具有双偏振的紧凑型天线馈电器的制作方法

本申请通常涉及用于无线通信的设备，并且更特别地涉及在双发射机双接收机(2t2r)数字微波无线电装置中使用的具有双偏振的紧凑型天线馈电器。

背景

微波无线电装置在无线通信的回程连接中起越来越重要的作用。在一个外壳中的双发射机双接收机(2t2r)数字微波无线电装置提供优于传统的单发射机单接收机(1t1r)系统设计的优点，例如微波无线电装置的提高的性能和覆盖范围以及降低的成本。典型的2t2r系统包括具有集成的环行器和隔离器的天线耦合单元，其也被称为“环行器板”。常规2t2r系统设计通常具有将环行器板耦合到天线的外部偏振器，这不仅增加总系统尺寸，而且还增加系统的插入损耗和回程损耗以及制造成本和复杂性。

概述

本申请的目的是开发用于2t2r数字微波无线电系统的紧凑型双偏振天线馈电器，其将正交模变换器(omt)偏振器与环行器板集成在一起。

根据本申请的第一方面，天线馈电器包括正交模变换器(omt)偏振器、第一环行器和第二环行器。omt偏振器包括隔板、第一端口、第二端口和第三端口。第一环行器耦合到omt偏振器的第一端口，以及第二环行器耦合到omt偏振器的第二端口。第一和第二环形器都使用单个环形器板而形成。omt偏振器中的隔板具有安装在环行器板上的基部和从基部延伸并从环行器板延伸出来的阶梯状主体。

根据本申请的第二方面，天线耦合单元包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器，每个滤波器具有输入端口和输出端口、正交模变换器(omt)偏振器以及耦合到omt偏振器的环行器板。omt偏振器包括隔板、第一端口、第二端口和第三端口。环行器板包括第一环行器和第二环行器，第一环行器包括第一端口、第二端口和第三端口，第二环行器包括第一端口、第二端口和第三端口。第一环行器的第一端口耦合到第一滤波器的输出端口，第一环行器的第二端口耦合到omt偏振器的第一端口，并且第一环行器的第三端口耦合到第二滤波器的输入端口。第二环行器的第一端口耦合到第三滤波器的输出端口，第二环行器的第二端口耦合到omt偏振器的第二端口，并且第二环行器的第三端口耦合到第四滤波器的输入端口。omt偏振器中的隔板具有安装在环行器板上的基部和从基部延伸并从环行器板延伸出来的阶梯状主体。

根据本申请的第三方面，双发射机双接收机(2t2r)数字微波无线电装置包括通信接口单元、耦合到通信接口单元的通信电路以及耦合到通信电路的天线耦合单元。天线耦合单元还包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器，每个滤波器具有输入端口和输出端口、正交模变换器(omt)偏振器以及耦合到omt偏振器的环行器板。环行器板还包括第一环行器和第二环行器，第一环行器包括第一端口、第二端口和第三端口，第二环行器包括第一端口、第二端口和第三端口。第一环行器的第一端口耦合到第一滤波器的输出端口，第一环行器的第二端口耦合到omt偏振器的第一端口，并且第一环行器的第三端口耦合到第二滤波器的输入端口。第二环行器的第一端口耦合到第三滤波器的输出端口，第二环行器的第二端口耦合到omt偏振器的第二端口，并且第二环行器的第三端口耦合到第四滤波器的输入端口。omt偏振器中的隔板具有安装在环行器板上的基部和从基部延伸并从环行器板延伸出来的阶梯状主体。附图简述

被包括以提供对实施例的进一步理解并被合并在本文中且构成本说明书的一部分的附图示出所述实施例，并与说明书一起用于解释基本原理。相似的参考数字指相应的部分。

图1是示出根据一些实施方式的包括与omt偏振器集成在一起的环行器板的双发射机双接收机(2t2r)设备的示意图。

图2a至图2d是根据一些实施方式的包括多个环行器和隔离器的环行器板以及包括在不同的制造阶段安装在环行器板上的隔板的omt偏振器的3-d透视图。

图3a和图3b是描绘根据一些实施方式的具有不同过渡部(transition)的隔板的两个实施例的3-d透视图。

图4a和图4b是描绘根据一些实施方式的包括隔板的omt偏振器的两个实施例的3-d透视图。

图5是根据一些实施方式的将omt偏振器与两个环形器集成在一起的天线馈电器的透视图。

详细描述

现在将详细参考实施例，实施例的示例在附图中示出。在下面的详细描述中，阐述了许多非限制性的具体细节，以便帮助理解本文提出的主题。然而，对于本领域中的普通技术人员将明显，可以使用各种可选方案而不偏离权利要求的范围，并且可以在没有这些特定细节的情况下实践该主题。例如，对于本领域中的普通技术人员将明显，在本文提出的主题可以在很多类型的无线电通信系统上实现。

图1是示出包括通信接口单元102、耦合到通信接口单元102的通信电路104以及耦合到通信电路104的天线耦合单元106的双发射机双接收机(2t2r)数字微波无线电装置100的示意图。2t2r数字微波无线电装置100经由波导107通信地耦合到天线108。在2t2r数字微波无线电装置100内的不同组件的各种实现细节可以在2014年7月15日提交的标题为“compactdualall-outdoorpoint-to-pointmicrowaveradioarchitecture”的美国专利申请号14/332,316中找到，该专利申请通过引用被全部并入本文。

如图1所示，通信电路104包括第一发射机110、第二发射机112、第一接收机114和第二接收机116，每个发射机/接收机具有输入端口和输出端口。在该例子中，第一发射机110的输入端口(在图中被标记为“i”)耦合到通信接口单元102(或者更具体地，其中的但未在图中示出的模拟前端)，以及第一发射机110的输出端口(在图中被标记为“o”)耦合到在天线耦合单元106中的第一隔离器120的输入端口。第二发射机112的输入端口耦合到通信接口单元102(或者更具体地，其中的但未在图中示出的模拟前端)，并且第二发射机112的输出端口耦合到在天线耦合单元106中的第三隔离器122。第一接收机114的输出端口耦合到通信接口单元102(或者更具体地，其中的但未在图中示出的模拟前端)，并且第一接收机114的输入端口耦合到在天线耦合单元106中的第二隔离器124。第二接收机116的输出端口耦合到通信接口单元102(或者更具体地，其中的但未在图中示出的模拟前端)，并且第二接收机116的输入端口耦合到在天线耦合单元106中的第四隔离器126。

在天线耦合单元106内，第一隔离器120的输出端口耦合到第一滤波器130的输入端口，并且第三隔离器122的输出端口耦合到第三滤波器132的输入端口。第二隔离器124的输入端口耦合到第二滤波器134的输出端口，并且第四隔离器126的输入端口耦合到第四滤波器136的输出端口。第一滤波器130的输出端口和第二滤波器134的输入端口分别耦合到第一环行器140的第一端口(在图中被标记为“1”)和第三端口(在图中被标记为“3”)。第三滤波器132的输出端口和第四滤波器136的输入端口分别耦合到第二环行器142的第一和第三端口。第一环行器140的第二端口(在图中被标记为“2”)和第二环行器142的第二端口分别耦合到omt偏振器150的第一端口和第二端口。在这个例子中，在omt偏振器150内存在两个正交偏振微波信号路径。omt偏振器150的第一端口用于经过两个正交偏振微波信号路径之一的微波信号的垂直分量，而omt偏振器150的第二端口用于经过两个正交偏振微波信号路径中的另一个的微波信号的水平分量。

如图1所示，微波信号或射频(rf)信号在耦合到通信接口单元102的设备(未示出)和耦合到omt偏振器150的天线108之间通过相应的信号路径来回传输。注意，隔离器配置为禁止通过隔离器的输出端口接收的微波信号或rf信号通过隔离器的输入端口输出。环形器被配置为将通过它的第一端口接收的微波信号或rf信号按规定路线发送到环形器的第二端口(例如朝着天线)，并且将通过第二端口(例如从天线)接收的微波信号或rf信号按规定路线发送到环形器的第三端口。在一些实现中，环形器被配置为将通过它的第三端口接收的微波信号或rf信号按规定路线发送到环形器的第一端口。因为通过第一端口接收的信号的相当大的部分(例如90％)通过环形器的第二端口输出以及通过第二端口接收的来自天线的信号的相当大的部分通过环形器的第三端口输出，所以环形器可以减少与按规定路线发送微波信号或rf信号相关的信号损失。

在一些实现中，第一滤波器130和第三滤波器132是发射机滤波器(也被称为发射滤波器)。发射机滤波器被配置为通过发射机滤波器的输出端口输出满足预定rf或微波频带的rf或微波信号。发射机滤波器被配置为禁止不满足预定rf或微波频带的rf或微波信号通过发射机滤波器的输出端口被输出。在一些实现中，发射机滤波器被配置为通过发射机滤波器的输入端口(例如，通过反射)将不满足预定rf或微波频带的rf或微波信号发送回。在一些实现中，发射机滤波器是可调谐滤波器，并且相应的预定rf或微波频带是可调谐的。

在一些实现中，第二滤波器134和第四滤波器136是接收机滤波器(也被称为接收滤波器)。接收机滤波器被配置为通过接收机滤波器的输出端口输出满足预定rf或微波频带的rf或微波信号。接收机滤波器被配置为禁止不满足预定射频或微波频带的rf或微波信号通过接收机滤波器的输出端口被输出。在一些实现中，接收机滤波器是可调谐滤波器，并且相应的预定rf或微波频带是可调谐的。在一些实现中，与接收机滤波器相关联的预定rf或微波频带不同于与发射机滤波器相关联的预定射频或微波频带。例如，与接收机滤波器相关联的预定rf或微波频带不与和发射机滤波器相关联的预定rf或微波频带重叠。

在一些实现中，图1中示出的四个隔离器120、122、124、126和两个环形器140、142使用单个板形成。如在本文所使用的，单个板具有平坦的形状。图2a是用于形成四个隔离器120、122、124和126以及两个环形器140和142并且与omt偏振器150集成在一起的示例性环行器板200的3-d透视图。在一些实现中，与环行器板200集成在一起的omt偏振器150可以减小2t2r数字微波无线电装置100的插入损耗和回程损耗。如下所述，环行器板200的不同部分对应于在如参考图1所讨论的天线耦合单元106中的不同元件。在一些实现中，环行器板200由导电材料(例如铝)或导电电镀材料制成。

在该例子中，从第一发射机110输出的微波或rf信号被发送到第一隔离器120。第一隔离器120接收来自第一发射机110的微波或rf信号，并通过第一隔离器120的输出端口将微波或rf信号按规定路线发送到第一滤波器130。然后将在第一环行器140的第一端口处的信号按规定路线发送到第一环行器140的第二端口并传播到omt偏振器150的第一端口中。在一些实现中，omt偏振器150是包括将波导分成两个正交偏振微波信号路径的隔板155的波导(注意为了说明目的，在图2a中仅示出隔板155)。到达omt偏振器150的第一端口的信号沿着一个信号路径被传播通过omt偏振器150，并到达第三端口，且然后通过波导107传输到天线108内。

类似地，从第二发射机112输出的微波或rf信号被发送到第三隔离器122。第三隔离器122接收来自第二发射机112的信号并且通过第三隔离器122的输出端口将信号按规定路线发送到第三滤波器132。然后将在第二环行器142的第一端口处的信号按规定路线发送到第二环行器142的第二端口并传播到omt偏振器150的第二端口中。到达omt偏振器150的第二端口的信号沿着一个信号路径被传播通过omt偏振器150并到达第三端口，且然后通过波导107传输到天线108中。

通过波导107从天线108到来的微波或rf信号沿着其中的一个或两个信号路径被传播通过omt偏振器150，并在第一和第二端口处从omt偏振器150出来。例如，垂直分量沿着一个信号路径传播，并从omt偏振器150的第一端口出来，且然后通过它的第二端口进入第一环行器140，以及然后通过第一环形器140的第三端口按规定路线被发送至第二滤波器134的输入端口。信号然后通过第二滤波器134的输出端口按规定路线被发送到第二隔离器124的输入端口。接下来，信号由第一接收机114从第二隔离器124的输出端口接收，并然后进入通信接口单元102。类似地，水平分量沿着omt偏振器150内的一个信号路径传播，并从omt偏振器150的第二端口出来，且然后通过它的第二端口进入第二环行器142，以及然后通过第二环行器142的第三端口按规定路线被发送到第四滤波器136的输入端口。信号然后通过第四滤波器136的输出端口按规定路线被发送到第四隔离器126的输入端口。接下来，信号由第二接收机116从第四隔离器126的输出端口接收，且然后进入通信接口单元102。

图2b是在盖210安装在环形器板200上之后的环形器板200的另一个3-d透视图。注意，盖210具有在其中心附近的开口，允许隔板155从环形器板200延伸出。图2c和图2d进一步描绘了波导107(其具有两个半部分)被安装在盖210上并围绕隔板155。如上面结合图1所述的，波导107负责将环行器板200耦合到天线108。

如图3a所示，隔板155具有对称结构，其包括安装在环行器板200上的基部和从基部延伸并从环行器板200延伸出来的阶梯状主体。在基部和阶梯状主体之间有过渡部。研究表明，当微波或rf信号通过omt偏振器150按规定路线被发送时，过渡部的形状影响隔板155的效率。图3a和图3b是描绘根据一些实施方式的具有不同过渡部的隔板的两个实施例的3-d透视图。特别是，在图3a中示出的隔板155具有隔板主体156和基部158。对称的斜坡过渡部152将基部158和隔板主体156连接在一起。类似地，图3b中所示的隔板155也具有隔板主体156和基部158。对称的阶梯状过渡部154将基部158和隔板主体156连接在一起。计算机模拟结果表明，这两种隔板过渡部设计可以降低omt偏振器的插入损耗和回程损耗。

图4a和图4b是描绘根据一些实施方式的包括具有不同过渡部的隔板的omt偏振器的两个实施例的3-d透视图。特别是，图4a中示出的omt150包括具有斜坡过渡部的隔板155，并且图4b中示出的omt150包括具有阶梯状过渡部的隔板155。图5是根据一些实施方式的将omt偏振器150与两个环形器140、142集成在一起的天线馈电器300的透视图。特别是，omt偏振器150包括隔板155、第一端口、第二端口和第三端口。注意，omt偏振器150的第一端口和第二端口均位于与第一环行器140和第二环行器142相同的平面上。在如上所述的一些实施方式中，它们使用单个环行器板而形成。omt偏振器150的不在同一平面上的第三端口通过波导连接到环行器板。omt偏振器150的第一端口耦合到第一环行器140的第二端口，并且omt偏振器150的第二端口耦合到第二环行器142的第二端口以通过omt偏振器150以更有效的方式按规定路线发送来自不同方向的微波或rf信号。

如在本公开中讨论的天线馈电器设计的各种实施例可以用在数字微波无线电装置例如2t2r数字微波无线电装置中。可以为不同的频带设计紧凑型天线馈电器。这种设计可以减小双偏振天线馈电器的总尺寸，并通过在天线馈电器中引入附加的环行器和隔离器来提高隔离。此外，由于基于新设计的简单制造和组装过程，制造和组装成本也降低。

本文的实施例的描述中所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不意在限制权利要求的范围。除非上下文另有清楚的说明，否则如在实施例和所附的权利要求的描述中所用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”意在同样包括复数形式。还将理解的是，如在本文中所用的术语“和/或”是指并包括一个或更多个相关联的所列出的项目的任何的和所有的可能的组合。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指代所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或附加。

还将理解的是，尽管术语第一、第二等在本文可用于描述各个元件，但这些元件不应被这些术语限制。这些术语只是用来将一个元件与另一个区分开。例如，在不脱离实施例的范围的情况下，第一端口可以被称为第二端口，而第二端口可以类似地被称为第一端口。第一端口和第二端口都是端口，但它们不是相同的端口。

如本文所使用的，除非另有指示，否则术语“耦合(couple)”、“耦合(coupling)”和“耦合(coupled)”用于指示多个组件以这样的方式连接：在多个组件中的第一组件能够从多个组件中的第二组件接收信号。在一些情况下，两个组件是间接耦合的，这指示一个或更多个组件(例如，滤波器、波导等)位于两个组件之间，但是在两个组件中的第一组件能够接收来自在两个组件中的第二组件的信号。

受益于前述描述和相关联附图中呈现的教导的本领域技术人员将会想到对本文描述的实施例的许多修改和替代的实施例。因此，应当理解的是，权利要求的范围不限于所公开的实施例的特定示例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。虽然在本文中采用了特定的术语，但它们仅在通用的和描述性的意义上使用，而不是为了限制的目的。

实施例之所以被选择和描述是为了最好地解释根本原理及其实际应用，并由此使得本领域的技术人员能够采用适用于预期的特定用途的各种修改来利用根本原理和各个实施例。