具有内部信号调整的功率分割和重组网络的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请设及发明人PaulJ.Tatomir和JamesM.Barker于2014年6月24日同一 天提交的题为"增强的混合T形禪合器"的美国专利申请序列号14/313,400。
技术领域
[0003] 本发明总体上设及卫星通信系统，更具体地，总体上设及卫星通信系统中所使用 的混合矩阵网络。
【背景技术】
[0004] 在当今现代化社会，卫星通信系统已经变得很普遍。现在，在绕地球的各个轨道 上存在多种类型的通信卫星W发出和接收大量信息。例如，远程通信卫星用于微波无线电 中继和移动应用，诸如，例如与船只、车辆、飞机、个人移动终端的通信、互联网数据通信、电 视、W及无线电广播等。又例如，关于互联网数据通信，也存在对洲际和国内航班飞行中 Wi-Fi饭互联网连接的逐渐增长的需求。不幸的是，由于运些应用，一度存在对使用更多的 通信卫星和增加运些通信卫星的各个带宽容量的逐渐增长的需求。此外，典型的卫星波束 服务区域和应用水平在卫星上是固定的，并且一旦采购卫星并且将其放置在轨道上，则供 应商通常不能对其做出改变。
[0005] 增加带宽容量的已知方法利用了高水平频率复用和/或点波束技术，其能够支持 跨多个窄聚集点波束进行频率复用。然而，运些解决方法通常利用输入和输出混合矩阵网 络，运一般需要在混合矩阵网络中具有非常宽的带宽混合元件。此外，运还通常包括对运些 混合矩阵网络中的更大功率放大和处理的需求。不幸的是，已知混合元件通常致使跨接混 合矩阵网络的端口产生可变、不受约束的相位分裂，从而需要经过特殊处理W在与混合矩 阵网络相关联的矩阵放大器中进行正确地调整相位。具体地，诸如混合禪合器等的已知混 合元件通常是不能W非常宽的带宽运行的有限带宽器件。
[0006] 具体地，在图1中，示出了已知混合禪合器100的俯视立体图。本领域普通技术人 员应当认识到，混合禪合器100通常被称之为"魔T"禪合器（也被称为"混合T接头"、"混 合T形禪合器"、或者"魔T形禪合器"）。混合禪合器100包括限定第一端口 104的第一波 导102、限定第二端口 108的第二波导106、限定第S端口 112的第S波导110、W及限定第 四端口 116的第四波导114。通常，第一波导102与第二波导106共线，并且第一波导102、 第二波导106、第=波导110、W及第四波导114在单个公共接头118处汇合。混合禪合器 100是电（"E")与磁（"H") "T形"的组合，其中，第S波导110与第一波导102和第二波 导106形成E平面接合，并且第四波导114与第一波导102和第二波导106形成H平面接 合（junction，）。应当认识到，第一波导102与第二波导106被称为混合禪合器100的"侧" 臂或者"共线"臂。第S端口 112还被称为H平面端口（即，求和端口（也被示出为X-端 口））或者平行端口，并且第四端口 116还被称为E平面端口（即，差分端口（也被示出为 A-端口））或者串行端口。
[0007] 由于在各个端口 104、108、112、W及116之间分割功率的方式，所W混合禪合器 100被称为"魔T形"。如果分别同时匹配E平面端口 112和H平面端口 116,则通过能量的 对称、互易性、W及守恒，两个共线端口（104和108)匹配并且彼此"魔法般地"隔离。
[000引在操作实施例中，进入第一端口 104的输入信号120分别在第S端口 112 (即，E平面端口）和第四端口 116(即，H平面端口）处产生输出信号122和输出信号124。同样， 进入第二端口 108的输入信号126也分别在第=端口 112和第四端口 116处产生输出信号 122和124,（但不同于输出信号124)，其中，对应于第二端口 108处的输入信号126产生的 输出信号122的极性相对于对应于第一端口 104处的输入信号120产生的输出信号124的 极性为相反相位（即，180度异相位）。因此，如果分别将输入信号120和126馈送至第一 端口 104和第二端口 108,则第四端口 116处的输出信号124是对应于第一端口 104的输入 信号120和第二端口 108的输入信号126的两个独立输出信号的组合（即，总和），并且第 S端口 112处的输出信号122是等于对应于第一端口 104的输入信号120与第二端口 108 的输入信号126的两个独立输出信号之差的组合信号。
[0009] 进入第=端口 112的输入信号128分别在第一端口 104和第二端口 108处产生输 出信号130和132,其中，输出信号130和132是相反的相位（即，彼此为180度的异相位）。 同样，进入第四端口 116的输入信号134也分别在第一端口 104和第二端口 108处产生输 出信号130和132 ;然而，输出信号130和132为同相。产生的理想魔T形的完整散射矩阵 (其中，所有的单独反射系数均被调整为零）则为：
[0011] 不幸的是，假定的该混合禪合器100是现实中并不存在的理想魔T形。为了正确运 行，混合禪合器100必须整合某种类型的内部匹配结构（未示出），诸如H平面T形（即，第 四端口 116)内的接线柱（未示出）和E平面（即，第S端口 112)内可能的电感膜片（未 示出）。由于混合禪合器100内需要在性质上为频率相关的某种类型的内部匹配结构，所W 产生的具有内部匹配结构的混合禪合器100仅在有限的频率带宽（即，窄带宽上）内正确 地运行。
[0012] 因此，存在对解决运些问题的改善混合矩阵网络及相应混合元件的需求。
【发明内容】
[0013] 描述了一种具有内部信号调整的功率分割和重组网络（"PDRN")。作为实现PDRN 的实施例，PDRN可包括用于将具有第一幅度值的输入功率信号分成八个中间功率信号的装 置，其中，每个中间功率信号均具有近似等于第一幅度值的八分之一的中间幅度值。
[0014] 在实现PDRN的另一实施例中，PDRN可包括8乘8混合矩阵波导网络（"8x8MWN")。 8x8MWN可包括第一 4乘4矩阵波导网络（"4x4MWN")、第二4x4MWN、W及自第一 4x4MWN和 第二4x4MWN的多个波导行进。每个4x4MWN均可包括第一、第二、第=、W及第四增强混合T 形禪合器（"EHT-禪合器")，其中，第一EHT-禪合器分别经由4X4MWN的第一信号路径和第 二信号路径与第SEHT-禪合器和第四EHT-禪合器进行信号通信，并且其中，第二EHT-禪 合器分别经由4x4MWN的第S信号路径和第四信号路径与第SEHT-禪合器和第四EHT-禪 合器进行信号通信。
[0015] 该多个波导行进限定从第一 4x4MWN和第二4x4MWN至第九EHT-禪合器、第十 EHT-禪合器、第^^一EHT-禪合器、W及第十二EHT-禪合器的多个信号路径。第九EHT-禪 合器经由该多个信号路径中的第一信号路径和第二信号路径与第一 4X4MWN的第四EHT禪 合器和第二4X4MWN的第SEHT-禪合器进行信号通信，并且第十EHT-禪合器经由该多个信 号路径中的第S信号路径和第四信号路径与第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN 的第四EHT-禪合器进行信号通信。此外，第十一EHT-禪合器经由该多个信号路径中的第五 信号路径和第六信号路径与第一 4x4MWN的第四EHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪 合器进行信号通信，并且第十二EHT-禪合器经由该多个信号路径中的第屯信号路径和第 八信号路径与第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第四EHT-禪合器进行信号 通信。
[0016] 在实现PDRN的又一实施例中，PDRN可包括用于将具有第一幅度值的输入功率信 号分成八个中间功率信号的装置，其中，每个中间功率信号均具有等于第一幅度值的约八 分之一的中间幅度值。PDRN还可包括用于处理中间功率信号的装置和用于将中间功率信号 组合成单个输出功率信号的装置。
[0017] 而且，在实现PDRN的另一实施例中，PDRN还可包括两个8x8MWN和与两个8x8MWN 进行信号通信的多个设备。第一 8x8MWN可包括第一 4x4MWN和第二4x4MWN、W及从第一 4x4MWN和第二4x4MWN至第九EHT-禪合器、第十EHT-禪合器、第^^一EHT-禪合器、W及第 十二EHT-禪合器的多个波导行程（run)。第九EHT-禪合器经由第一信号路径和第二信号 路径与第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器进行信号通信，并 且第十EHT-禪合器经由第S信号路径和第四信号路径与第一 4X4MWN的第四EHT-禪合器 和第二4X4MWN的第四EHT-禪合器进行信号通信。此外，第十一EHT-禪合器经由第五信号 路径和第六信号路径与第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器 进行信号通信，并且第十二EHT-禪合器经由第屯信号路径和第八信号路径与第一 4X4MWN 的第四EHT-禪合器和第二4x4MWN的第四EHT-禪合器进行信号通信。与两个8X8MWN进行 信号通信的多个设备可包括直通式波导、移相器、固态放大器、W及行波管（"TWTA")放大 器。
[001引当浏览下列图和细节描述时，本发明的其他设备、装置、系统、方法、特征、W及优 点将是或者将变得对本领域技术人员显而易见。旨在使所有运样的额外系统、方法、特征、 W及优点被包括在该描述中、落在本发明范围内、受所附权利要求保护。
【附图说明】
[0019] 通过参考下列图，将更好地理解本发明。图中的部件无需按比例绘制，而是重点在 于说明本发明的原理。在图中，贯穿不同示图，类似参考标号指定相应部分。
[0020] 图1是已知混合禪合器的俯视立体图。
[002。 图2A是实现根据本发明的增强混合T形禪合器（"EHT-禪合器"）的实施例的俯 视立体图。
[002引图2B是示出了根据本发明的沿着图2A中所示平面A-A'截取的第一、第二第立、 第四、W及第五阻抗匹配元件的后视图。
[0023] 图2C是示出了根据本发明的沿着图2A中所示平面B-B'截取的第一、第二、第=、 第四、第六、W及第八阻抗匹配元件的侧视图。
[0024] 图2D是示出了根据本发明的沿着图2A中所示的平面B-B'截取的第一、第立、第 五、第六、W及第屯阻抗匹配元件的侧视图。
[00巧]图沈是示出了根据本发明的沿着平面C-C'截取的第一、第屯、W及第八阻抗匹配 元件的俯视图。
[0026] 图2F是示出了根据本发明的沿着平面C-C'截取的第二、第S、第四、第五、第六、 第屯、W及第八阻抗匹配元件的仰视图。
[0027] 图3A是实现根据本发明的图2A至图沈中所示的第一阻抗匹配元件的实施例的 侧视图。
[002引图3B是根据本发明的图3A中所示的第一阻抗匹配元件的俯视图。
[0029] 图4A是实现根据本发明的具有四个EHT-禪合器的4乘4矩阵波导网络 ("4x4MWN")的实施例的俯视图。
[0030] 图4B是根据本发明的图4A中所示的4x4MWN的正视图。
[0031] 图4C是根据本发明的图4A和图4B中所示的4x4MWN的侧视图。
[0032] 图4D是实现根据本发明的图4A中所示的4x4MWN的第一桥接的实施例的侧视图。
[0033] 图4E是实现根据本发明的图4A中所示的4x4MWM的第二桥接的实施例的侧视图。
[0034] 图4F是实现根据本发明的（图4A、图4B、图4C、图4D、W及图4E中所示的）4x4MWM 的第一桥接和第二桥接的实施例的立体俯视图。
[003引图5是根据本发明的图4A至图4D所示的4x4MWN的俯视图，示出了第一输入信号 进入第一输入端口、经过4x4MWN、并且流出第一输出端口和第二输出端口的信号流。
[0036] 图6A至图抓是根据本发明的表示图5中所示的4x4MWN的电路的电路图。
[0037] 图7A是根据本发明的图5中所示的分别经由第一信号路径和第二信号路径与第 五WHT-禪合器和第六EHT-禪合器进行信号通信的4x4MWN的俯视图。
[0038] 图7B是根据本发明的图7A中所示的4x4MWN的俯视图。
[0039] 图8A是根据本发明的图7中所示的分别经由第S信号路径和第四信号路径与第 屯EHT-禪合器和第八EHT-禪合器进行信号通信的4X4MWN的俯视图。
[0040] 图8B是根据本发明的图8A中所示的分别经由第S信号路径和第四信号路径与第 屯EHT-禪合器和第八EHT-禪合器进行信号通信的4X4MWN的侧视图。
[0041] 图9A是实现根据本发明的具有内部信号调整的功率分割和重组网络的实施例的 俯视图，内部信号调整采用8乘8混合矩阵波导网络（"8X8MWN")(采用图8A和图8B中所 示的 4x4MWN)。
[004引图9B是图9A中所示的8x8MWN的侧视图。
[0043] 图10是根据本发明的图9A和图9B中所示的PDRN的等效电路的电路图。
[0044] 图11是实现根据本发明的PDRN的实施例的框图。
[004引 图12是实现采用根据本发明所示的第一 8x8MWN和第二8x8MWN的PDRN的实施例 的俯视立体图。
【具体实施方式】
[0046] 描述了一种具有内部信号调整的功率分割和重组网络（"PDRN")。作为实现PDRN 的实施例，PDRN可包括用于将具有第一幅度值的输入功率信号分成八个中间功率信号的装 置，其中，每个中间功率信号均具有等于第一幅度值的约八分之一的中间幅度值。
[0047] 在实现PDRN的另一实施例中，PDRN可包括8乘8混合矩阵波导网络（"8x8MWN")。 8x8MWN可包括第一 4乘4矩阵波导网络（"4x4MWN")、第二4x4MWN、W及始于第一 4x4MWN 和第二4x4MWN的多个波导行程。每个4x4MWN均可包括第一、第二、第=、W及第四增强混 合T形禪合器（"EHT-禪合器"），其中，第一EHT-禪合器分别经由4X4MWN的第一信号路 径和第二信号路径与第=EHT-禪合器和第四EHT-禪合器进行信号通信，并且其中，第二 EHT-禪合器分别经由4x4MWN的第S信号路径和第四信号路径与第SEHT-禪合器和第四 EHT-禪合器进行信号通信。
[004引该多个波导行程限定从第一 4x4MWN和第二4x4MWN至第九EHT-禪合器、第十EHT-禪合器、第^^一EHT-禪合器、W及第十二EHT-禪合器的多个信号路径。第九EHT-禪 合器经由该多个信号路径中的第一信号路径和第二信号路径与第一 4X4MWN的第四EHT-禪 合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器进行信号通信，并且第十EHT-禪合器经由该多个信 号路径中的第S信号路径和第四信号路径与第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN 的第四EHT-禪合器进行信号通信。此外，第十一EHT-禪合器经由该多个信号路径中的第五 信号路径和第六信号路径与第一 4x4MWN的第四EHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪 合器进行信号通信，并且第十二EHT-禪合器经由该多个信号路径中的第屯信号路径和第 八信号路径与第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第四EHT-禪合器进行信号 通信。
[0049] 在实现PDRN的又一实施例中，PDRN可包括用于将具有第一幅度值的输入功率信 号分成八个中间功率信号的装置，其中，每个中间功率信号均具有等于第一幅度值的约八 分之一的中间幅度值。PDRN还可包括用于处理中间功率信号的装置和用于将中间功率信号 组合成单个输出功率信号的装置。
[0050] 而且，在实现PDRN的另一实施例中，PDRN还可包括两个8x8MWN和与两个8x8MWN 进行信号通信的多个设备。第一 8x8MWN可包括第一 4x4MWN和第二4x4MWN、W及从第一 4x4MWN和第二4x4MWN至第九EHT-禪合器、第十EHT-禪合器、第^^一EHT-禪合器、W及第 十二EHT-禪合器的多个波导行程。第九EHT-禪合器经由第一信号路径和第二信号路径与 第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器进行信号通信，并且第 十EHT-禪合器经由第S信号路径和第四信号路径与第一 4x4MWN的第四EHT-禪合器和第 二4X4MWN的第四EHT-禪合器进行信号通信。此外，第十一EHT-禪合器经由第五信号路径 和第六信号路径与第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器进行 信号通信，