专利名称：多信道馈送网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微波波导馈送网络，其包含一个端口，通常是由用于连接天线的圆波导或方波导组成；及附加端口，用于连接一个或多个发射器及/或接收器。本专利申请案更特别涉及在卫星通信中应用的这种微波馈送网络。
背景技术：
一种用于在一个天线与一个发射器与接收器之间传送微波信号的传统馈送网络为一种正交模式转换器(″OMT″)。如图1A及1B所示，该OMT为三端口装置，其包含一圆波导端口100，用于连接一个天线；及两个方形波导端口102及104，每个端口都是用于连接一个发射器及/或一个接收器。在卫星通信中，该OMT经常用于将端口102与104处的正交极化馈送至与连接到一个天线的端口100，或者将来自端口100的正交极化馈送至端口102与104。由端口102及104提供的这些两个正交极化可涵盖相同或不同的频率。
随着对无线通信需求的增加，通信系统的传输及接收容量也必须随之增加。由一个天线提供的信号，必须供给两个以上的端口，这些端口中的每一个可能具有不同的极化条件或不同的频率范围。为了增加一个传统OMT的容量，诸如滤波器、切换器及耦合器等网络元件必须连接到OMT的方形波导连接端口，以将一个信号在该圆波导天线连接端口至附加波导端口之间进行分配。
发明内容
本发明提供一种信道容量相对OMT有提高的网络。依据本发明的网络，能够使一个系统容量升级，而无需额外的滤波器、切换器或耦合器来增加一个传统OMT上的可用的端口。
依据本发明的多信道网络进一步提供各种极化，以在一个波导(其连接到一个天线)与附加连接端口之间传送一个信号。例如，该网络可支持线极化、右旋或左旋圆极化、双线极化、或双圆极化。
依据本发明的多信道网络，其进一步具有能够以低成本压铸方法来制造的能力。
依据本发明的多信道网络，其包含一个主波导区段(方形或圆形)，其用于传送两个正交极化；一个同轴低通区段，其具有与主波导区段相同的剖面；以及一个与主波导区段垂直相交的高通区段。该低通区段包含一个带阻滤波器(BRF)，该带阻滤波器为美国专利第5,739,734号所揭示滤波器的修改版。低频及高频波导通道区段之间的隔离度是由该滤波器(它包括该BRF及作为滤波器使用的高通波导区段)的衰减性能所产生的。该BRF对交叉极化信号的有限干扰，是来自于馈送网络的几何对称性。
可配置该馈送网络以支持多个不同极化形式。该馈送网络能够为高频带及低频带提供两个正交线极化。为高频带提供正交线极化是通过增加额外的高通区段(其通过功率分配器来连接)，而对于低通带提供正交极化是通过增加一个传统的OMT。在该天线与主波导区段间增加一个极化器，使得该高通区段及低通区段均可支持左旋或右旋圆极化。通过增加一个90°混合耦合器(hybrid coupler)，该高通区段能够独自支持圆极化。通过在该低通区段之后增加一个极化器和OMT，该低通区段能够支持圆极化。通过使用两个90°混合耦合器及个两功率分配器，可形成一个网络，以支持双圆极化或双线极化。
以下根据特定实施例并参照如下图示来说明本发明。
图1A及1B为一个传统的三连接端口OMT的透视图；图2为一个依据本发明的多信道馈送网络的框图；图3A为图2的馈送网络的一个实施例的透视图；图3B为图3A的馈送网络的切割透视图；图3C为图3A的馈送网络的低通区段的剖面图；图4为一个传统OMT的框图，该传统OMT与图2的多信道馈送网络连接；图5所示的框图显示在图4的配置中增加额外高通连接端口的情形；图6为图5中组件(其由OMT分离)的一个透视图；图7为两个振幅相同的功率分配器，它们用于与图5的额外高通连接端口连接，以能够提供两个高通输出；图8为图5及图7的组合结构，该结构中增加有一个额外的极化器，以支持右旋及左旋圆极化；
图9显示图5所示电路中的低通区段及该传统OMT间插入一个极化器700的情形，借此使该低频带独自支持圆极化；图10显示附加组件，这些组件可连接到图9的高频区段，以使高频独自支持圆极化；图11显示附加组件的框图，这些组件可连接到图5或图9的高通区段，以使高通区段独自支持双圆极化；图12显示附加组件的一个框图，这些组件可连接到图5或图9的高通区段，以使高频区独自支持双线极化；图13显示图11的组件形成的一个配置，该配置能使这些组件压铸在同一的平面；图14显示图12的组件形成的一个配置，该配置能使这些组件压铸在同一的平面。
具体实施例方式
图2显示依据本发明的一个多信道馈送网络的框图。该多信道馈送网络包含一个公共波导区段200、一个高通区段202和一个同轴低通区段204。图3A显示图2所述馈送网络的一个实施例的透视图。图3B显示图3A所述馈送网络切成一半的透视图。为了方便说明，图3A及3B中与图2中组件相同的组件，将赋予相同的组件符号，并且在后续图示中的组件也采用相同的方式来标示。
图2中的公共波导区段200可以是具有圆形、方形或任何形状的剖面的波导，该波导可支持两种极化或正交传导模式。图3A及3B所示的公共区段200为一个圆波导。
高通区段202用作一个低频信号滤波器，并用作一个与公共波导区段200相垂直的信道路径。通过控制高通滤波器区202的长度，可得到对低通区段204的隔离度。垂直高通通道202不会对该公共波导区段200的交叉极化造成任何严重的干扰。
低通区段204(其与公共区段200同轴)包含一个带阻滤波器(BRF)，该带阻滤波器能使低频信号通过并阻绝高频信号。低通区段204的剖面如图3C所示，具有切割形成该带阻滤波器的槽，并且除了槽210之外，其与公共波导区段200相类似。该带阻滤波器的槽可具有锥度，以便该网络能够以压铸成形且易于从一个模具来拔模。该带阻滤波器由分别沿着一x轴及一y轴的两个渐消式滤波器开口所形成，该开口呈几何对称，均供双正交极化用。该带阻滤波器开口的对称性能够维持整个馈送网络的交叉极化，仅受有限的干扰。低通区段204与高通区段202之间的距离相当重要，因为该距离会使该带阻滤波器开口对高通通道202而言成为短路(short)或开路(open)。当高通区段202制造成一个方形波导(如图3A及3B所示)，该高频通道可承载一种极化。图3A及3B所示的低通区段204为圆形，容许该低通通道载有两个正交极化。图3A及3B中所示的该基本馈送网络的功能，可依如下内容进行扩充。
如欲隔离低通区段204的交叉极化组件，如图4所示一般，一个传统OMT 400可使其圆形波导连接端口连接到低通区段204的圆形连接端口214。当该正交信号分配于该OMT的方形连接端口1和2时，该OMT可对该正交信号提供良好的隔离度。如图4所示连接该OMT的另一优点在于，该方形连接端口1和2会与主要在发射器和接收器上可见的标准接口更兼容。
如需要额外的高通连接端口，可在图4中的配置内增加额外的高通区段202a至202d，如图5所示，提供连接端口5、6、7和8。图6(类似于图3A)显示图5的一个馈送网络的一个透视图，该馈送网络包含一个公共区段200、一个低通区段204和四个正交高通区段202a、202b、202c及202d(相对于图3的单一高通区段202)，且不包含图5的OMT 400。
通过包含四个高通区段202a至202d，可将两振幅相同的功率分配器/合成器500及502(如图7所示)接至图5的连接端口5至8，而与该高通区段202a至202d连接，以形成两个高通连接端口3和4。两个实际相隔180度的高通连接端口5和6(或7和8)的输出，是通过各相对的功率分配器500和502来合成信号，以包含构成该原始高通信号的一个极化的所有模式。高通区段202a至202d及功率分配器500及502的几何对称，使得在连接端口3和4上供应的电磁模式或信号非常纯。在这两个高通输出连接端口3与4之间，该交叉极化会具有高隔离度。因此，这两个高通连接端口3与4能够在此馈送网络，在高频上激励两个正交极化波。如上所述，即使通过四个高通区段202a至202d，该低通区段的连接端口1及连接端口2提供的这两个线性正交极化，仍可包含于该馈送电路。
图5的结构可通过使图7的多个高通区段及功率分配器，如图8所示，连接到一个极化器800，以同时支持右旋圆极化(RHCP)与左旋圆极化(LHCP)。如图8所示，该极化器800连接到一个天线与该公共波导区段200的连接端口之间。至于该低通区段，当选择连接端口1或2来支持右旋圆极化时，连接到该极化器800的另一连接端口会自动支持左旋圆极化。同理也适用于由该高通区段的连接端口3与4提供右旋和左旋圆极化的情况。
如图9及10所示，该低频及高频带也可个别加以极化。图9中，通过将一个极化器700插入低通区段204与图5所示电路的传统OMT400之间，该低频带可用于支持圆极化。通过在图9的电路中增加图10中的组件，该高频区能够个别对圆极化进行支持。图10中，一个90°混合3dB耦合器702连接到两个功率分配器500及502(如图7)而形成连接端口3和4，以使高频连接端口3和4支持圆极化。如该网络仅要求该低频区或该高频区中的一个区来支持圆极化时，可从该系统移除该极化器700或该90° 3dB耦合器702中的任一个。
为使该传统圆极化馈送网络的效能达到最大化，该馈送天线的电压驻波比(VSWR)必须非常低。之所以需要一个低VSWR，其原因在于馈送网络与天线间的一个小量不匹配会导致在接口上产生反射波，该接口上的极化会发生变化(例如由RHCP至LHCP及RHCP至LHCP)，导致连接的馈送网络上产生多重反射波。但是，一个因为圆极化轴比(axial ratio)失配而具有较高VSWR的天线的性能，利用本发明的馈送网络，可通过以匹配负载来终结正交连接端口来加以改善。例如，如果使用了一个轴不匹配的天线，且该天线欲使用连接端口1及连接端口4(如图8)来进行传送和接收时，可通过终结连接端口1和4来改善该天线的性能。如此一来，由该馈送天线反射的不匹配信号将在连接端口2及3被吸收，进而使由于一个轴不匹配而导致偏高的VSWR所带来的影响降至最低。一种类似的方法也适用于图9及10所示的配置。
在使一个离散90°混合3dB耦合器连接到连接端口3和4时，可利用同轴连接器及相位匹配电缆来达成。但是，制作以连接器相连的独立组件的缺点之一在于成本会增加。为实现一种低成本且结构较简单的馈送网络，可将整个馈送网络(包括该耦合器及功率分配器)形成于单一平面，该平面能够通过实施一次低成本压铸来形成。
图11为一个显示了附加组件的框图，这些附加组件能够连接到图5或图9所示的高通区段的连接端口5、6、7及8，以使馈送网络提供双圆极化。如图所示，这些附加组件包含两个90° 3dB混合耦合器800及802，这些两个耦合器800及802连接到该高通波导连接端口5、6、7及8。连接端口8是经由一个1/2波长延迟线810而连接到该90度耦合器802。其余的连接端口5、6及7连接到相位匹配线。这些附加组件进一步包含功率分配器804及806，功率分配器804及806连接到多个输出连接端口(其为90°混合耦合器800及802的标示为9、10、11及12的连接端口)。该耦合器的连接端口10及11是通过1/4波长延迟线812及814连接到相对功率分配器802及800。连接端口9及12用相位匹配线连接。功率分配器804及806的输出连接端口3及4提供两个正交圆极化。
图12显示了附加组件的框图，可将这些附加组件连接到图5或图9所示的高通区段的连接端口5、6、7及8，以使该馈送网络提供双线极化。如图所示，这些附加组件包含两个90° 3dB混合耦合器900及902，混合耦合器900及902连接到高通波导连接端口5、6、7及8。连接端口6及连接端口7通过1/4波长延迟线910及912连接到耦合器900及902。其余连接端口5及8用相位匹配线连接。这些附加组件进一步包含功率分配器904及906，功率分配器904及906连接到多个输出连接端口(其为90° 3dB混合耦合器900及902的标示为9、1O、11及12的连接端口)。连接端口10是通过1/2波长延迟线913连接到功率分配器906。其余连接端口9、11及12用相位延迟线连接。功率分配器904及906的输出连接端口3及4提供两个正交圆极化。
如图13所示，图11的框图内的组件与一个公共波导区段及高通区段连接成一个配置，该配置能够使这些组件压铸在一个单一平面。混合器800及802能够使传输线在不会交叉的情况下形成配置，使得上述配置能够在一个单一平面上。例如，如果没有这些混合耦合器800及802时，一个由连接端口7至功率分配器806的连接会与一个由连接端口5至功率分配器804的连接相交叉，导致该网络无法在一个单一平面上形成。同样地，如图14所示，图12的框图内的组件与一个公共波导区段及高通区段连接成一个配置，该配置能够使这些组件压铸在一个单一平面。
虽然，依上述特定内容对本发明做了说明，但上述内容仅为了告诉本领域的普通技术人员怎样利用本发明。如以下权利要求定义的本发明范围，在此范围内仍可有许多其它变通实施例。
权利要求
1.一种多信道馈送网络，其包含一个公共波导区段；一个低通波导区段，其实质上以一垂直角度连接至该公共波导区段，该低通波导区段包含波导，其具有一个剖面，该剖面实质上与该公共波导区段的剖面匹配；一个带阻滤波器，其由多个槽所形成，这些多个槽形成于该低通波导区段的波导内；及一个高通波导区段，其实质上以一垂直角度连接至该公共波导区段。
2.如权利要求1所述的多信道馈送网络，其中该公共波导区段包含一个圆形波导，其中该低通波导区段包含一个圆形波导，且其中该高通波导区段包含一个方形波导。
3.如权利要求1所述的多信道馈送网络，其以一种单一压铸来制造。
4.一种多信道馈送网络，包含一个公共波导区段；一个低通波导区段，其实质上以一垂直角度连接至该公共波导区段，该低通波导区段包含波导，其具有一个剖面，该剖面实质上与该公共波导区段的剖面匹配；一个带阻滤波器，其由多个槽所形成，这些多个槽形成于该低通波导区段的波导内；一个第一高通波导区段，其实质上以一垂直角度连接至该公共波导区段；一个第二高通波导区段，其实质上以一垂直角度连接至该公共波导区段，且实质上以一90度角度连接至该第一高通波导区段；一个第三高通波导区段，其实质上以一正交角度连接至该公共波导区段，且实质上以一90度角度连接至该第二高通波导区段；一个第四高通波导区段，其实质上以一正交角度连接至该公共波导区段连接，且实质上以一90度角度连接至该第三高通波导区段；一个第一功率分配器，其具有一个第一终端，其用于与该第一高通波导区段连接；一个第二终端，其用于与第三高通区段连接；及一个第三终端；及一个第二功率分配器，其具有一个第一终端，其用于与该第二高通波导区段连接；一个第二终端，其用于与第四高通区段连接；及一个第三终端。
5.如权利要求4所述的多信道馈送网络，其进一步包含一个正交模式转换器，其具有一个公共终端及两个附加终端，该公共终端与该低通波导区段耦合。
6.如权利要求4所述的多信道馈送网络，其进一步包含一个90°混合耦合器，其具有一个第一终端，其与该第一功率分配器的第三终端相耦合；一个第二终端，其与该第二功率分配器的第三终端相耦合；一个第三终端；及一个第四终端。
7.如权利要求5所述的多信道馈送网络，其进一步包含一个90°混合耦合器，其具有一个第一终端，其与该第一功率分配器的第三终端相耦合；一个第二终端，其与该第二功率分配器的第三终端相耦合；一个第三终端；及一个第四终端。
8.如权利要求5所述的多重信道馈送网络，其进一步包含一个极化器，其具有一个第一终端，其与该公共波导相连接；及一个第二终端，其与一个天线相连接。
9.如权利要求5所述的多信道馈送网络，其进一步包含一个极化器，其用于使该低通波导区段与该正交模式转换器相耦合。
10.如权利要求4所述的多信道馈送网络，其中该公共波导区段包含一个圆形波导，其中该低通波导区段包含一个圆形波导，且其中该第一、第二、第三及第四高通波导区段包含一个方形波导。
11.如权利要求5所述的多信道馈送网络，其进一步包含一个第一终端，其与该正交模式转换器的两个附加终端中的任一个相连接；及一个第二终端，其与该第一功率分配器及第二功率分配器两者中第三终端的任一个相连接。
12.一种多重信道馈送网络，包含一个共同波导区段；一个低通波导区段，其实质上以一正交角度连接至该公共波导区段，且包含波导，其具有一剖面，该剖面实质上与该公共波导区段的剖面匹配；一个带阻滤波器，其由多个槽所形成，这些多个槽形成于该低通波导区段的波导内；一个第一高通波导区段，其实质上以一正交角度连接至该公共波导区段；一个第二高通波导区段，其实质上以一正交角度连接至该公共波导区段，且实质上以一90度角度连接至该第一高通波导区段；一个第三高通波导区段，其实质上以一正交角度连接至该公共波导区段，且实质上以一90度角度连接至该第二高通波导区段；一个第四高通波导区段，其实质上以一正交角度连接至该公共波导区段，且实质上以一90度角度连接至该第三高通波导区段；一个第一90°混合耦合器，其具有一个第一终端，其与该第一高通区段相连接；一个第二终端，其与该第三高通波导区段相连接；一个第三终端；及一个第四终端；一个第二90°混合耦合器，其具有一个第一终端，其与该第二高通区段相连接；一个第二终端，其与该第四高通波导区段相连接；一个第三终端；及一个第四终端；一个第一功率分配器，其具有一个第一终端，其用于与该第一90°混合耦合器的第三终端连接；一个第二终端，其用于与该第二90°混合耦合器的第三终端连接；及一个第三终端；及一个第二功率分配器，其具有一个第一终端，其用于与该第一90°混合耦合器的第四终端连接；一个第二终端，其用于与该第二90°混合耦合器的第四终端连接；及一个第三终端。
13.如权利要求12所述的多信道馈送网络，其进一步包含一个1/2波导区段，其用于将该第四高通波导区段连接至该90°混合耦合器；一个第一1/4波导区段，其用于将该第一90°混合耦合器的第四终端连接至该第二功率分配器的第一终端；及一个第二1/4波导区段，其用于将该第二90°混合耦合器的第三终端连接至该第一功率分配器的第二终端。
14.如权利要求12所述的多信道馈送网络，其进一步包含一个第一1/4波导区段，其用于将该第二高通波导区段连接至该第二90°混合耦合器的第二终端；及一个第二1/4波导区段，其用于将该第三高通波导区段连接至该第一90°混合耦合器的第二终端。
15.如权利要求14所述的多信道馈送网络，其以一种单一压铸来制造。
全文摘要
一种多信道馈送网络，其包含一个主波导区段(方形或圆形)，用于连接一个卫星天线以传送两个正交极化。该馈送网络进一步包含一个低通区段，其在轴上与该主波导连接且具有与该主波导区段相同的剖面；及一个高通区段，其也垂直连接至该主波导。该低通区段包含一个带阻滤波器(BRF)，该带阻滤波器是由用于阻止较高频信号所切割的槽形成。该高通区段可以是一个长方形波导，用以滤除低频信号。可以配置该馈送网络以支持许多不同的极化。对于高频带，通过增加额外的以功率分配器连接的高通区段来提供正交线极化，对于低频带，则通过增加一个传统的OMT来提供正交线极化。
文档编号H01P1/213GK1605136SQ02825072
公开日2005年4月6日 申请日期2002年10月22日 优先权日2001年10月22日
发明者陈明辉, 谢荣展, 郑伟哲 申请人:胜利微波股份有限公司, 陈明辉