CN100391138C - 小尺寸的多信道频率复用器和复用方法 - Google Patents

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Abstract

一种多信道复用器，有基本上矩形的并包括一公用谐振器的N×N矩阵。多个输入/输出端口通过该N×N矩阵相应谐振器及公用谐振器，连接至一公用输入/输出端口。该复用器提供一种小型、有均衡插入损耗、和简单的结构，使谐振器间跃迁的相位差最小。

Description

小尺寸的多信道频率复用器和复用方法
技术领域
本发明涉及一种频率组合器，它有多个充空气谐振器与对应的输入端口连接。各输入端口与对应的谐振器，通过一公用谐振器连接至一公用输出端口。该多个谐振器的排列，能使它们以小的尺寸提供频率选择和组合功能。公用谐振器的使用，降低了谐振器间连接的相位差并使插入损耗最小。本发明还涉及一种分频器，用它把不同频率的信号输送至一公用输入端口和公用谐振器。在不同频率上谐振的多个谐振器腔与该公用谐振器连接，把不同的频率分离，送至相应的输出端口。
背景技术
通信应用中，要求在多个密集间隔的频率信道上进行发送和/或接收，那么最好把频率组合，通过一公用天线或其他广播设施来发送。该方法要求把频率在分配的频带内组合，同时要避免信道间的干扰。使用多个谐振器可以共享一广播物理设施，例如天线。但是，如果多个频率共用同一设施，空间的制约和成本的制约变得很重要。例如，在码分多址(CDMA)系统中，要获得需要的性能，每信道通常需用两个谐振器。双谐振器结构通常用于有2.5MHz信道间隔的1-25MHz带宽的信道。更大的带宽要求，每信道需要的谐振器更多。已知CDMA系统使用N×2矩阵的谐振器阵列，来组合多个(N)信道。例如，已知4-信道组合器用4×2谐振器排列。该种常规的谐振器至少有两个缺点。第一，在一行中把四个谐振器排成直线，是庞大的排列，难以把该组合器放进宽度受限的小空间内。要减小谐振器的大小，可以用介质谐振器。但是，使用介质谐振器将增加频率组合器的成本，而且还带来机械上的复杂性。第二，常规的4×2排列，当CDMA信道信号在谐振器间跃迁时，要求相位环控制能维持零(或180°)相位差。这一点使谐振器矩阵的设计变得复杂。本发明为缓解上述缺点，提供包括一中央公用谐振器腔的N×N矩阵(N≥3)。
发明内容
本文公开一种有组合器和分频器功能的多信道频率复用器，该复用器能使相位差最小、使复用器的大小最小、并使插入损耗均衡。作为组合器，其结构包括一N×N频率谐振器矩阵，该多个谐振器有信道输入端口。各谐振器与一公用谐振器互连，公用谐振器又耦合至一公用输出端口。该结构还可以用作有改进性能特性的分频器。
附图说明
本发明的一个优选实施例，将在下面结合附图说明，附图有：
图1按照本发明的优选实施例，画出频率组合器的顶视图；
图2表明按照本发明优选实施例的频率组合器/分频器的频率特性；
图3是该频率复用器的平面图；
图4按照本发明的优选实施例，画出接收频率复用器的示意图；和
图5按照本发明的优选实施例，画出发射频率组合器的示意图。
具体实施方式
图1画出使用3×3充空气谐振器矩阵的4-信道频率组合器。中央谐振器5构成公用谐振器。每一周边谐振器1-4和6-9的谐振频率，与相应谐振器的调谐插头1a-9a位置有关。本发明的一个优选实施例可以用于CDMA系统中频率范围869-894MHz的蜂窝通信。但是，本发明不限于该领域的应用。对CDMA的应用，两个谐振器确定一信道。因此，该3×3矩阵支持四个不同信道。信道输入由端口10-13提供。各信道在公用谐振器5中组合，然后传送至公用输出端口14。
具体说，第一频率信道在输入端口10提供，并在与其他频率信道在公用组合器5组合前，首先被腔1选择，然后被腔4选择。该频率信号由传输线15从输入端口10送至谐振器1。第二频率信道在输入端口11提供，并在与其他频率信道在公用组合器5组合前，首先被腔3选择，然后被腔2选择。第三频率信道在输入端口12提供，并首先被腔9选择，然后被腔6选择。最后，第四频率信道被送至端口13，并在进入公用谐振器5前，首先被腔7选择，然后被腔8选择。该频率信号由传输线16从输入端口13送至谐振器7。上面描述的安排，允许用单个的且节省空间的充空气谐振器排列进行信道复用。
已经进一步观察到，在上述多信道复用器中不需要用临界对相传输线。因此，能够在宽的带宽上，对微波信道频率有效地组合或分频。
该种布局能使该CDMA组合器的占据面积保持为最小，并使该4-信道组合器基本上呈矩形。公用谐振器有四个侧壁，并放在组合器的中央。四个信道的每一个，都有两个谐振器。每一信道的第一谐振器，放在组合器相应的一角，而每一信道的第二谐振器，放在紧靠公用谐振器相应的侧壁。因此，4-信道组合器的大小已最小化。
所有四个频率信道都有近似相同的插入损耗。当信道频率有小的频率间隔时，最低频率和最高频率信道的插入损耗，低于两个中间频率信道的插入损耗。为均衡插入损耗，两个中间频率信道的输入端口，要比最高和最低频率信道更靠近它们相应的第一谐振器。在图1所示的实施例中，高的和低的频率信道可以通过谐振器1和4或谐振器7和8二者之一输送。中间频率则通过谐振器3和2以及谐振器6和9输送。对该两个中间频率，把第一谐振器放在更靠近输入端口，可以减小必要的传输线长度，从而减少该两个中间频率信道的插入损耗。在一个优选实施例中，该两个中间频率不需要传输线。通过传输线长度的校正选择，可使所有四个频率信道得到相近的插入损耗。
更一般地说，本发明包括一可调谐的微波复用器。在该复用器内，有多个至少包含一个谐振器的信道滤波器，对微波和RF信号滤波。这些信道滤波器与一组合/分频机构耦合。该组合/分频机构包括一公用端和与该公用端耦合的公用谐振器。
该可调谐复用器的运行方式如下。包括多个微波信号频率的信号，在公用端14输入。该信号将通过公用谐振器5。多个微波信号之一的信号频率，被耦合进组合谐振器(1-4)、(2-3)、(6-9)、和(7-8)中的一个滤波器，只要该滤波器的通带被调谐至该微波信号的频率。另一方面，如果该滤波器的通带被调谐至不同的频率，则该谐振器滤波器将拒绝该微波信号。据此，该多个微波信号将被分离。
该可调谐复用器还可以用来组合不同频率的信号。不同频率的信号经传输端，输入能使相应频率通过的信道滤波器。这些信号将在公用谐振器中组合，成为包含这些不同信号频率的一个信号。之后，复合信号通过公用端输出。
图2表明信道2在该频率组合器/分频器中的频率特性。顶部曲线表示滤波器的通带特性。该通带表明只有1.21dB损耗。底部曲线表示四个不同信道的回程损耗。损耗值是非常低的。
图3画出按照本发明的组合器/分频器的平面图。
图4按照用于通信系统的本发明的一个实施例，画出接收的频率复用器。该复用器上的参考数字与以前讨论图1时那些参考数字对应。接收天线17接收组合的信道信号，这些信号被有选择地按前述方式彼此分离。分离的信道被送至RF变换器10a-13a。信道1-4的基带信号，分别在分用器10b-13b中被分用。虽然图4画出接收器方面的结构，但本发明的该设备，能用于发送前的频率组合。发射器结构示于图5，图上参考数字18与发射天线对应。
虽然本发明的优选实施例已经在上面说明，但本领域熟练人员应当了解，可以对之作各种修改而不背离本发明的范围和精神。

Claims (30)

1.一种多信道频率复用器，包括：
N×N充空气谐振器矩阵，这里N≥3，所述N×N矩阵有矩形截面结构；
公用谐振器，位于所述N×N矩阵中，由多个信道共享；
多个输入/输出端口，与所述N×N矩阵的相应谐振器连接，所述各输入/输出端口还通过相应的谐振器，连接至所述公用谐振器；
其中每一输入/输出端口相应的第一谐振器，放在所述N×N矩阵相应的一角；及
其中每一输入/输出端口相应的第二谐振器，放在紧靠所述公用谐振器的一个侧壁。
2.按照权利要求1的频率复用器，其中的公用谐振器与一公用输入/输出端口连接。
3.按照权利要求2的频率复用器，其中该多个输入/输出端口的每一个，都通过所述N×N矩阵中至少两个相应谐振器，连接至公用谐振器。
4.按照权利要求1的频率复用器，其中每一输入/输出端口相应两个谐振器中的第一谐振器，紧邻相应的第二谐振器放置。
5.按照权利要求1的频率复用器，其中多个频率信道在所述频率复用器中复用，该多个频率信道中的每一个频率信道都被送至该多个输入/输出端口中的一个输入/输出端口；其中，所述多个频率信道中最小频率和最大频率相应的第一谐振器，要放在离开该信道相应的输入/输出端口处；并且其中，与最小频率和最大频率相应的第一谐振器比较，所述多个频率信道中第一中间频率和第二中间频率相应的第一谐振器，位于靠近相应的输入/输出端口处。
6.按照权利要求1的频率复用器，其中各充空气谐振器还包括介质谐振器。
7.按照权利要求3的频率复用器，所述复用器把四个频率信道复用。
8.按照权利要求5的频率复用器，所述复用器对该最大频率和最小频率，还包括第一和第二传输线，从该最大频率和最小频率相应的第一谐振器连接至该最大频率和最小频率相应的输入/输出端口。
9.按照权利要求8的频率复用器，其中，对所述第一中间频率和所述第二中间频率，该相应的输入/输出端口直接连接至该第一中间频率和第二中间频率相应的第一谐振器。
10.按照权利要求1的频率复用器，还包括多个输入/输出端口，与所述N×N矩阵相应的第一谐振器连接，其中每一输入/输出端口相应的第一谐振器，沿着该公用谐振器的一个侧壁放置。
11.按照权利要求10的频率复用器，其中与相应输入/输出端口连接的每一所述相应第一谐振器，还连接至相应的第二谐振器，每一所述相应的第二谐振器，设在该N×N矩阵的一角。
12.按照权利要求11的频率复用器，其中在所述频率复用器中把多个频率信道复用，该多个频率信道的每一个被送至该多个输入/输出端口相应的一个；其中所述多个频率信道中最小频率和最大频率相应的第一谐振器要放在离开该信道相应的输入/输出端口处；并且其中，与最小频率和最大频率相应的第一谐振器比较，所述多个频率信道中第一中间频率和第二中间频率相应的第一谐振器，位于靠近相应的输入/输出端口处。
13.按照权利要求2的频率复用器，还包括多个输入/输出端口，与所述N×N矩阵相应的第一谐振器连接，其中在所述频率复用器中把多个频率信道复用，该多个频率信道的每一个被送至该多个输入/输出端口相应的一个；其中所述多个信道中最小频率和最大频率相应的第一谐振器要放在离开该信道相应的输入/输出端口处，并且其中，与最小频率和最大频率相应的第一谐振器比较，所述多个频率信道中第一中间频率和第二中间频率相应的第一谐振器，位于靠近相应的输入/输出端口处。
14.按照权利要求13的频率复用器，所述复用器对该最大频率和最小频率，还包括第一和第二传输线，从相应的第一谐振器连接至最大频率和最小频率相应的输入/输出端口。
15.按照权利要求14的频率复用器，其中，对所述第一中间频率和所述第二中间频率，该相应的输入/输出端口直接连接至该第一中间频率和第二中间频率相应的第一谐振器。
16.按照权利要求3的频率复用器，其中在所述频率复用器中把多个频率信道复用，该多个频率信道的每一个被送至该多个输入/输出端口相应的一个，其中所述多个频率信道中最小频率和最大频率相应的第一谐振器要放在离开该信道相应的输入/输出端口处；并且其中所述多个频率信道中第一中间频率和第二中间频率相应的第一谐振器，与最小频率和最大频率相应的第一谐振器比较，位于更靠近相应的输入/输出端口。
17.按照权利要求16的频率复用器，所述复用器对该最大频率和最小频率，还包括第一和第二传输线，从相应的第一谐振器连接至该最大频率和最小频率相应的输入/输出端口。
18.按照权利要求17的频率复用器，其中，对所述第一中间频率和所述第二中间频率，该相应的输入/输出端口直接连接至该第一中间频率和第二中间频率相应的第一谐振器。
19.一种把多个频率信道复用的方法，包括：
通过多个输入/输出端口中的相应一个输入/输出端口，把多个频率信道信号中的相应一个频率信道信号输入到一个谐振器矩阵中；
对该多个频率信道的每一个，使相应信道信号在相应的第一和第二谐振器中谐振；
对所述多个频率信道的每一个信道信号，使该信道信号在一公用谐振器中谐振，其中，该公用谐振器作为中央谐振器，放在所述谐振器矩阵中；及
其中第一谐振器放在所述谐振器矩阵相应的一角，第二谐振器放在紧靠所述公用谐振器的一个侧壁。
20.按照权利要求19的方法，其中所述矩阵包括一N×N矩阵，这里N≥3。
21.按照权利要求20的方法，所述方法还包括：对所述多个频率信道的最小和最大频率，在传输线上把相应的信道信号，发送至相应的第一谐振器，同时对所述多个频率信道的第一中间频率和第二中间频率，则通过该第一中间频率和第二中间频率相应的输入/输出端口，把相应的信道信号直接输送至相应的第一谐振器。
22.按照权利要求19的方法，其中在第一和第二谐振器中的谐振，包括使该信道信号在充空气的腔中谐振。
23.按照权利要求22的方法，其中在第一和第二谐振器中的谐振，包括用介质使该信道信号谐振。
24.按照权利要求11的多信道频率复用器，其中所述复用器是CDMA通信系统的一部分。
25.按照权利要求12的多信道频率复用器，其中所述复用器是CDMA通信系统的一部分。
26.按照权利要求15的多信道频率复用器，其中所述复用器是CDMA通信系统的一部分。
27.按照权利要求3的多信道频率复用器，其中所述复用器是CDMA通信系统的一部分。
28.按照权利要求18的多信道频率复用器，其中所述复用器是CDMA通信系统的一部分。
29.按照权利要求5的多信道频率复用器，其中所述复用器是CDMA通信系统的一部分。
30.按照权利要求9的多信道频率复用器，其中所述复用器是CDMA通信系统的一部分。
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