波导型去镜像滤波器以及使用该滤波器的单边带接收器、分频器和边带分离接收器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明关于波导型去镜像滤波器以及使用该滤波器的单边带接收器、分频器和边 带分离接收器。
【背景技术】
[0002] 外差式接收系统是已知的，其从天文对象和大气小分子接收频谱。例如，最近的研 究结果正确定包括气体和灰尘的稀薄星际物质产生恒星；且稀薄星际物质发射在毫米或亚 毫米的振荡频率带内的电磁波，该振荡频率由与该星际物质的分子的旋转运动相关联的每 一个分子种类来确定。这些电磁波被观察已知得到关于恒星产生和演变的研究结果。已知 用于观察电磁波的设备是无线电望远镜。例如为了通过使用超导体绝缘体超导体（SIS)来 观察臭氧频谱发射，已经知道了用于在大气层中测量臭氧的系统。
[0003] 天文对象的电磁波和大气分子是极难察觉到的且需要被放大。但是，不容易放大 电磁波，因为来自接收器的噪声达到了用于信号处理的相当的水平。此外，放大设备很难得 至IJ，其可以直接放大在称为毫米和亚毫米带的频带的波。因此，在频率上稍微与电磁波信号 (射频信号或RF信号）不同的局部振荡器信号（L0信号）被生成；以及电磁波信号和局部 振荡器信号被混在一起以得到这些频率的差。这使得高频带内的信号被转换成在低频带内 的容易处理的中间频率信号（IF信号）。这是称为上述的外差式接收系统，且用于该系统的 频率转换器称为混合器。
[0004] 使用该混合器的外差式接收系统输出两个频带（高频波和低频波），其中L0信号 的频率（fj被配置为是IF信号的中心。该IF带称为边带；且特别的在高频波侧的边带 称为上边带（USB)，而在低频波侧的边带称为下边带（LSB)(见图16)。两个IF带从混合器 中得到，频率正好相同。这称为双边带（DSB)模式。为了独立观察波，IF带被分成USB和 LSB。这称为单边带（SSB)模式。该观察是通过使用USB信号和LSB信号之一来执行的，例 如仅USB信号被使用。在这种情况中，通过使用滤波器来消除LSB带。经过滤波器的信号 被放大并被观察。应当被观察的带（例如USB)称为信号带，而应当被消除的带（例如LSB) 被称为镜像带（imageband) 〇
[0005] 为了有效观测来自天文对象和大气分子的频谱，必须有效消除来自应当被观测的 信号的镜像带的噪声和干扰。由于天文对象的频谱强度根据接收器的边带比（信号带与镜 像带之间的敏感度比）而变化，单边带接收器很明显能精确测量频谱。一般已知的单边带 接收器是使用利用光学元件的Martin-Puplett型频率滤波器的准光学接收器。
[0006] 同样已知的单边带接收器是使用带阻滤波器消除来自外差式接收器的镜像带的 接收器（例如见专利文献1和非专利文献1)。这种用于消除镜像带的带阻滤波器也称 为去镜像滤波器。专利文献1公开了用于通过平衡双超导体混合器分离双边带的系统 (2-backshort)。去镜像滤波器是用于消除不必要的信号或抑制电磁干扰的基本组件之一。 已经开发了使用波导的一些组镜像滤波器。该波导是在毫米和亚毫米带中使用的传输线之 o
[0007] 图17示出了指出非专利文献1中公开的传统波导型去镜像滤波器的结构示例的 说明图。图17(a)示出了主要部分的立体图，以及图17(b)示出了主部分的度量示例。该 度量以毫米（_)单位指示的。如图17中所示，传统波导型去镜像滤波器100包括主轨迹 101，其宽宽度表面具有置于其上的多个共振器103,其间隔大约四分之三个管间波长，共振 器用作具有一个半管间波长的长度的波导。主轨迹101通过虹膜105连接到每个共振器 103。主轨迹101是宽度为2. 54mm且虹膜105的开口宽度是1. 10mm，方向朝向图17(b)示 出的主轨迹的背面。
[0008] 图18指出了构成图17的去镜像滤波器的两个波导块之一的外形。在该图中，附图 标记101、103和105分别指与图17(b)的轨迹101、共振器103和虹膜105差不多的组件。 图19是示出使用图17的去镜像的臭氧测量系统的结构示例的框图（见非专利文献1)。该 臭氧测量系统通过在喇叭天线与SIS混合器之间设置图17的去镜像滤波器来增加镜像信 号消除比。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本未审查专利申请公开号2004-343654
[0012] 非专利文献
[0013] 非专利文南犬 1 :Asamaya，Shin'ichiro、HideoOgawa、YoshinoriYonekura,Kazuji Suzuki、AkiraMizuno,HiroyukiIwashita和TakashiNoguchi."WaveguideBand-Stop FilterasanImageRejectionFilterforMeasurementofStratospheric Ozone.''InternationalJournalofInfraredandMillimeterWaves,vol. 24. 11 期? 2003 年 11 月：1833-1839.
【发明内容】
[0014] 本发明要解决的问题
[0015]图17中示出的具有完整结构的波导块需要在微米级的切割精度以适用于毫米和 亚毫米带。但是不容易满足该切割精度要求。更具体地，满足该切割精度要求遇到问题例 如额外切割和组装。因此，期望波导型去镜像滤波器适用于大批量制造。
[0016] 图17中示出的传统波导型去镜像滤波器反射阻带内的无线电波，且这导致由于 反射波和该系统中的干扰导致的驻波。在特别是毫米或亚毫米远程感测期间，该系统中的 驻波损坏得到的数据；因此，不必要的频率分量需要在无线电波吸收器处被终止，导致该去 镜像滤波器的结构更复杂。
[0017] 在上述环境中设计了本发明且本发明用于提供波导型去镜像滤波器，其适用于大 批量制造并抑制阻带内的反射波导致的特性降级。本发明还提供使用上述的去镜像滤波器 的单边带接收器、分频器和边带分离接收器。
[0018] 解决该问题的方式
[0019] (1)本发明提供去镜像滤波器，包括波导型90度混合耦合器，其具有用于接收毫 米或亚毫米带内的输入信号的输入端口、用于将该输入信号一分为二并分别输出该分开的 信号的第一和第二输出端口，其中该一个信号偏离另一个信号90度相位，以及用于输出该 信号的分路端口； 一对带通滤波器：波导型第一带通滤波器，其一端与该第一输出端口连 接，以及波导型第二带通滤波器，其一端与第二输出端口连接；以及一对无线电波吸收终 端：连接到第一带通滤波器的另一端的第一无线电波吸收终端和连接到第二带通滤波器的 另一端的第二无线电波吸收终端。
[0020] 本发明提供单边带接收器，包括去镜像滤波器；用于输出外差式接收的局部振荡 器信号的局部振荡器；具有两个输入端口和一个输出端口的親合器，其中一个输入端口被 连接到去镜像滤波器且另一个输入端口连接到局部振荡器，其中该耦合器将已经通过该去 镜像滤波器的输入信号耦合到局部振荡器信号并从输出端口输出这些信号；以及连接到输 出端口的混合器，其中该混合器混合已经通过去镜像滤波器的输入信号和局部振荡器信号 并输出中间频率信号，以及其中去镜像滤波器被配置成外差式接收策略以拦截该外差式接 收中涉及的USB带和LSB带中的一者。
[0021] (3)本发明提供波导型分频器，包括波导型前混合耦合器，具有用于接收输入信号 的前输入端口，和用于分别输出分开的输入信号的前第一和前第二输出端口，其中一个信 号偏离另一个信号90度相位，以及用于输出该信号的前分路端口；一对带通滤波器：波导 型第一带通滤波器，其一端与前第一输出端口连接，以及波导型第二带通滤波器，其一端与 前第二输出端口连接；波导型后混合耦合器，具有后输入端口、后第一和后第二输出端口以 及后分路端口，其中该后输入端口与第一带通滤波器的另一端连接以及后分路端口与第二 带通滤波器的另一端连接；以及连接到后第一输出端口的无线电波吸收终端。
[0022] (4)本发明提供使用分别用于USB和LSB的上述两个分频器的边带分离接收器，其 中前分频器的前分路端口连接到后分频器的前输入端口，边带分离接收器，包括两个分频 器：前分频器，其允许USB通过一对带通滤波器，和后分频器，其允许LSB通过一对带通滤波 器；局部振荡器，用于输出用于外差式接收的局部振荡器信号；USB混合器，其一个输入被 连接到USB分频器的后第二输出端口；USB去镜像滤波器，其一端连接到USB混合器的另一 输入，并被配置用于拦截USB带的背短（backshort);设置在USB去镜像滤波器的另一侧的 USB耦合器，用于发送局部振荡器信号到USB混合器；LSB混合器，其一个输入被连接到LSB 分频器的后第二输出端口；LSB去镜像滤波器，其一端被连接到LSB混合器的另一输入并被 配置用于拦截LSB带的背短；以及设置在LSB去镜像滤波器的另一侧的LSB耦合器，用于发 送局部振荡器信号给LSB混合器。
[0023] 本发明的效果
[0024] 本发明的去镜像滤波器（1)包括90度混合耦合器、一对带通滤波器以及一对无线 电波吸收终端；因此该滤波器容易被处理并适合大批量制造。此外，由于去镜像滤波器的一 对无线电吸收终端吸收应当被拦截的频带内的反射波，因此去镜像滤波器可以抑制不想要 的带的反射导致的特性降级。
[0025] 单边带接收器（2)包括去镜像滤波器、用于耦合已经通过去镜像滤波器的输入信 号和局部振荡器信号的耦合器、以及混合器；因此该接收器容易被处理并可以通过抑制反 射得到大边带比（去镜像比）。此外，由于该接收器使用无源波导电路；因此该接收器可以 最小化非周期变化并可以即使在长期使用后也可以稳定保持边带比。
[0026] 分频器（3)包括前和后混合耦合器、一对带通滤波器以及无线电波吸收终端；因 此该分频器容易被处理并可以被配置为无源波导电路，结果是该分频器可以长期稳定保持 其特性。
[0027] 边带分离接收器（4)包括USB和LSB分频器、一对混合器、一对去镜像滤波器和一 对耦合器；因此该接收器容易被处理并可以通过抑制反射而实现大边带比。
[0028] 本发明将进一步详细描述。
[0029] 在本发明中，可以由波导电路来实现90度混合耦合器；带通滤波器；以及无线电 波吸收终端。波导电路是无源电路并可以带来优点，例如最小化非周期变化并提供稳定特 性。此外，这些波导电路可以与其他波导电路相比相对简单实现其结构；因此这些电路容易 被切割并适用于大批量制造。这同样适用于耦合器和混合器。
【附图说明】
[0030][图1]图1是示出本发明的去镜像滤波器的结构组件以及这些组件如何连接的框 图；
[0031][图2]图2是示出本发明的去镜像滤波器的频率特性的示意图；
[0032][图3]图3示出了本发明的去镜像滤波器的示意性详细结构的外部立体图；
[0033][图4]图4是示出图3的去镜像滤波器中的90度混合耦合器的频率特性的图；
[0034][图5]图5是示出图3的去镜像滤波器中的BPF的频率特性的图；
[0035] [图6]图6是示出图3的去镜像滤波器的频率特性的图；
[0036][图7]图7是示出本发明的实施方式的单边带接收器的结构的框图；
[0037][图8]图8提供在图7的单边带接收器的每个部分的信号的示例频率特性的图；
[0038] [图9]图9示出了图7的单边带接收器的立体外部视图；
[0039] [图10]图10是示出了本发明的实施方式的波导型分频器的基础结构的框图；
[0040] [图11]图11提供了示出图10的基础块的频率特性的图；
[0041][图12]图12是示出本发明的实施方式的波导型分频器的结构的