双频段极化器的制作方法

[0001]
本发明的各个实施例和实例涉及用于双频段天线的极化器。


背景技术：

[0002]
传统的无线传输主要是通过微波抛物面天线系统来提供的。这些天线在单极化或双极化配置中操作在由itu和etsi或fcc法规所定义的每一个频段中。通过使用单独操作在两个不同频段中的两个分开的微波天线解决了意图用于频段和载波聚合的微波回传天线解决方案。在这种情况中，在每一个天线上独立地选择极化。
[0003]
现代的通信应用可能需要高达10gbps的高数据速率通信，比如视频流送、移动电视和其他智能手机应用。这些应用对其中每一个天线操作在单一频段中的当前无线传输系统构成了挑战。


技术实现要素：

[0004]
根据第一方面，本说明书描述了一种装置，包括：包括被配置来选择性地以第一极化状态或第二极化状态传播信号的第一和第二传播路径的第一部分，所述第一部分可以在第一馈送位置和第二馈送位置之间旋转，其中在第一馈送位置处第一传播路径被布置在第一信号路径内，在第二馈送位置处第二传播路径被布置在第一信号路径内，并且其中所述第一部分被配置来在第一或第二馈送位置处允许第二信号路径中的信号的传播。所述装置还包括可以在第一和第二过渡位置之间旋转的过渡部分，其中所述过渡部分被配置来在处于第一过渡位置时以第一极化状态并且在处于第二过渡位置时以第二极化状态沿着第二信号路径选择性地传播第二频率的信号，其中所述过渡部分被配置来在第一或第二过渡位置处允许第一信号路径中的信号的传播。所述装置还包括可以在第一和第二旋转器位置之间旋转的旋转器部分，所述旋转器部分被配置来确定第二信号路径中的信号极化的指向以便把第二信号路径耦合到一个接口，其中所述旋转器部分被配置来在第一或第二旋转器位置处允许第一信号路径中的信号的传播。所述设备可以被用于双频段微波天线，并且被配置来选择沿着第一信号路径传播的第一频率的微波信号和沿着第二信号路径传播的第二频率的微波信号的极化。
[0005]
第一部分和第二部分可以是同轴的，并且第二信号路径可以被沿着轴向路径指向。第一信号路径可以偏离轴向路径。
[0006]
第一和第二极化状态可以相对于彼此是正交的。
[0007]
第一馈送位置和第二馈送位置相对于彼此成180度角。
[0008]
第一过渡位置和第二过渡位置相对于彼此成90度角。
[0009]
第一旋转器位置和第二旋转器位置可以相对于彼此成135度角。
[0010]
第一部分可以包括正交模式换能器。
[0011]
第一部分可以包括一个或多个安放引脚，并且其中过渡部分被配置来安放在所述一个或多个引脚上。
[0012]
第一部分可以包括表明极化设定的一个或多个标签，并且其中过渡部分还包括被安排来与至少其中一个标签对准的一个或多个开口。
[0013]
过渡部分还可以包括用于确定过渡部分相对于第一部分的指向的一个或多个对准标记。
[0014]
根据另一方面，本说明书描述了一种系统，包括：根据第一方面的装置；被配置来在第一频率处发送和/或接收微波信号的第一无线电单元；被配置来在不同于第一频率的第二频率处发送和/或接收微波信号的第二无线电单元；以及可操作来把第二无线电单元通过所述接口耦合到第二信号路径并且把第一信号路径通过另一个接口耦合到第一无线电单元的波导元件。
[0015]
所述系统还可以包括耦合到第一和第二信号路径的反射器。
[0016]
根据另一方面，本说明书描述了一种通信塔，包括：第一方面的装置；被配置来在第一频率处发送和/或接收微波信号的第一无线电单元；被配置来在不同于第一频率的第二频率处发送和/或接收微波信号的第二无线电单元；以及可操作来把第二无线电单元通过所述接口耦合到第二信号路径并且把第一信号路径通过另一个接口耦合到第一无线电单元的波导元件。
[0017]
所述通信塔还可以包括耦合到第一和第二信号路径的反射器。
[0018]
应当理解的是，本文中所描述的系统可以作用来接收和/或发送电磁信号，比如无线电和/或微波信号。因此，在提到信号的发送时，在适当的情况下也可以被理解成提到信号的接收，反之亦然。为了方便起见，将关于发送信号来描述实施例，但是也可以同样适用于接收信号。
[0019]
为了方便和清楚起见，常常将关于所发送和接收的信号的线性极化来描述示例性实施例。但是应当理解的是，所述实施例可以同样适用于圆形和/或椭圆形极化。
附图说明
[0020]
为了更加全面地理解本文中所描述的装置和方法，现在将参照附图，其中：
[0021]
图1a和1b示出了包括极化设备的微波天线系统的一个示例性实施例的拆解视图；
[0022]
图2示出了极化设备的一个示例性实施例；
[0023]
图3示出了极化设备的第一部分的一个示例性实施例；
[0024]
图4示出了极化设备的第一部分被配置的一个示例性实施例；
[0025]
图5示出了极化设备的第二部分被配置的一个示例性实施例；
[0026]
图6a和6b示出了组装好的极化设备的一个示例性实施例的剖视图；
[0027]
图7a-c示出了附着到反射器碟的组装好的极化设备的实例；
[0028]
图8示出了分支盒的一个示例性实施例的透视图；
[0029]
图9a-b示出了分支盒的一个示例性实施例的平面图；
[0030]
图10示出了分支盒的极化器接口的一个示例性实施例的近视图；
[0031]
图11示出了极化设备被配置的一个示例性实施例；
[0032]
图12a和12b示出了配置极化设备的示例性方法的示意图；以及
[0033]
图13示出了配置极化设备的示例性方法的流程图。
具体实施方式
[0034]
图1a和1b示出了包括带有极化器设备的天线的系统的一个示例性实施例。所述天线可以是无线电和/或微波天线。系统100包括反射器102、极化器设备104、分支盒106以及至少两个户外单元(odu)108。在所示出的实例中，系统100是具有两个户外单元108的双频段微波天线。户外单元108可以通过中频线缆(if线缆，未示出)连接到室内单元(idu，未示出)。虽然极化器是参照户外单元来描述的，但是应当认识到，也可以与其他类型的无线电单元一起使用。举例来说，极化器设备还可以被使用在位于室内的无线电和/或微波天线中。在一些实施例中，所述系统被安放在无线电通信塔上并且/或者构成无线电通信塔的一部分。
[0035]
反射器102(在本文中也被称作天线)作用来在某个方向上引导信号，比如微波频谱中的射频信号。它还作用来接收信号。所述反射器可以是抛物面碟。
[0036]
后面将关于图2到7更加详细地描述极化器设备104。
[0037]
分支盒106包括多个波导(未示出)、多个户外单元接口110，每一个接口用于把来自户外单元108的输入信号接收到波导并且/或者从波导向户外单元发送信号。分支盒106还包括用于把波导连接到极化器设备104的极化器接口112。
[0038]
后面将参照图8-10更加详细地描述分支盒的实例。
[0039]
在一些实施例中，户外单元108被配置来例如通过中频(if)线缆接收来自室内单元的输入信号，并且把输入信号转换成用于通过天线系统发送的信号，例如射频信号。户外单元108还被配置来作为输入接收来自天线的信号，例如射频信号，并且把所接收到的信号转换成用于通过中频线缆发送到室内单元的信号。
[0040]
在使用中，每一个户外单元在相关联的频率处发送(或接收)信号。在图1a和1b中所示出的双频段实例中，第一户外单元在第一频段中发送(或接收)信号，并且第二户外单元在第二频段中发送(或接收)信号。举例来说，第一户外单元可以在23ghz频段中发送和/或接收信号，第二户外单元则可以在80ghz频段中发送和/或接收信号。
[0041]
第一频段处的信号沿着第一信号路径行进经过系统。第二频段处的信号沿着第二信号路径行进经过系统。所发送的信号通过与每一个户外单元108相关联的户外单元接口110被耦合到分支盒106中的波导。每一个户外单元108与至少一个波导相关联，来自该户外单元108通过所述波导传播。
[0042]
信号使用波导经过分支盒106传播到极化器接口112。极化器接口112把分支盒106波导耦合到极化器设备104，从而使得对应于不同频段的信号路径经过极化器设备104并且继续到反射器102。对应于不同频段的信号路径可以经过照射反射器102的馈源。
[0043]
极化器设备104作用来选择和/或设定经过其中的信号的极化。极化器设备104可被配置来独立地选择每一个频段的极化。举例来说，极化器设备104可以被配置来具有第一极化的第一频段中的信号，并且选择具有第二极化的第二频段中的信号。第一和第二极化可以是相同的，或者可以是不同的。所述极化可以是线性极化、椭圆形极化和/或圆形极化。
[0044]
极化信号从极化器104传递到反射器102，并且在该处被发送。在反射器102处接收到的信号在相反的方向上经过系统，并且可以由极化器设备104按照相应的方式来选择极化。
[0045]
这种设置的一个优点在于，可以在无需移除全部两个户外单元108的情况下改变
任何频段的极化，从而允许更快地配置天线系统100的极化设定。通过仅移除分支盒组件，使用分支盒106与天线102之间的极化器设备104来设置极化配置。一旦配置了极化设定，系统在操作期间被固定在所配置的计划状态。如果/当需要不同的极化设定时，可以通过从极化器移除分支盒106并且重置极化器设备102来重新配置极化。
[0046]
图2示出了极化器设备104的一个示例性实施例的拆解视图。极化器设备104包括第一部分202(在本文中也称作“双频段馈送系统”)和第二过渡部分204(在本文中也称作“双频段过渡”)。在所示出的实例中，第一和第二部分是几何同轴的。第一信号路径(用于第一频率处的信号的信号路径)偏离极化器设备104的中心轴。第二信号路径(用于第二频率处的信号的信号路径)沿着极化器设备104的中心轴运行。但是其他安排也是可能的。
[0047]
在图3中更加详细地示出了第一部分202。第一部分202包括用于第一传播路径的第一孔径206和用于第二传播路径的第二孔径208。第一部分202可在第一和第二位置之间旋转。在第一位置处，第一孔径206位于第一信号路径中。第一频率处的信号经由第一孔径206传播经过第一部分202，并且在第一极化状态下被传播经过第一传播路径。在第二位置处，第二孔径208位于第一频率处的信号的第一信号路径中。信号经由第二孔径208传播经过第一部分202，并且在第二极化状态下被沿着第二传播路径传播。举例来说，第一极化状态可以是垂直极化状态，并且第二极化状态可以是水平极化状态。一般来说，第一和第二计划状态是正交的。
[0048]
在一些实施例中，第一部分包括用于组合或分离两个正交极化的微波信号路径的正交模式换能器。
[0049]
在所示出的实例中，第一孔径206和第二孔径208位于第一部分202的中心轴的两侧。将第一部分202相对于反射器102和分支盒106旋转一百八十度，从而改变沿着第一信号路径传播的信号的极化状态。在图4中示出了这方面的一个实例。第一部分202被从反射器102的背面旋松，并且随后在被再次固定到反射器102的背面之前旋转一百八十度。
[0050]
在一些实施例中，仅有两个可能的位置用于把双频段馈送系统安装在天线上，例如：
[0051]-23v＝>v(垂直)极化设置中的23ghz
[0052]-23h＝>h(水平)极化设置中的23ghz
[0053]
在所示出的实施例中，23ghz波导是底部的那一个，并且与被固定的分支盒的波导对齐。
[0054]
再次参照图3，第一部分202还被配置来在第一或第二位置处都允许第二信号路径中的信号的传播。举例来说，第二信号路径可以经过第一部分202中的开口或波导210。所述开口可以位于第一部分202的中心轴处，从而当第二信号路径沿着极化器设备104的中心轴运行时，仅有单个开口被用于第一部分202的全部两个指向。但是在第二信号路径偏离中心轴的实例中，可以使用多个开口。所述开口可以包括圆形波导、矩形波导或正方形波导。
[0055]
在一些实施例中，第一部分202包括用于安放和确定第二部分204的指向的一个或多个引脚212。
[0056]
第一部分202还可以包括对应于第一频率极化状态的标签214。当极化器设备被组装时，这些标签214的指向可以被用来表明第一部分202将应用哪一种极化状态。举例来说，在所示出的实施例中，极化器设备104的底部的正确指向的标签可以被用来表明将要应用
的极化状态。在该例中是通过“23v”标签所表明的垂直极化状态。
[0057]
第一部分还可以包括对应于第二频率极化状态的标签216。这些标签216当中的一个或多个将与第二部分202上的对准标记228对准，从而表明第二部分202将应用的极化状态。
[0058]
第二部分204包括过渡元件218。第二部分可以在第一配置和第二配置之间旋转。在第一配置中，第二部分204被配置来在第一极化状态下选择性地传播第二频率处的信号。在第二配置中，第二部分204被配置来在第二极化状态下选择性地传播第二频率处的信号。
[0059]
如图5中所示，第二配置可以是第二部分204相对于第一配置的九十度旋转。
[0060]
如图2中的过渡元件218的放大视图中所示，过渡元件218还可以被配置来把第二信号路径中的波导形状从圆形信号过渡到矩形信号或者从矩形信号过渡到圆形信号。举例来说，过渡元件218可以把te
11
圆形波导模式转换到te
10
矩形波导模式，或者反之亦然。
[0061]
过渡元件218位于第二信号路径中。在所示出的实例中，过渡元件218位于极化设备104的中心轴处。
[0062]
第二部分被配置来在第一或第二配置中允许第一信号路径中的信号的传播。在一些实施例中，第二部分204包括多个孔径220。在第一配置中，行进经过第一信号路径的信号可以传播经过至少其中一个孔径。在第二配置中，行进经过第一信号路径的信号可以传播经过至少另一个孔径。孔径220位于第二部分204中，从而使得至少其中一个孔径220与处于使用中的第一部分202的孔径206、208对准。
[0063]
在第一部分202包括一个或多个安放引脚212的实施例中，第二部分204包括一个或多个相应的安放孔洞222。安放引脚212穿过至少其中一些安放孔洞222，以便把第二部分204固定到第一部分202并且确保第一和第二部分之间的正确对准。在一些实施例中，比如在所示出的实施例中，第二部分包括比第一部分202所具有的安放引脚212更多的安放孔洞222，以便促进第二部分204相对于第一部分202的旋转。在所示出的实例中，第二部分具有围绕中心轴相对于彼此被安排在九十度处的四个安放孔洞222。第一部分202具有围绕中心轴相对于彼此被安排在一百八十度处的两个安放引脚212。这样就促进第二部分204相对于第一部分202旋转九十度。
[0064]
第二部分204还可以包括一个或多个观察孔洞224。其中一个观察孔洞224与第一部分202上的多个极化状态标记226当中的一个对准，以便允许用户很容易地确定第二频率处的信号的极化状态。
[0065]
第二部分204还可以包括一个或多个对准标记228。至少其中一个对准标记228与第一部分202上的至少其中一个第二极化状态标签216对齐，以表明第二频率处的信号的极化状态。这样就允许很容易地确定第二频率处的信号的极化状态。
[0066]
在一些实施例中，极化器设备104还包括波导旋转器230。波导旋转器230确保分支盒106的极化器接口112上的第二频率波导与第二部分204上的极化元件218之间的正确对准。在分支盒106上，极化器接口112第二频率波导被指向在四十五度。极化器接口112第二频率波导被固定，以便仅通过组装好的双频段过渡204和旋转器230来管理第二频段极化。
[0067]
因此，在实现第二频率极化改变的双频段过渡204与分支盒106之间，需要波导旋转器230来正确地确定第二信号路径的波导的指向。波导旋转器230的功能是改变波导的指向。波导旋转器的指向取决于双频段过渡204设置(例如对应于第二频段中的信号的垂直或
水平极化)。波导旋转器230因此被配置来确定第二信号路径中的信号的极化的指向，以便把第二信号路径耦合到分支盒106上的接口。
[0068]
在一些实施例中，波导旋转器可以按照与双频段过渡204相同的方式被固定在极化设备104中，以使用双频段馈送系统202的安放引脚212。波导旋转器包括相应的安放孔洞232。
[0069]
波导旋转器230可在第一和第二指向之间旋转，以便确定第二信号路径的波导的指向。在所示出的实例中，波导旋转器可在围绕中心轴相差一百三十五度的两个位置之间旋转。位于第二信号路径中的旋转器元件236作用来旋转波导，从而使其被正确地指向。
[0070]
波导旋转器230包括多个孔径234，以用于允许第一信号路径中的信号在第一和第二指向中都传播经过波导旋转器230。举例来说，在第一指向中，至少其中一个孔径234与第一信号路径对准。在第二位置处，至少一个不同的孔径234与第一信号路径对准。
[0071]
图6a和6b示出了组装好的极化器设备的一个示例性实施例的剖视图。分支盒第二频率波导接口602处于四十五度指向。旋转器元件236作用来旋转波导，以便把分支盒106第二频率波导接口602的输出(或输入)与第二部分204的极化元件218正确地对准。这可以在图6b中看到，其中旋转器元件236取决于第二部分204配置处于不同的指向中。在第一旋转器位置处，当过渡部分具有所选择的水平极化时，波导旋转器230把极化器接口112的波导与过渡部分对准。在第二旋转器位置处，当过渡部分具有所选择的垂直极化时，波导旋转器230把极化器接口112的波导与过渡部分对准。在所示出的实例中，波导旋转器被旋转一百三十五度，以便在第一和第二旋转器位置之间作出改变。
[0072]
图7a-c示出了附着到反射器碟的组装好和部分组装好的极化设备的实例的平面图。第二信号路径被沿着极化器设备104的中心轴轴向。第一信号路径被沿着偏离并且平行于中心轴的路径指向，并且在所示出的实例中是沿着极化器设备的下方部分。各个部分按照与图1a-b和图2相同的方式被标记。在图7a到7c中，第一频段极化被设定到垂直(如第一部分202底部的“23v”标记所表明的那样)。
[0073]
在图7a中，波导旋转器230不存在。对准标记228与“80v”第二极化标记216对准，从而表明第二频率信号将被第二部分204极化成垂直极化状态。
[0074]
在图7b和7c中，波导旋转器230存在。在图7b中，第二部分被配置来把第二频率处的信号极化成水平极化状态。这是由波导旋转器230上的箭头指向第一部分202上的“80h”标记来表明。此外还由第一部分202上的“h”标记通过第二部分202和波导旋转器230上的开口可见来表明。在图7c中，第二部分被配置来把第二频率处的信号极化成垂直极化状态。这是由波导旋转器230上的箭头指向第一部分202上的“80v”标记来表明。此外还由第一部分202上的“v”标记通过第二部分202和波导旋转器230上的开口可见来表明。
[0075]
图8示出了分支盒和户外单元的一个示例性实施例的透视图。图9a和9b示出了分支盒和户外单元的一个示例性实施例的平面图。图10示出了分支盒的极化器接口的一个示例性实施例的近视图。每一个户外单元108通过户外单元接口110连接到分支盒，通过所述接口户外单元可以向/从分支盒106发送和/或接收信号。每一个户外单元接口110与对应的波导802、804相关联，所述波导把来自户外单元接口110的信号引导到分支盒106的极化器接口112。
[0076]
第一频率处的信号传播经过第一波导802。第一波导802在l形元件806中结束。为
了保持在与双频段分支盒外壳相匹配的水平平面内并且从而简化制造，实施直角波导弯曲以把第一波导与天线的第一频段接入对准。使用直角的另一个优点是减小了双频段分支盒的宽度。例如在23ghz中，所述宽度被减小到8mm。
[0077]
第一频率处的信号传播经过第二波导804。第二波导被极化器接口112处被指向在四十五度。
[0078]
图11示出了极化设备被配置的一个示例性实施例。在第一阶段，第一部分202的指向被选择来提供第一频段中的信号的所期望的极化。在所示出的实例中，通过把第一部分指向成使得第一孔径206与第一信号路径对准来选择垂直极化状态。在这种情况下，第一信号路径运行经过极化器设备104的下方部分。第一部分在所选择的指向中被固定到反射器102。
[0079]
在第二阶段，双频段馈送系统202(即第一部分)被设置，双频段过渡204(即第二部分)被安装在其上。双频段馈送系统202上的安放引脚212被用来把双频段过渡204正确地对齐。双频段过渡的功能是选择沿着第二信号路径传播的第二频段(例如80ghz)中的信号的极化。
[0080]
在双频段过渡204上有两个对准标记228，所述对准标记被用来与双频段馈送系统202上的第二频率极化状态标签218(在该例中是80v或80h标签)对齐。举例来说，与80h标记对齐意味着双频段过渡204将作用来把第二频段中的信号极化在水平方向上。如果其中一个过渡标记与双频段馈送系统202的80v标记对齐，则意味着双频段过渡204将作用来把第二频段中的信号极化在垂直方向上。在所示出的实例中，对于第二频段中的信号选择了水平极化。
[0081]
除了这些第二频率极化状态标签218之外，在双频段馈送系统202中心轴附近还可以有靠近第二信号路径的极化状态标记226。通过至少一个观察孔洞224，可以透过双频段过渡204看到极化状态标记226。这一双重检查可以减少用户的错误。
[0082]
在第三阶段，波导旋转器230被设置。为了帮助把旋转器安装在由过渡安装所给出的正确位置处，存在与双频段馈送系统202上的相应的第二频率极化状态标签218对准的镂刻。可以实施除了例如80ghz位置之外的另一项双重检查，以便确保v或h标记仍然可见。在将其插入到分支盒组件中之前，可以用两个螺钉来固定整个组件。
[0083]
前面描述的三个部分(第一部分/双频段馈送系统、第二部分/双频段过渡以及波导旋转器)的组装配置允许独立地选择每一个频段的极化。遵循这种方法，对于极化器设备102有四种可能的设置：
[0084][0085][0086]
表01：双频段天线上的可行极化的配置
[0087]
图12a和12b示出了使用关于图7所描述的方法在四种极化配置当中的每一种极化
配置中配置极化设备的示例性方法的示意图。
[0088]
图13示出了配置极化设备的示例性方法的流程图。在操作13.1处，第一部分202被指向在第一或第二位置的其中之一处，以便配置沿着第一信号路径传播的第一频率的信号的极化，并且在第一或第二位置处允许第二信号路径中的信号的传播。例如可以通过把第一部分202指向在相差一百八十度的两个位置的其中之一处来选择第一频率极化。可以按照前面关于图11和12所描述的那样实现第一部分的指向。
[0089]
在操作13.2处，可在第一和第二过渡位置之间旋转的第二部分204被指向在第一或第二过渡位置的其中之一处，以便在两个正交极化状态的其中之一中沿着第二信号路径选择性地传播第二频率的信号。例如可以通过把第二部分204指向在相差九十度的两个位置的其中之一处来选择第二频率极化。第二部分204上的对准标记228可以被用来确保使用对应于所期望的极化的正确位置。可以按照前面关于图11和12所描述的那样实现第二部分的指向。
[0090]
在操作13.3处，波导旋转器230被指向来把第二信号路径耦合到一个接口。波导旋转器被指向来把过渡元件218与分支盒106上的第二信号路径波导604对准。这可以按照前面关于图11和12所描述的那样实现。
[0091]
在本申请中所使用的术语“电路”指的是所有以下各项：(a)仅有硬件的电路实现方式(比如仅在模拟和/或数字电路中的实现方式)；以及(b)电路与软件(和/或固件)的组合，比如(适用于)：(i)(多个)处理器的组合，或者(ii)一起工作来使得装置(比如移动电话或服务器)实施各项功能的(多个)处理器/软件(包括(多个)数字信号处理器)、软件和(多个)存储器的某些部分；以及(c)需要软件或固件来操作的电路(比如(多个)微处理器或(多个)微处理器的一部分)，尽管所述软件或固件并不以物理方式存在。
[0092]“电路”的这一定义适用于本申请中对于该术语的所有使用，其中包括在任何权利要求中的使用。作为另一个实例，本申请中所使用的术语“电路”还将涵盖仅有处理器(或多个处理器)或者处理器的一部分与其伴随的软件和/或固件的实现方式。举例来说，如果适用于特定权利要求元素，则术语“电路”还将涵盖用于移动电话的基带集成电路或应用处理器集成电路，或者服务器、蜂窝网络设备或其他网络设备中的类似集成电路。
[0093]
如果希望的话，可以按照不同的顺序并且/或者彼此同时地实施本文中所讨论的不同功能。此外，如果希望的话，前面所描述的功能当中的一项或多项可以是可选的或者可以被组合。类似地还应当认识到，关于图7-9所描述的方法仅仅是实例，并且本文中所描绘的各项操作可以被省略、重新排序或组合。
[0094]
虽然在独立权利要求中阐述了本发明的各个方面，但是本发明的其他方面包括来自所描述的实施例和/或从属权利要求的特征与独立权利要求的特征的其他组合，而不仅仅是在权利要求中明确阐述的组合。