專利名稱：用于rf頻率無(wú)線通信天線的omt類型寬帶多頻帶收發(fā)耦合器-分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多頻帶收發(fā)耦合器-分離器，其具有很寬的帶寬且 為OMT (OrthoMode Transducer,正交模轉(zhuǎn)換器)類型，用于微波頻率 無(wú)線通信天線。這樣的裝置也可稱為"多路復(fù)用器"或"多路復(fù)用OMT"。 為了簡(jiǎn)化描述，以下將該裝置簡(jiǎn)稱為"耦合器"。
背景技術(shù)：
圖1給出了根據(jù)微波頻率波導(dǎo)技術(shù)制造的稱為"線性極化分離器" 的OMT。該OMT，附圖標(biāo)記為l，主要包括第一端口2，其設(shè)計(jì)為與 面向微波頻率無(wú)線通信天線的角天線連接，以及另外兩個(gè)端口 3、 4， 其設(shè)計(jì)為與發(fā)送器或接收器連接。該OMT僅以線性極化工作。這三個(gè) 端口是同軸的。端口 3對(duì)應(yīng)于水平極化，端口 4對(duì)應(yīng)于垂直極化。端 口 3為矩形，且通過(guò)尺寸在端口 2和端口 3的尺寸之間的一個(gè)或多個(gè) 波導(dǎo)段5連接到端口 2。端口 4通過(guò)兩個(gè)波導(dǎo)段6A、 6B徑向連接到端 口2，波導(dǎo)段6A、 6B相對(duì)于這三個(gè)端口對(duì)稱放置，并且每個(gè)具有近似 拉長(zhǎng)的"U"形的形狀，并且截止于與端口 2和3的每一個(gè)直徑 (diametrically)相對(duì)的耦合狹槽。
圖2中的耦合器7是"角錐形"的OMT。其主要包括具有正方形截 面的平行六面體的中心腔體，和位于該腔體底部的角錐8。端口 9到 12截止于面對(duì)平行六面體的角錐的四個(gè)三角形側(cè)面。采用這種OMT， 具有正方形截面的中心端口和所述四個(gè)端口之間的電磁波耦合可以是 寬帶的。利用圓形截面的端口和OMT的平行六面體之間的轉(zhuǎn)換器 (transition)可以影響和減小工作范圍，其中OMT促進(jìn)高階模式(higher ordermode)的傳播。此外，該耦合器沒(méi)有多路復(fù)用功能。
圖3給出了具有圓形橫截面的現(xiàn)有的OMT 13。其主要包括通常為 腔體的三個(gè)連續(xù)的同軸波導(dǎo)段14、 15和16。第一波導(dǎo)14具有最大的 直徑，且包括兩個(gè)或四個(gè)矩形耦合狹槽，如圖中僅示出的一個(gè)狹槽14A， 每個(gè)狹槽與如圖中所示的端口 14B相關(guān)聯(lián)。相似地，段15的直徑比段
314的直徑小，其包括兩個(gè)或四個(gè)耦合狹槽15A，其每一個(gè)與端口 15B 相關(guān)聯(lián)。最后，段16的直徑比段15小，其構(gòu)成傳播最高頻帶的端口， 而段14耦合最低頻率，端15耦合中間值的頻率。因此這樣的耦合器 可以允許多頻帶耦合，但是這些頻帶的寬度很小。
圖4類型的耦合器17包括腔體18和端口 19，腔體18為具有正方 形或矩形橫截面的平行六面體腔體延伸成的矩形平行六面體形式，端 口 19具有正方形或矩形橫截面且與腔體的軸同軸。腔體18包括位 于其兩個(gè)(或四個(gè))側(cè)面的每一個(gè)上的，與耦合端口 18B相關(guān)聯(lián)的耦 合狹槽18A。該耦合器工作于相對(duì)寬的頻帶，但是用作連接圓形橫截 面角天線的接口，且位于具有正方形或矩形橫截面的腔體18和與其連 接到的圓形橫截面的波導(dǎo)之間的轉(zhuǎn)換器(未示出)減小了該耦合器的 工作范圍，因?yàn)楦唠A模式和顯著的諧波的出現(xiàn)，干擾了有效載荷信號(hào) 的傳播。
圖5示出了已知的根據(jù)美國(guó)專利號(hào)6 566 976的OMT 20的圖。i夷 OMT包括圓錐體21，該圓錐體將圓形橫截面的端口 22連接到也是圓 形橫截面的，且直徑比端口 22小的端口 23。與端口 21B相關(guān)聯(lián)的耦 合狹槽21A位于圓錐體21上。該OMT只能傳播窄頻帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主題是一種多頻帶收發(fā)耦合器，其具有很寬的頻帶且為 OMT類型，用于微波頻率無(wú)線通信天線，對(duì)于線性極化和圓極化，該 耦合器都可以工作于很寬的帶寬(超過(guò)一個(gè)頻程)，
根據(jù)本發(fā)明的耦合器包括用于傳播所有頻率的端口，主體和用于 傳播高頻帶的端口，這三個(gè)部分是同軸的，且這三個(gè)部分都具有圓形 橫截面，用于傳播低頻帶的耦合狹槽位于主體中，且每個(gè)與波導(dǎo)相關(guān) 聯(lián)，其特征在于，連接兩個(gè)端口的主體包括至少一個(gè)部件，該部件包 括耦合段和阻止低頻即耦合頻率的段，并且具有旋轉(zhuǎn)的形狀，其輪廓 根據(jù)多項(xiàng)式規(guī)則變化，從具有最大橫截面的端口到具有最小橫截面的 端口逐漸減小，每個(gè)耦合段包括兩個(gè)或四個(gè)寬帶耦合狹槽。
耦合狹槽在再結(jié)合之后，能夠以線性和圓極化操作。如果耦合狹 槽的數(shù)量為2且直徑相對(duì)，則其處于單個(gè)線性極化，如果數(shù)量為4，且相對(duì)于相鄰的狹槽呈90。放置，則其處于線性敘化和圓極化。然后，在 該耦合體制中，所有的耦合信號(hào)，由耦合器自身或加工材料的處理類 型(例如，基于銀的加工能獲得很好的傳導(dǎo)性)導(dǎo)致的損耗或多或少
被挽回(retrieve )。
阻止段也實(shí)現(xiàn)匹配功能，允許高頻橫向地傳播，也有助于該耦合 器的整體匹配(在端口 Pl和P2之間)。


通過(guò)閱讀對(duì)實(shí)施例的具體描述，可更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的 實(shí)施例是作為非限制性的實(shí)例，且通過(guò)附圖來(lái)圖示，其中
圖1到圖5，如上已經(jīng)描述過(guò)，是己知耦合器的簡(jiǎn)化圖，以及
圖6到圖8是根據(jù)本發(fā)明的耦合器的三個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考耦合器的三個(gè)簡(jiǎn)化實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明，但是應(yīng)清楚地理 解，本發(fā)明不限于這些實(shí)例，并且這些耦合器的主體具有大量的其它 輪廓，這些輪廓通常依據(jù)根據(jù)多項(xiàng)式規(guī)則的變化來(lái)限定，從具有最大 橫截面的端口到具有最小橫截面的端口逐漸減小。
下文描述的依照本發(fā)明的所有耦合器主要包括以下元件第一端 口P1，后面連接的主體和第二端口P2，這三個(gè)主要元件都具有圓形橫
截面并且是同軸的。端口 Pl的內(nèi)直徑大于端口 P2的內(nèi)直徑，而在耦
合段與端口 Pl的連接處，耦合段的內(nèi)直徑等于端口 Pl的內(nèi)直徑，并
且在耦合段與端口 Pl的連接處和其與端口 P2的連接處之間逐漸減小。 主體包括至少一個(gè)部件(section)，該部件包括耦合段以及用于阻止與相 同組件的耦合段相關(guān)的頻率的段。這里描述的每個(gè)實(shí)施例只包括一個(gè) 這樣的部件，但是因該理解本發(fā)明不限于單個(gè)的這種部件，且本發(fā)明 的耦合器包括與要處理(耦合或分離)的中頻帶一樣多的這種部件。 阻止段(blocking segment)的輪廓可包括具有不同的變化規(guī)則的一個(gè)或 多個(gè)部分。對(duì)于這些耦合器的每一個(gè)，端口P1傳播所有有效載荷頻帶 (表示低子帶和高子帶的耦合)，且(以未畫(huà)出的方式)連接到角天線， 該角天線在發(fā)射或接收時(shí)傳播與例如微波頻率無(wú)線通信天線的目標(biāo)系 統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的電磁波，而端口P2只傳播高子帶，耦合段的耦合端口傳播
5低子帶。端口P2和耦合段的端口 (以未畫(huà)出的方式)連接到收發(fā)系統(tǒng)。 每個(gè)耦合段的縱向輪廓的變化規(guī)則是本發(fā)明的主要元素，以下將對(duì)示 出的每個(gè)實(shí)施例進(jìn)行具體描述。
注意，耦合段可僅包括兩個(gè)或四個(gè)耦合狹槽，因?yàn)椴煌臄?shù)量是 完全無(wú)用的。以下描述的耦合段的輪廓的實(shí)例可通過(guò)加工簡(jiǎn)單制成， 無(wú)論其為直線還是由曲線限定。
圖6中的耦合器25的主體24具有包括兩個(gè)連續(xù)直線部分26 (確 定耦合段)和27 (確定低頻阻止段)的輪廓，該兩部分具有不同的斜 度(這些斜度應(yīng)認(rèn)為在圖中的平面內(nèi)，相對(duì)于耦合器的縱向軸)。應(yīng)理 解，該輪廓可包括多于兩個(gè)的具有不同斜度的部分。在圖中所示的實(shí) 例中，部分26的斜度比部分27的大，但是反過(guò)來(lái)也可以。
針對(duì)個(gè)案，這些斜度的值之間的比率是不同的，因?yàn)樗鼈內(nèi)Q于 要完成的任務(wù)，也就是說(shuō)，要被耦合或分離的子帶及其彼此之間的頻 率距離的相對(duì)頻帶te的百分比。分離器的每個(gè)段通過(guò)設(shè)置具有大約10 到15。的角度ei的斜度(斜面26)來(lái)促進(jìn)低頻帶的耦合，而具有角度 02的斜度的下一段(斜面27)短路(防止)這些相同的低頻帶通過(guò)該 耦合器傳播。以上這些也使得整個(gè)耦合器對(duì)于所有要傳播和分離的頻 帶很好的匹配(在SWR意義上，也就是說(shuō)駐波比)。寬帶矩形耦合狹 槽24A制造在段24的主體中。這些狹槽平行于段24的縱向軸延伸。 在本例中，狹槽的數(shù)量為2或4。兩個(gè)狹槽耦合至少一個(gè)線性極化，而 四個(gè)狹槽耦合兩個(gè)線性極化和兩個(gè)圓極化。需要一個(gè)再結(jié)合系統(tǒng)(未 畫(huà)出)來(lái)恢復(fù)它們。在圖中只可看到這些狹槽中的一個(gè)。每個(gè)狹槽與 矩形截面波導(dǎo)24B相關(guān)聯(lián)。每個(gè)耦合狹槽和相關(guān)聯(lián)的波導(dǎo)在此情況下 稱為"耦合臂"。耦合狹槽的尺寸起初按照現(xiàn)有的矩形波導(dǎo)的尺寸來(lái)確 定，以允許傳播被耦合的最低頻率。
優(yōu)選地，對(duì)于圖6中的實(shí)施例，如根據(jù)本發(fā)明的所有實(shí)施例一樣， 在耦合臂的每個(gè)波導(dǎo)的端部，具有一個(gè)或多個(gè)已知的濾波單元(未畫(huà) 出)，其設(shè)計(jì)為消除可能的頻率殘余，這些頻率殘余可能在相對(duì)于臂24B 的被耦合的帶寬之外，且必須只能縱向通過(guò)段24.
圖7中的耦合器29的耦合段28的輪廓，考慮從端口 Pl到端口 P2， 包括曲線30，后接直線段31。如上文所述，限定曲線30的等式可有各種形式，只要對(duì)應(yīng)于段28的部分的直徑從具有最大橫截面的端口到 具有最小橫截面的端口，或更恰好地到與由輪廓31限定的部分的連接 處逐漸減小。
圖8中的耦合器32包括耦合段33，其輪廓包括兩條不同的連續(xù)曲 線34、 35，每條曲線滿足與圖7中的曲線30相同的條件。應(yīng)理解，本 發(fā)明的耦合器的耦合段的輪廓可包括多于兩條曲線。曲線的數(shù)量有賴 于被耦合的帶寬的大小(相對(duì)頻帶的百分比)、被耦合的帶寬的數(shù)量以 及其彼此之間的頻率距離。機(jī)械地制造耦合器的可能性也可能限制曲 線的數(shù)量因此有必要進(jìn)行折中。例如，用平方正弦限定耦合器中的 曲線35，該耦合器制造用于耦合L頻帶并分離C和Ku頻帶。該曲線 限定了促進(jìn)低頻帶(L)的耦合的短路區(qū)，以及通過(guò)該耦合器傳播更高 頻帶(C和Ku)的很好的匹配。實(shí)現(xiàn)耦合的曲線34是1階多項(xiàng)式(直 線輪廓)。
根據(jù)非限制性的實(shí)例性實(shí)施例，本發(fā)明的耦合ii以發(fā)射和接收模
式(耦合器的耦合和分離功能)處理寬的子帶Ku和Ka，不論其為線 性極化還是圓極化，其在如下共四個(gè)子帶中給出。在Ku頻帶，發(fā)射頻 帶從10.95延伸到12.75 GHz，接收頻帶從13.75延伸到14.5 GHz。在 Ka頻帶，發(fā)射頻帶從17.7延伸到20.2 GHz，接收頻帶從27.5延伸到 30GHz。由于已知的最小波導(dǎo)是C890(半徑1.194 mm)，如果現(xiàn)有的 加工限制其制造，可以通過(guò)電鍍或電鑄制造最小的耦合器。必須選擇 段的多項(xiàng)式規(guī)則的復(fù)雜性，以便考慮規(guī)格的要求而不超過(guò)制造的可能 性。因此這樣的耦合器可作為"超高頻帶"，因?yàn)楦采w的總頻帶(從10.95 到30GHz)延伸超過(guò)一個(gè)頻程。在本實(shí)例中，Ka頻帶的信號(hào)具有圓極 化(在發(fā)射和接收模式中為右和左)，Ku頻帶的信號(hào)具有線性極化(在 發(fā)射和接收模式中為正交的水平或垂直)。整個(gè)Ku頻帶(發(fā)射和接收) 穿過(guò)耦合主體的四個(gè)耦合臂，且呈現(xiàn)27.9%的耦合的相對(duì)頻帶，而穿過(guò) 耦合器的Ka頻帶呈現(xiàn)51.6%的分離的相對(duì)頻帶。相對(duì)頻帶百分比PBR 定義如下
<formula>formula see original document page 7</formula>對(duì)于Ku頻帶，其為
<formula>formula see original document page 7</formula>通過(guò)耦合器-分離器要耦合的低頻帶和要傳播的高頻帶之間的距離
(在此情況下為從14.5到17.7 GHz，也就是說(shuō)，Ku和Ka之間的間帶)決 定了耦合器是否可被制造。該頻率距離不能太小，否則有還耦合最高 頻帶的開(kāi)始的風(fēng)險(xiǎn)。如果要耦合和要分離的帶寬非常接近，則利用選 擇濾波器(具有限定的厚度的微波頻率虹膜濾波器，包括十字架形的 凹進(jìn))是有幫助的，該濾波器位于耦合段和阻止段之間，或者就在阻 止段之后。該耦合器使得可以只用一個(gè)超寬帶天線實(shí)現(xiàn)四個(gè)子帶的傳 輸(發(fā)射和接收)。
權(quán)利要求
1、一種多頻帶收發(fā)耦合器-分離器，其為寬頻帶且具有正模(OMT)耦合器類型，用于微波頻率無(wú)線通信天線，所述耦合器-分離器包括用于傳播所有頻率的端口(P1)，主體(24，28，33)和用于傳播高頻帶的端口(P2)，這三個(gè)部分是同軸的，且這三個(gè)部分都具有圓形橫截面，用于傳播低頻帶的耦合狹槽(24A，28A，33A)位于主體中，且每個(gè)耦合狹槽與波導(dǎo)(24B，28B，33B)相關(guān)聯(lián)，其特征在于，連接這兩個(gè)端口的主體(24，28，33)包括至少一個(gè)部件，該部件包括耦合段和阻止低頻即耦合頻率的段，主體具有旋轉(zhuǎn)的形狀，其輪廓根據(jù)多項(xiàng)式規(guī)則變化，從具有最大橫截面的端口到具有最小橫截面的端口逐漸減小，每個(gè)耦合段包括兩個(gè)或四個(gè)寬帶耦合狹槽。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述輪廓包括至 少兩個(gè)直線部分(26， 27)，所述至少兩個(gè)直線部分具有相對(duì)于所述耦 合器的所述三個(gè)部分的公共軸的不同的斜度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述輪廓包括至 少一個(gè)曲線(30)，后接直線段(31)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述輪廓包括至 少兩個(gè)不同的連續(xù)曲線(34， 35)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述輪廓包括幾 個(gè)復(fù)合組件的串連，每個(gè)復(fù)合組件具有直線耦合段或具有兩個(gè)或四個(gè) 耦合狹槽的曲線，后接直線段或沒(méi)有耦合狹槽的曲線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多頻帶收發(fā)耦合器-分離器，其具有很寬的頻帶且為OMT(“OrthoMode Transducer”，正交轉(zhuǎn)換器)類型，用于RF頻率無(wú)線通信天線。所述耦合器包括用于傳播所有頻率的端口(P1)，主體和用于傳播高頻帶的端口(P2)，這三個(gè)部分是同軸的，用于傳播低頻帶的寬帶耦合狹槽(24A)位于主體中，且每個(gè)耦合狹槽與波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)，其特征在于，連接兩個(gè)端口的主體(24)具有旋轉(zhuǎn)的形狀，其輪廓根據(jù)多項(xiàng)式規(guī)則變化，從具有最大橫截面的端口(P1)到具有最小橫截面的端口(P2)逐漸減小。該耦合器可用于耦合和分離非常寬的通頻帶(該耦合器-分離器的全面應(yīng)用超過(guò)一個(gè)頻程)，需要兩個(gè)或四個(gè)寬帶耦合狹槽以在再結(jié)合之后傳播線性極化和圓極化。
文檔編號(hào)H01P1/16GK101689691SQ200880023822
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者P·佩羅蒂諾, P·勒佩爾捷 申請(qǐng)人:泰勒斯公司