专利名称：微波通讯系统及其紧凑四通转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波通讯技术，尤其涉及微波通讯系统及其紧凑四通转换器。
背景技术：
在微波通讯系统中，波导结构及/或空穴型结构被广泛用于在微波天线和通讯单元之间接收及/或发送微波信号，例如:滤波器、双工器、放大器等。发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种微波通讯系统及其紧凑型四通转换器，作为一种紧凑部件，用于处理由双极化天线馈入的微波信号，并为四个通信信道提供单极化信号，所述紧凑型四通转换器通过正交极化电磁波的信道复用而提升宽带无线通讯信号的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案:一种微波通讯系统的紧凑四通转换器，其包括: 第一输入/输出端，包括四个分别用于发送/接收单极化电磁信号的接线端； 第二输入/输出端，包括一个用于发送/接收双极化电磁信号的接线端，所述紧凑四通转换器沿纵向从第一输入/输出端延伸至第二输入/输出端； 第一定向I禹合器，其一端设有两个相邻的端口，第一输入/输出端的第一接线端和第二接线端通过相应的连接线连接至第一定向耦合器的所述相邻的端口； 第二定向I禹合器，其一端设有两个相邻的端口，第一输入/输出端的第三接线端和第四接线端通过相应的连接线连接至第二定向耦合器的所述相邻的端口； 正交模式转换器，包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口和第二端口分别用于发送单极化电磁信号至第一定向耦合器或第二定向耦合器或者接收由第一定向耦合器或第二定向耦合器发出的单极化电磁信号，第三端口用于发送双极化电磁信号至第二输入/输出端的接线端或者接收由第二输入/输出端的接线端发出的双极化电磁信号； 极化转换器，连接于第一定向耦合器和第二定向耦合器中的一个和正交模式转换器的第一端口和第二端口中的一个之间，所述极化转换器用于切换所传输的单极化电磁信号的极性；以及 直通传输线，连接第一定向I禹合器和第二定向I禹合器中的另一个和正交模式转换器的第一端口和第二端口中的另一个之间，所述直通传输线用于传输能量而不改变所传输的单极化电磁信号的极性。
采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果:采用本发明紧凑型四通转换器处理由双极化天线馈入的微波信号，可为四个通信信道提供单极化信号，并能通过正交极化电磁波的信道复用而提升宽带无线通讯信号的可靠性。
图1是本发明四通道微波通讯系统一个实施例的立体图。
图2是本发明双极化通讯系统的紧凑型四通转换器一个实施例的立体图。
图3是图2所示本发明双极化通讯系统的紧凑型四通转换器的内部结构侧向角度立体图。
图4是本发明另一实施例所示的紧凑型四通转换器的内部结构侧向角度立体图。
图5是本发明一实施例所示紧凑型四通转换器的内部结构示意图。
图6是本发明一实施例所示紧凑型四通转换器的框图。
图7是图2所示紧凑型四通转换器的回波损耗-频率曲线图。
图8是图2所示紧凑型四通转换器的隔离性能-频率曲线图。
图9是图2所示紧凑型四通转换器的介入损耗-频率曲线图。
图10是本发明一实施例所示的紧凑型四通转换器的爆炸图。
图11是图10所示的紧凑型四通转换器示出部件802的两个主要相对面的爆炸图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种微波通讯系统，特别是指微波通讯系统的紧凑型转换器。
在一个实施例中，所述紧凑四通转换器是一种用于处理在双极化天线馈源的微波信号，并提供用于四个通信信道的单极化信号的紧凑部件。
如图1和图2所示，所述微波通讯系统100包括集成的四通转换器(Four-waytransducer，缩写为FWT) 3。所述四通转换器3包括大致为矩形或圆筒形的壳体3’。所述四通转换器3具有相对的端面3a、3e，相对的侧面3b、3d以及相对的顶面3c和底面3f。可以理解的是，所述四通转换器3可以设计成其他合适的形状以及相应各面也可以以其他方式设置。
所述微波通讯系统100还包括四个室外单元(outdoor units,缩写为ODUs)la ld、微波天线(microwave antenna,缩写为MWA) 2、四根传输线4以及一个室内单元(indoor unit,缩写为IDU) 5。所述室外单元la ld设于四通转换器3的相应面3a 3d,并分别通过接线端6’ a飞’ d连接至四通转换器3。微波天线2被设置于端面3e并通过接线端7连接至四通转换器3。室外单元laid通过传输线4与室内单元5相连。
所述集成的四通转换器3可用于任何通过接线端6’ a飞’ d连接通讯单元(例如:图1所示的室外单元laid)的应用场合。例如，所述通讯单元可以包括滤波器、双工器和放大器等。所述接线端7可以调整为连接任何支持双极化模式的通讯组件，例如:极化器、循环延时线及/或其他类型的辐射组件。
在一个实施例中，所述通讯系统100可以是4G LTE (Long Term Evolution)通信信道。在另一实施例中，所述通讯系统100可以是语音、视频、互联网全双工通信等3G通信信道。
如图3所示的实施例，壳体3’限定了波导结构和/或空穴结构。图3示出了在一个实施例中由壳体3’限定的波导结构和/或空穴结构的立体图。所述四通转换器包括设于第一输入/输出端I上的四个接线端6a飞d。所述接线端6a飞d分别对应图2中所示的接线端6’a飞’d。四通转换器3还包括设于与第一输入/输出端I相对的第二输入/输出端I’上的接线端7，所述接线端7对应于图2中所示的接线端V。所述四通转换器3沿纵向的X轴从第一输入/输出端I向第二输入/输出端I’延伸。
四通转换器3包括四根分别连接至四个接线端6a飞d的传输线Said。在图3所示实施例中，连接至接线端6a的传输线8a是直通传输线，连接至接线端6b的传输线Sb和连接至接线端6c的传输线Sc均是E型弯头，连接至接线端6d的传输线8d是H平面弯头。
图5示出了典型的直通传输线、E型弯头以及H平面弯头的示意结构。直通传输线允许能量不间断地往返。如图3所示，传输线6a是矩形波导。可以理解的是，传输线可以具有圆形截面或其他适当的形状。E型弯头可以是具有弯曲结构的矩形波导，该弯曲结构可转换所传输的电磁波的电场传输方向。如图3及图5所示，E型弯头包括90度弯曲结构以使电场方向改变90度。对于传播的电磁波，电场是垂直于磁场的。在90度的E型弯头，磁场方向不会改变。而H平面弯头用于变化电磁波的磁场方向，而非电场方向。可以理解的是，也有其他多种设计E型弯曲或H平面弯头的方式。
接线端6a和6b彼此相邻且通过传输线8a、8b分别连接至第一定向稱合器Ila的两个端口 a、b。接线端6c和6d彼此相邻且分别通过传输线8a、8b连接至第二定向稱合器Ilb的两个端口(图3中仅示出了其中一个端口 a’)。如图5所示，第一定向耦合器Ila或第二定向稱合器Ilb包括两根稱合传输线5111、5112，每根稱合传输线具有两个相对的端口(例如:端口 a和C，或者端口 b和d)。耦合传输线5111、5112平行地沿纵向X轴延伸，且具有大致呈矩形的横截面。耦合传输线5111、5112被设置成彼此相邻从而可以使流经其中一根耦合传输线的能量可以耦合传输至另一根耦合传输线上。
所述定向耦合器IlaUlb是四端口无源网络，允许从输入端口(例如:端口 d)输入的能量在相对的两个端口(例如:端口 a和b)分拆成预定的两个部分。能量分拆可以根据各种通讯系统而分拆成诸如:3dB、6dB、10dB。
第一定向耦合器Ila的端口 c通过极化转换器12连接至正交模式转换器(orthomode transducer,缩写为0ΜΤ) 13。所述极化转换器12用于改变从其一端传输至另一端的电磁场的极性，如图5中箭头512所示。
第二定向耦合器Ilb的端口 c通过直通传输线10和H平面弯头9连接至正交模式转换器13的端口 13b。所述直通传输线10用于不间断地传输能量，而H平面弯头9用于改变所传输的微波信号的磁场方向。
第一定向I禹合器Ila的端口 d和第二定向f禹合器Ilb的端口 d均分别连接有等效负载15 (图中仅示出了连接至第一定向耦合器Ila的等效负载15)。每个等效负载15用于吸收稱合至相应的端口 d上的额外能量。在一个实施例中，当单极化电磁场加载至接线端6a，一部分能量，例如:6dB，可以被传输至极化转换器12，而剩余的能量则被等效负载15耦合和吸收。
正交模式转换器13包括分别连接至第一定向耦合器Ila和第二定向耦合器Ilbr端口 13a和13b以及通过匹配部件14连接至第二输入/输出端I’的接线端7的第三端口13c。所述正交模式转换器13可以将两个不同来源且正常极化的能量(例如:来自端口 13a和13b)合成至允许双极化模式的单根传输线(例如:连接至端口 13c)。反之亦然，正交模式转换器13可以将在一个信道(例如:来自端口 13c)中的两个正交极化信号分拆成两个独立的信道(例如:分别传输至端口 13a和13b)。端口 13a和13b可支持单一电磁模式。如图3及图5所示，端口 13a和13b均具有矩形横截面。端口 13c具有对称结构，并可支持双极化模式。如图3及图5所示，端口 13c具有方形或圆形横截面。可以理解的是，正交模式转换器13的端口 13a 13c也还可采用其他可支持相应信号的合适形状。
所述匹配部件14连接至正交模式转换器13 —端的端口 13c并连接至正交模式转换器13另一端的接线端7。匹配部件14用于在正交模式转换器13的端口 13c和连接至接线端7上的设备之间进行阻抗匹配。在一个实施例中，收纳至天线2的接线端7可具有直径为dl的圆形端口，而正交模式转换器13的端口 13c的直径不同于dl。匹配部件14可使正交模式转换器13适配所需尺寸dl。可以理解的是，所述正交模式转换器13可以具有多种结构形式来达到这种匹配，相应地，所述匹配部件14是可选的。
在图1至图3所示的实施例中，接线端6a飞d (或者6’ a飞’ d)分布于四通转换器3的顶面、左侧面、右侧面、前面或背面。如此安排可以避免在四通转换器3的底面连接相应的设备以减小汇集于设备上的水对设备的腐蚀风险。在实际应用中，四通转换器3的整体外观结构可以是圆柱形、矩形等形状。
如图4所示的实施例中，四通转换器103包括分别朝向各自的与纵向X轴相垂直的方向的接线端106a 106d。所述四通转换器103还包括第一定向I禹合器11 Ia和第二定向率禹合器11 Ib,所述第一定向f禹合器Illa和第二定向I禹合器Illb分别具有若干个通过E型弯头或H平面弯头109连接至接线端106a 106d的端口。
可以理解的是，所述四通转换器3、103的各接线端可调整朝向任何方向。
在图6所示的实施例中，所述四通转换器包括分别连接至通信信道f 4的接线端606a 606d。所述接线端606a和606b分别通过E型弯头608a和H平面弯头608b连接至第一定向耦合器611a。接线端606c和606d分别通过E型弯头608c和H平面弯头608d连接至第二定向耦合器611b。在一个实施列中，所述E型弯头608a、608c、H平面弯头608b、608d中的一个可用直通传输线代替。而在另一实施例中，H平面弯头608b、608d中的一个可用直通传输线代替。
第一定向I禹合器61 la、第二定向f禹合器61 Ib分别具有连接有等效负载615的端口以及一个相邻的并连接至极化转换器612或直通传输线610的端口。在一个实施例中，所述第一定向I禹合器61 Ia可连接至极化转换器612,第二定向f禹合器61 Ib可连接至直通传输线610。在另一实施例中，所述第二定向耦合器611b可以连接至极化转换器612，而第一定向率禹合器611a可连接至直通传输线610。
所述极化转换器612连接至正交模式转换器613的第一端口。所述直通传输线610通过H平面弯头609连接至正交模式转换器613的第二端口。所述正交模式转换器613包括通过可选的匹配部件614连接至接线端607。所述接线端607连接至双极化天线602。
四通转换器的上述的组件(例如:标号分别为608a 608d、611a 611d、615、610、612、609、613及614的组件)包括但不限于图5所示的示例性组件。
在一个实施例中，第一定向I禹合器611a和/或第二定向I禹合器611b对称设计,为诸如3dB混合结构。在另一实施例中，第一定向I禹合器611a和/或第二定向I禹合器611b是非对称设计，例如:6dB、10dB等。
在一些实施例中，相邻的两个连接至第一定向耦合器61 Ia和/或第二定向耦合器611b的接线端(例如:接线端606a和606b、接线端606c和606d)具有_25dB或更好的隔离性能。两个相邻接线端中的一个(例如:接线端606a)可以用于热状态(即:操作状态)，而另一个则用于待机状态(即:无操作状态)。类似地，相邻的两个接线端606c和606d也分别用于操作状态和无操作状态。也就是说，在某个瞬间，接线端606a和606b中的一个以及接线端606c和606d中的一个可以同时为热状态或操作状态服务。这种结构允许为对应于每个极化通信信道广4的复制装置提供比单通道结构更强大可靠且有效的连接服务。
在一些实施例中，当单极化电磁场被输入一个接线端(例如:接线端606a)时，一部分能量(例如:6dB)被传输至极化转换器612，其余的能量则被等效负载615耦合和吸收。
在一些实施例中，极化转换器612可以将源自接线端606a的极化能量转化为具有第一极化方向(例如:由前向后的方向)的第一电磁场并将该第一电磁场输入至正交模式转换器613的第一端口。来自接线端606c的极化能量(例如:6dB)可被输入至H平面弯头609，随即转化为具有第二极化方向(例如:由左向右的方向)的第二电磁场，并将所述第二电磁场输入至正交模式转换器613的第二端口。所述第一电磁场的第一极化方向和第二电磁场的第二极化方向是相互正交的。所述正交模式转换器可以将正交极化能量合并为双极化能量场。然后，所述双极化能量场可以从正交模式转换器13的第三端口输出至匹配部件614，所述匹配部件614可进一步将双极化能量场或相应能量输出至接线端607和与接线端607相连的双极化天线602。
在一些实施例中，所述正交模式转换器613可以将在一个单通道中的两个正交极化的双极化能量场转化为两个极化方向相互正交的单极化能量场。两个单极化能量场中的一个还可进一步由第一定向耦合器611a分拆为第一组的两个单一信号，而两个单极化能量场中的另一个还可进一步由第二定向耦合器611b分拆为第二组的两个单一信号。所述第一组和第二组的单个信号可以分别传输至通信信道广4。
在一些实施例中，两个正交的电磁信号可以彼此独立地工作。两个正交的电磁信号中的一个可以处于接收模式，而另一个处于发送模式。如上所述，相邻的两个接线端(例如:接线端606a和606b或者接线端606c和606d)具有相对高的隔离性能(如:_25db或更高)，这使得两个正交的电磁信号可以由接线端602激励或者由通信信道f 4激发，同样也使得连接至同一个定向I禹合器(例如:第一定向I禹合器611a或第二定向f禹合器611b)的相邻通信信道(通道I和2，或者通道3和4)同时接收/发送具有不同发射频率的信号。
图7至图9示出了本发明四通转换器的典型性能曲线。图7显示所有的四个接线端6a飞d的回波损耗小于_20dB可涵盖16%的工作带宽。图8显示定向耦合器相邻端口的隔离性能低于_24dB，而图9显示了在初级输入的接线端6a、6c与接线端7之间可实现6dB的介入损耗，相应有±0.5dB的波动。
所述四通转换器的尺寸与与相应的工作频率带宽相关联，工作频率可为5GHz至大约150GHz。四通转换器可由诸如铝、不锈钢、具有稀有金属涂层的塑料等材料制成，在一个实施例中，所述四通转换器由铝合金制成。所述四通转换器可以采用数控加工工艺，通过激光切割、铣床加工等方式制得。
在一个实施例中，图2和图3所述的四通转换器3可在将其结构分割成三块后可以采用数控加工工艺制得。图10和图11分别显示了四通转换器800的爆炸图，可以看出四通转换器800具有三块可组装起来的片体801、802、803。这三片片体801、802、803为矩形块，并限定了设在相应的主要表面(例如:图11中所示的表面802a、802b)用于形成各种组件的空穴结构或波导结构810。举例来说，如图5所示，所形成的组件包括:一个或多个E型弯头、一个或多个H平面弯头、一个或多个直通传输线、两个定向耦合器、一个极化转换器、一个正交模式转换器(OMT)和/或一个匹配部件。所述三块片体801、802、803还包括了贯通片体801、802、803的通孔820，以便通过诸如螺栓螺母等构件可将三块片体801、802、803连接起来。组装时，由片体801、802、803限定的结构组件810可用如图2 图4所示的方式进行连接并用作四通转换器。
可以理解的是，以上描述可以进行一些细节变化，尤其是在不脱离本发明范围的前提下对结构、材料和外形、尺寸以及各部件的组装等做出细微变化。本发明的说明书和实施例仅是示例性的，本发明的保护范围和发明实旨由所附权利要求及其等同范围限定。
权利要求
1.一种微波通讯系统的紧凑四通转换器，其特征在于，包括: 第一输入/输出端，包括四个分别用于发送/接收单极化电磁信号的接线端； 第二输入/输出端，包括一个用于发送/接收双极化电磁信号的接线端，所述紧凑四通转换器沿纵向从第一输入/输出端延伸至第二输入/输出端； 第一定向I禹合器，其一端设有两个相邻的端口，第一输入/输出端的第一接线端和第二接线端通过相应的传输线连接至第一定向耦合器的所述相邻的端口； 第二定向I禹合器，其一端设有两个相邻的端口，第一输入/输出端的第三接线端和第四接线端通过相应的连接线连接至第二定向耦合器的所述相邻的端口； 正交模式转换器，包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口和第二端口分别用于发送单极化电磁信号至第一定向耦合器或第二定向耦合器或者接收由第一定向耦合器或第二定向耦合器发出的单极化电磁信号，第三端口用于发送双极化电磁信号至第二输入/输出端的接线端或者接收由第二输入/输出端的接线端发出的双极化电磁信号； 极化转换器，连接于第一定向耦合器和第二定向耦合器中的一个和正交模式转换器的第一端口和第二端口中的一个之间，所述极化转换器用于切换所传输的单极化电磁信号的极性；以及 直通传输线，连接第一定向I禹合器和第二定向I禹合器中的另一个和正交模式转换器的第一端口和第二端口中的另一个之间，所述直通传输线用于传输能量而不改变所传输的单极化电磁信号的极性。
2.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述第一输入/输出端的接线端和第一定向I禹合器和第二定向I禹合器的端口的传输线彼此相邻。
3.如权利要求2所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述传输线包括至少一个用于不间断传输能量的直通传输线、至少一个用于改变所传输的电磁信号的电场传输方向的E型弯头以及至少一个用于改变所传输的电磁信号的磁场传输方向的H平面弯头。
4.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述紧凑四通转换器还包括用于将极化转换器或直通传输线连接至正交模式转换器的第一端口或第二端口、以改变所传输的电磁信号的磁场传输方向的H平面弯头。
5.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述紧凑四通转换器还包括连接于正交模式转换器的第三端口和第一输入/输出端的接线端之间的匹配部件。
6.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，连接第一定向耦合器相邻端口的所述第一接线端和第二接线端具有_25dB或更好的隔离性能。
7.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，连接第二定向耦合器相邻端口的所述第三接线端和第四接线端具有_25dB或更好的隔离性能。
8.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述第一定向耦合器和第二定向耦合器分别包括两根沿纵向延伸的耦合传输线，所述两根耦合传输线具有位于其第一端的两个相邻端口以及位于其与第一端相对的第二端的另外两个相邻端口。
9.如权利要求8所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述另外两个相邻端口中的一个连接至用于吸收单极化电磁信号部分能量的等效负载，而所述另外两个相邻端口中的另一个则连接至极化转换器或直通传输线。
10.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述第一输入/输出端的第一接线端和第二接线端分别朝向垂直于纵向的不同方向。
11.如权利要求10所述的紧凑四通转换器，其特征在于，第一接线端和第二接线端具有相互正交的矩形外形。
12.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述第一输入/输出端的第三接线端和第四接线端分别朝向垂直于纵向的不同方向。
13.如权利要求12所述的紧凑四通转换器，其特征在于，第三接线端和第四接线端具有相互正交的矩形外形。
14.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，第二输入/输出端的接线端朝向平行于紧凑四通转换器纵向的第一方向，第一输入/输出端的四个接线端中的一个朝向与该第一方向相反的方向，而第一输入/输出端的其余接线端分别朝向垂直于纵向的不同方向。
15.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述紧凑四通转换器具有相对的顶面和底面、相对的左侧面和右侧面、相对的前面和后面，前面和后面朝向或背向纵向方向，第二输入/输出端的接线端朝向前面或后面，第一输入/输出端的四个接线端分别朝向不同方向，所述不同方向选自如下方向:前面或后面、顶面、底面、左侧面和右侧面。
16.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，第二输入/输出端的接线端具有支持双极化信号的中心对称截面的波导结构。
17.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，正交模式转换器的第一端口和第二端口分别为矩形外形，正交模式转换器的第三端口为方形或圆形外形。
18.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，正交模式转换器用于将两个分别由极化转换器和直通传输线传来的单极化的电磁信号合并为双极化电磁信号，或者将从第二输入/输出端的接线端传来的双极化电磁信号分拆成两个单极化电磁信号。
19.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述两个电磁信号具备独立工作的特性。
20.如权利要求1所述的紧凑四通转换器，其特征在于，所述紧凑四通转换器可由三片依次相连的片体组成，每一片体在其一个或多个主要表面上设有空穴结构来形成位于第一端或第二端的接线端、定向耦合器、正交模式转换器、极化转换器以及直通传输线。
21.一种微波通讯系统，其特征在于，其包括: 如权利要求1所述的紧凑四通转换器； 与第二输入/输出端上的接线端相连的微波天线；以及 四个分别连接至第一输入 /输出端上的四个接线端的室外单元。
全文摘要
本发明涉及一种微波通讯系统及其紧凑型四通转换器，所述紧凑型四通转换器用于处理双极化天线馈入的微波信号并为四个通信信道提供单极化信号。所述紧凑型四通转换器包括四个设于一端并朝向不同方向以接收/发送单极化信号的接线端以及一个设于另一端用于接收/发送双极化信号的接线端。
文档编号H01P5/12GK103138036SQ20131004669
公开日2013年6月5日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者东君伟, 吴中林, 熊国辉 申请人:广东通宇通讯股份有限公司