CN1003757B - 高频信号接收装置 - Google Patents

Abstract

一个高频信号接收装置，包括一个由线联谐振器组成的矩形波导滤波器，一个包括有一微带电路和一与该电路相连接的微带一波导滤波器转换器的超高频信号装置。由于适当的频道间矩可以通过在波导滤波器中设置一个微带一波导滤波器转换器并与那里的滤波器匹配而获得，故可使该接收装置更加小巧并有很低的反射，而且也无需调整转换器至波导滤波器。

Description

高频信号接收装置

本发明涉及一高频信号接收装置，该装置包括一个由级联谐振器组成的波导滤波器和一个超高频信号装置，该超高频信号装置包括一个微带电路和一连接于微带电路的微带-波导转换器。

荷兰专利申请No 7700230公开了这样一种装置。通过与一个极化转换器相结合，上述荷兰专利申请的接收装置构成了一个辐射器，该辐射器与一个反射器相结合，形成了一个天线装置。这种天线装置用于接收超高频（SHF）信号，例如具有12GHz（千兆赫）载波频率的由特别卫星发射的电视信号，这样现有技术的接收装置具有一个在其一端部设置成喇叭状的矩形波导管结构。在其该端部，在该反射器的焦点处设置有一个透明窗，在它的前面是一极化转换器以滤出一个以给定极化为特征的频道，在其另一端，该波导管结构有一个微带-波导转换器，该转换器的形式为一个微带-圆形波导转换器，并设置在微带电路和波导管结构之间。

这种接收装置也可以与另一种类型的极化转换器相结合使用，尤其是用于这样的辐射器，其中二个这样的接收装置与一个极化转换器相结合使用。该极化转换器将一左旋圆极化波转换成一个第一平面极化波，然后馈送到二个接收装置中的一个。而极化转换器将一个右旋圆极化波转换成一个与第一极化波垂直的平面极化波，然后馈送到另一个接收装置。但已经发现，当这种现有技术的接收装置与这样的极化转换器相结合使用时，频道间距对实际使用来说并不适用。

本发明的目的是通过提供适于与其他类型的极化转换器结合使用的接收装置，来扩大超高频信号接收装置的使用范围，并且以简易、价廉和更小型的方式来实现这种低损耗的接收装置。

谐振器中，并且通过在波导滤波器的相邻于相应的终端谐振器的端面上的一个小孔，与超高频信号装置的位于波导滤波器外面的一部分相连接，并且微带-波导转换器与相应的终端谐振器通过选择至少该二元件之一的大小尺寸而成为匹配的。

本发明提供了一种接收装置，该装置因其低反射而特别适合于用在有二个接收装置与一个极化转换器相结合的一辐射器中，这改进了这样一种辐射器的频道间距。即使在只有单一一个接收装置与一极化转换器相结合的辐射器中，上述这些措施也具有低反射并改进了传播。另一个优点是：使波导滤波器与微带-波导转换器的匹配不再是必需的。因为微带-波导转换器的特性被包括在波导滤波器的设计之中。另外，由于避免了一个单独的微带-波导转换器及一单独的波导-滤波器的转换，可以实现接收装置的更精确的结构。

这里应该注意的是，虽然从英国专利说明书No731，498中可知，可以通过改变其长度使波导滤波器的终端谐振器的阻抗与波导管的阻抗相匹配，但是该专利说明书并没有涉及一高频信号接收装置，且它也没有包括一微带电路。只仅仅涉及了一个形式为具有二个相同的波导管的圆形波导管的微波滤波器，其中二个相同的波导管每一个以同轴线形式连接于微波滤波器的另一个终端谐振器。

现在通过举例及参阅附图中的实例对本发明的实施例进行说明。不同附图中的相应的元件给出相同的参考数字。其中：

图1是包括有二个实施了本发明的接收装置的一个天线装置的示意图。

图2是实施本发明的一接收装置的截面图。

图3是实施本发明的接收装置的立体和部分截面图。

图4是用于本发明的接收装置中的超高频信号装置的一部分的前视图。

图1中示出了一个天线装置，该装置包括一个反射器1（图中仅部分示出），一设置在反射器1的焦点处的辐射器2。这种类型的天线装置用来捕获并进一步处理由特别卫星发射的圆极化超高频信号。用方块示意地示出的辐射器2包括一个喇叭状部分9，和一个与其相连接的极化转换器3。特别是在由C.Gandy所著的一篇题为“用于卫星接收的圆极化天线”的文章中（载于Eng.Res.Rep.BBC-RD-1976/21，1976年8月）介绍了这种极化转换器，极化转换器被设置成以众知的方式将接收到的圆极化波形式的信号转换二个互相垂直的平面极化波。其中一个平面极化波被提供给第一接收装置4-1，而另一个波被提供给与第一接收装置相同的第二接收装置4-2。接收装置4-1和4-2各包括一个波导滤波器5和一超高频信号装置6。接收装置4-1和4-2通过它们各自的输出7和8分别连接到另一部件（图中未示）以进一步处理接收到的信号。作为一种变换，辐射器也可以包括如在荷兰专利申请No 7700230中所述的一种极化转换器，在这种转换器中，圆极化波仅仅被转换成一种类型的平面极化波。故这样的辐射器只包括一个接收装置4-1，下面将参阅图2、3和4对这种类型的接收装置作详细的说明。

图2是适合用于图1所示的天线装置中的接收装置4-1的纵向截面图。接收装置4-1包括一圆筒形外壳12，其中设置有波导滤波器5和超高频信号装置6，圆筒形外壳12的一端被一个有一小孔14的紧密配合的波导法兰盘13密封，矩形波导滤波器5前端置在小孔14之中，而该小孔处于这一端部。波导滤波器5的后端和以二部分示出的超高频信号装置6通过一个设置在圆筒形外壳12中的支架16来保持它们的位置。波导滤波器5的前端被窗口15紧密封闭，窗口例如是由玻璃或云母制成，这是为了防止尘埃、气体和湿气等污染物进入接收装置4-1中。圆筒形外壳12的后端是紧密封闭的，其方式图中没有示出。波导滤波器5通过波导法兰盘13连接到部分示出的极化转换器3。在本实施例中，波导滤波器5包括5对隔板11-1-11-5，这些隔板将滤波器分成4个谐振器10-1至10-4。隔板11-1至11-4的形状实现感抗，这部分地决定了波导滤波器5的滤波器功能。隔板11-1位于波导滤波器5的前端，紧接在所述窗口15的后面，隔板11-5设置在波导滤波器5的后端的端面上。超高频信号装置6的一部分设置在端部谐振器10-4中，并与位于波导滤波器5的外面的超高频信号装置6的另一部分相连接。

图3以立体和具体的视图形式示出这是如何实现的。图中示出波导滤波器5由二个半部组合而成。这二个半部之间的分界面由将矩形滤波器的宽壁二等分的纵向对称面所构成的。四对隔板11-1至11-4中的每一隔板具有一V形凹口18。当波导滤波器的二个半部合在一起时，在相应的隔板对之间就形成耦合小孔，如图中所示的隔板对11-4。在隔板对11-1至11-3中的小孔也是这样形成的。谐振器10-1至10-4通过耦合小孔相连接，并通过隔板对11-2至11-4设置成级联。这些凹口的V形特别提供了这样的可能性，可以通过冲压的方法以简单方式生产这二个半部，并且具有较高的精度（如在本申请人的非预先公开的荷兰专利申请8302439中所述）。在隔板11-5的二个半块上制成一凹口，这样在这二个半块组合时二个凹口就形成一个小孔19，在本实施例中小孔19具有矩形的横截面，超高频信号装置的一部分就通过这一小孔19伸入终端谐振器内，而其余部分就从波导滤波器5伸出。小孔19的短边可以称为其高度，在图3中由字母K指出的小孔19的高度的这一部分应具有给定的最小尺寸，这一尺寸根据超高频装置6的电磁场必须尽可能小地受导电端面干扰这一要求来加以限定。另一方面，由字母K表示的高度的最大尺寸也必须由这样的事实来加以决定，即不希望波导滤波器5通过小孔19进行辐射。图4中更具体地示出了超高频装置6的结构，该装置具有一个普通的基片20，在该基片的第一主表面上，在本例中即是在其后表面上，设置有一导电层覆盖该表面的一部分，它在图4中由阴影部分所示，形成了一个地平面。第一导体图形26至31设置在相对的第二主表面上，在本例中是前表面。该导体图形与在后表面上的导电层以及在其之间的基片20一起，构成了超高频信号装置6的微带电路24的一部分。至于所示的其余部分，在基片20的前表面上只设置有包括一天线22的一个平衡的第二导体图形，和形成了微带一波导滤波器、转换器的作为天线馈送线工作的一对狭导体23。至少超高频信号装置6的转换器21被完全包含在波导滤波器5的谐振器10-4之内，而非平衡微带电路24位于其外部。

以微带技术制成的一平衡至非平衡变换器25（图4中以一条线所示）与平衡导体图形相连接，该导体图形连接到变换器25的一端，并连接到微带电路24的非平衡部分。在本例中，变换器25设置在基片20上并以一λ/2传输线的形式。微带导体26连接到变换器25的与微带电路24相连接的一端。微带导体26连接到单向器形式的Y型环行器27。为此目的，基片20由铁氧体制成。图中只示出了Y循环器的中央导体部分。中央导体具有3个连接部分28，29和30，循环的方向是从部分28至30再从30至29，等等。微带导体26连接到循环器27的28部分，结果来自波导滤波器5的信号通过转换器21传送到连接于部分30的超高频装置6的另一部分。从超高频信号装置6的另一部分接收到的信号在由电阻性材料制成的终端阻抗31里完全耗散。

具有谐振器10-1至10-4、隔板11-1至11-5以及由对应的隔板对形成的诸小孔的波导滤波器在本实施例中是设计成一个带通滤波器，其带通频率范围是11.7至12.5GHz，脉动小于0.1dB为了实现这样一个带通滤波器，可以利用诸如在1980年由Artech House Inc出版的，G.Matthaei，L.Young和E.M.T.Jones著的题为“阻抗-匹配网络，和耦合结构”-书中所描述的基本技术。

为了保证接收装置令人满意地工作，波导滤波器5和天线22的阻抗特性必须至少在所要求的带通频率范围上匹配。正如从上述书中所知，一个滤波器的谐振器在其他元件之中必须具有给定的电抗斜率或电纳斜率作为频率的函数，在本实施例中，这是通过选择四对电抗隔板11-1至11-4的尺寸以及适当适当选定天线22的尺寸来实现的。从上述书本所知的滤波器理论中，该天线起着一个电抗元件的作用，而该电抗元件是以一阻抗变换器的形式被安排在滤波器的一端。通过一个天线来实现这个电抗元件要求该天线阻抗的实部必须具有一个至少在滤波器的带通上的某一常数值，同时天线必须具有线性的电抗特性作为至少带通上的频率的函数。天线的电抗特性影响了与天线耦合的谐振器的电抗斜率和谐振频率。通过适当地选定谐振器10-4和电抗元件11-4的大小，上述影响可以获得补偿。在本实施例中，选择了双极形式的天线22，在带通频率范围内它可以由一随频率而线性变化的由一个电抗和一个电阻所组成的串联装置来代表。天线22连同与其耦合的各导体对23以及这对导体23相连接的超高频信号装置6的那一部分的测定电阻值被选择得与谐振器10-4的实终端阻抗相等。其优点是可以免去在滤波器中使用一个阻抗变换器。由于微带一波导滤波器转换器21是设置在终端谐振器10-4中的这一事实，天线22的电抗既影响了谐振频率又影响了终端谐振器10-4的电抗斜率。因为适当地选定尺寸，能使天线22的电抗影响使得谐振频离和电抗斜率又重新获得其原来的值。尤其是可以通过选择终端谐振器10-4的轴向尺寸来实现这种尺寸的选定，因为终端谐振器的电抗能随之而改变，由于由一对隔板11-4形成的耦合小孔表现为电感，因此也可以通过选定至少这些耦合的小孔大小来实现匹配。显然也可以采用上述选定尺寸的诸方法相结合。这样在波导滤波器中安装超高频信号装置6时不再需要调整。在接收装置4-1大量生产时这是特别是重要的。由于微带-波导滤波器转换器21与波导滤波器5的良好匹配，该接收装置4-1具有非常低的反射系数，用一个在11.5和12.85GHz处有一10分贝点和有处于-3分贝点之间的上述带通的滤波器，该反射系数对理论的最佳值1.2被表示为已实现的电压驻波比1.35。结果，接收装置4-1非常适合于用在具有二个接收装置与一个极化转换器相结合的辐射器中。

把波导滤波器转换器21直接装在波导滤波器5中，另外还实现了接收装置4-1的精巧结构。一般地，辐射器2的结构不限于使用具有所示的天线22的接收装置4-1，而是可以使用所有具有线性电抗特性以及具有一个常数实部的天线。

在本实施例中，谐振器10-1至10-4是串联谐振式的，同样的原理也可用于当滤波器是由并联谐振式谐振器组合成时。

Claims (5)

1、一种高频信号接收装置，该装置包括一个由级联波导谐振器组成的波导滤波器和一个超高频信号装置，其中超高频信号装置包括一个微带电路和一个微带-波导滤波器转换器，该微带-波导滤波器转换器设置在波导滤波器的相邻的终端谐振器中，并通过一个波导滤波器的限定上述谐振器界面的端面上的小孔，与位于该波导滤波器外面的超高频信号装置的一部分相连接，其特征在于：该波导滤波器的横截面为矩形，并且该微带-波导滤波器转换器设在一基片上，该基片的主表面平行于波导滤波器的纵轴，并且该微带-波导滤波器转换器与相邻的终端谐振器是通过选定至少该二元件之一的大小尺寸而匹配的。

2、一种如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，包括在所述微带-波导滤波器转换器中的、具有复数阻抗且该复数阻抗的实部与相邻终端谐振器的终端阻抗相等的天线的阻抗的虚部，是通过选择相邻终端谐振器的纵轴方向上的长度来实现与波导滤波器的阻抗相匹配。

3、一种如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，包括在所述微带-波导滤波器转换器中的、具有复数阻抗且该复数阻抗的实部与相邻终端谐振器的终端阻抗相等的天线的阻抗的虚部，是通过选择相邻的终端谐振器上的耦合孔的尺寸大小来实现与波导滤波器的阻抗相匹配，终端谐振器通过耦合孔与滤波器的下一个谐振器相耦合。

4、一种如权利要求2或3所述的接收装置，其特征在于，其中超高频信号装置包括一基片，在基片的第一主表面的部分上设置有一导电层，在相对的第二主表面的部分上设置有一第一导体图形，该导体图形与导电层一起至少形成微带电路的一部分，而基片的其余部分，仅在其第二主表面上设有

5、一种如权利要求1所述的接收装置中所用的由级联谐振器组成的矩形波导滤波器，其特征在于，该滤波器由其纵向对称平面分成二个半部，至少在该滤波器的一个端面上设有一矩形截面的狭缝形式的孔，且以这样一种方式设置该孔，使得该狭缝沿长度方向被滤波器的所述纵向对称平面横切。

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