолокационных сигналов. – М.: Сов. радио, 1966. – 440 с. 10. Bezborodov V. I., Kosiak O. S., Kuleshov Ye. M., and Yachin V. V. Form Birefringent Structures Matching to Free Space in the Teraherts Frequency Range // Telecommunica- tions and Radio Engineering. – 2015. – Vol. 74, Is. 19. – P. 1767–1776. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v74.i19.90 11. Кулешов Е. M. Глава 8. Измерения в субмиллиметровом диапазоне радиоволн / Радиоэлектроника и радиофи- зика миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн / Под ред. А. Я. Усикова. – Киев: Наукова думка, 1986. – С. 140–157. REFERENCES 01. BORN, M. and WOLF, E., 1968. Principles of Optics. Oxford: Pergamon Press. 02. BEZBORODOV, V. I., KOSIAK, O. S., KULE- SHOV, Ye. M., YACHIN, V. V., 2015. Differential Phase Sections Based on Form Birefringence in the THz Fre- quency Range. Telecommunications and Radio Engi- neering. vol. 74, is. 8, pp. 735–744. DOI: 10.1615/ TelecomRadEng.v74.i8.70 03. Tydex, 2016. [viewed 12 October 2016]. Available from: http://www.tydexoptics.com/ru/products/thz_optics/ thz_converters/ 04. KOESTER, C. J., 1959. Achromatic Combinations of Half- Wave Plates. J. Opt. Soc. Am. vol. 49, is. 4, pp. 405–409. DOI: 10.1364/JOSA.49.000405 05. ADACHI, S. and KENNAUGH, E. M., 1960. The Analy- sis of a Broad-Band Circular Polarizer Including Interface Reflections. IRE Trans. Microw. Theory Tech. vol. 8, no. 5, pp. 520–525. DOI: 10.1109/TMTT.1960.1124780 06. PANCHARATNAM, S., 1955. Achromatic combina- tions of birefringent plates. Part I. An achromatic circu- lar polarizer. Proc. Ind. Acad. Sci. A. vol. A 41, is. 4, pp. 130–136. DOI: 10.1007/BF03047097 07. IWANAGA, M., 2010. Subwavelength orthogonal pola- rization rotator. Opt. Lett. vol. 35, is. 2, pp. 109–111. DOI: 10.1364/OL.35.000109 08. HANANY, S., HUBMAYR, J., JOHNSON, B. R., MAT- SUMURA, T., OXLEY, P. and THIBODEAU, M., 2005. Millimeter-Wave Achromatic Half Wave Plate. Appl. Opt. vol. 44, is. 22, pp. 4666-4670. DOI: 10.1364/AO.44.004666 09. KANAREIKIN, D. B., PAVLOV N. F. and POTE- KHIN, V. A., 1966. Polarisation of radar signals. Mos- cow: Sovetskoe Radio Publ. (in Russian). 10. BEZBORODOV, V. I., KOSIAK, O. S., KULE- SHOV, Ye. M. and YACHIN, V. V., 2015. Form Birefrin- gent Structures Matching to Free Space in the Teraherts Frequency Range. Telecommunications and Radio Engi- neering. vol. 74, is. 19, pp. 1767–1776. DOI: 10.1615/ TelecomRadEng.v74.i19.90 11. KULESHOV, Ye. M., 1986. Chapter 8. Measurements in sub-mm wavelength band. In: A. Y. USIKOV, ed. Electro- nics and Radio Physics of Millimeter and Sub-millimeter Waves. Kyiv: Naukova Dumka Publ., pp. 140–157 (in Russian). O. S. Kosiak, V. I. Bezborodov, Ye. M. Kuleshov , and P. K. Nesterov O. Ya. Usikov Institute for Radiophysics and Electronics, National Academy of Sciences of Ukraine, 12, Acad. Proskura St., Kharkiv, 61085, Ukraine TUNABLE AND BROADBAND DIFFERENTIAL PHASE SECTIONS IN TERAHERTZ FREQUENCY RANGE Purpose: Studying the quasioptical tunable and broadband dif- ferential phase section (DPS) consisting of several birefringent elements (BE) on the basis of form birefringence effect. Design/methodology/approach: Using the polarization scattering matrix method, the impact of the mutual rotation axis of anisotro- py of several BE by the amount of phase shift and the position of the plane of anisotropy of resulting DPS is considered. Findings: The DPS tunable in a wide range are shown to be pos- sibly implemented in the case of quarter-wave DPS of two, and in the case of half-wave DPS of three, identical non-tunable BE. The analysis has shown to the possibility of creating a broad- band quarter-wave and half-wave DPS. Сonclusions: Experimental research has confirmed the possibi- lity of constructing a tunable and broadband DPS. On this basis, tunable and broadband polarization converters, rotators of po- larization plane, polarization phase shifters and frequency shifters in the terahertz frequency range can be created. Key words: terahertz range, quasioptics, differential phase sec- tion, form birefringence О. С. Косяк, В. І. Безбородов, Є. М. Кулєшов , П. К. Нестеров Інститут радіофізики та електроніки ім. А. Я. Усикова НАН України, вул. Ак. Проскури, 12, м. Харків, 61085, Україна ПЕРЕСТРОЮВАНІ Й ШИРОКОСМУГОВІ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНІ ФАЗОВІ СЕКЦІЇ В ТЕРАГЕРЦОВОМУ ДІАПАЗОНІ ЧАСТОТ Предмет і мета роботи: Досліджуються квазіоптичні пере- строювані й широкосмугові диференціальні фазові секції (ДФС), що складаються з декількох двопроменезаломлюючих елементів (ДЕ) на основі ефекту двопроменезаломлення форми. ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 4, 2016 329 Перестраиваемые и широкополосные дифференциальные фазовые секции в терагерцевом диапазоне частот Методи та методологія: За допомогою методу поляризац- ійних матриць розсіяння розглядається вплив взаємного розвороту осей анізотропії декількох ДЕ на величину зсуву фаз і положення площини анізотропії результуючої ДФС. Результати: Показано, що перестроювані в широкому діа- пазоні частот ДФС можуть бути реалізовані у разі чвертьх- вильової ДФС з двох, а у разі напівхвильової – з трьох одна- кових неперестроюваних ДЕ. В результаті аналізу зроблено висновок про можливість створення широкосмугових чвертьхвильових і напівхвильових ДФС. Висновок: Експериментальне дослідження підтвердило мож- ливість побудови перестроюваних та широкосмугових ДФС. На їх основі можливе створення перестроюваних та широко- смугових перетворювачів поляризації, обертачів площини поляризації, поляризаційних фазообертачів та зсувачів час- тоти в терагерцовому діапазоні частот. Ключові слова: терагерцовий діапазон, квазіоптика, диферен- ціальна фазова секція, двопроменезаломлення Статья поступила в редакцию 26.09.2016

Similar Items