CN101944919B - 一种高温超导双工子系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温超导双工子系统。该系统被真空封装在制冷机里，保持工作温度低于超导材料的转变温度，其包括：两个射频端口、一个大功率超导滤波器、第一环行器、第二环行器、接收通道以及微波元件。该系统应用于无线系统，能够实现同时接收和发送无线信号。

Description

一种高温超导双工子系统

技术领域

本发明涉及无线系统领域，特别是涉及一种高温超导双工子系统。

背景技术

随着现代通信技术的飞速发展和通信市场规模的与日俱增，使得现有的无线频谱日益显得拥挤不堪。各种增值通信业务占用的频谱资源不断向频率高端延伸，摆在无线电工程师面前的一个严峻而紧迫的课题是：如何能最有效的利用现有的频谱资源。因此为简约频谱资源，许多无线系统接收和发射信号采用同一无线频段，如雷达、TD-SCDMA、Wi-max等。

高温超导滤波器是用高温超导材料制作的微带滤波器，微带滤波器是无线系统中的关键器件，作用是对电信号进行提取、分离或抑制。随着使用频段的不断扩展，设备间的干扰也日趋严重，因此微带滤波器不但要确保产品本身正常工作，而且要减少相互影响、维持正常的无线工作环境。常规微带滤波器由于金属电阻会产生一定衰耗，不可能达到理想的滤波性能。高温超导技术的发展，为开发高性能滤波器提供了一种切实有效的方法。目前，高温超导技术在通信、雷达与射电天文等领域取得重大突破，美国已将高温超导滤波器推向市场，并成功实现了批量应用。其相比常规的微带滤波器具有低插入损耗，极窄的通带宽度，高带边陡度和带外抑制的特点。这能大大提高系统的射频性能，比如用于接收机，能大大提高接收机的灵敏度、频率选择性和抗干扰能力。

然而，目前的高温超导滤波器大多应用于接收机，而未能把它扩展应用到发射机，未能使之双向传输微波信号。为了能把高温超导滤波器应用于发射机，需要新的电路系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温超导双工子系统，应用于无线系统，能够实现同时接收和发送无线信号。

为实现本发明的目的而提供的一种高温超导双工子系统，被真空封装在制冷机里，保持工作温度低于超导材料的转变温度，其包括：两个射频端口、一个大功率超导滤波器、第一环行器、第二环行器、接收通道以及微波元件，其中：

所述两个射频端口，包括：

第一射频端口，与天线连接，用于接收或输出无线信号；

第二射频端口，与无线系统连接，用于输出信号到无线系统，以及接收无线系统发射的信号；

所述大功率超导滤波器，与所述第一射频端口和第一环行器连接，用于将通过所述第一射频端口进入所述子系统的信号进行滤波处理，并将经过过滤后的信号发送到所述第一环行器；以及接收所述第一环行器传输的信号，并对其进行滤波处理后发送到天线；

所述第一环行器，与所述微波元件和所述接收通道连接，用于将从所述大功率超导滤波器接收到的经过过滤的信号传输给接收通道；以及接收所述微波元件发送的信号；

所述第二环行器，与所述接收通道和微波元件连接，用于接收所述接收通道传输过来的信号，将该信号通过所述第二射频端口传输给无线系统；

所述接收通道，用于放大来自所述第一环行器的经过过滤的信号，并将经过接收通道放大的信号传输给所述第二环行器；

所述微波元件，连接所述第一环行器和第二环行器，用于导通由所述第二环行器和第一环行器以及大功率超导滤波器组成的发射通路。

所述接收通道，由两个微波开关和一个低噪声放大器组成，由所述第一环行器传来的信号经过微波开关-低噪声放大器-微波开关的顺序传输。

所述微波元件是采用微波电缆或者微波开关或者功率放大器或者是多个微波开关和多个功率放大器的级联，级联次序可以调换。

所述微波元件，用于避免接收通道中的所述低噪声放大器发生自激。

所述大功率超导滤波器替换为常温滤波器时，所述高温超导双工子系统能够在常温下工作。

为实现本发明的目的还提供一种高温超导双工子系统，包括：四个射频端口、一个大功率超导滤波器、第一环行器、第二环行器、接收通道以及微波元件，其中：四个射频端口、一个大功率超导滤波器、第一环行器、第二环行器、和接收通道被真空封装在制冷机里，保持工作温度低于超导材料的转变温度，其中：

所述四个射频端口，包括：

第一射频端口，与天线连接，用于接收或输出无线信号；

第二射频端口，与无线系统连接，用于输出信号到无线系统，或接收无线系统发射的信号；

第三射频端口和第四射频端口，作为调节端口，第三射频端口与所述微波元件和第一环行器连接，第四射频端口与所述微波元件和第二环行器连接，用于将所述微波元件从制冷机内部引出；

所述大功率超导滤波器，与所述第一射频端口和第一环行器连接，用于将通过所述第一射频端口进入所述子系统的信号进行滤波处理，将经过过滤后的信号发送到所述第一环行器；以及接收所述第一环行器传输的信号，并对其进行滤波处理后发送到天线；

所述第一环行器，与所述第三射频端口和所述接收通道连接，用于将从所述大功率超导滤波器接收到的经过过滤的信号传输给接收通道；以及接收经过所述第三射频端口传输的信号；

所述第二环行器，与所述接收通道和第二射频端口连接，用于接收所述接收通道传输过来的信号，将该信号通过第二射频端口传输给无线系统；

所述接收通道，用于放大来自所述第一环行器的经过过滤的信号，并将经过接收通道放大的信号传输给所述第二环行器；

所述微波元件，与所述第三射频端口和第四射频端口连接，用于导通由所述第一环行器和第二环行器以及大功率超导滤波器组成的发射通道。

所述接收通道，由两个微波开关和一个低噪声放大器组成，由所述第一环行器传来的信号经过微波开关-低噪声放大器-微波开关的顺序传输。

所述微波元件采用微波电缆或者微波开关或者功率放大器或者是多个微波开关和多个功率放大器的级联，级联次序可以调换。

所述微波元件，用于避免接收通道中的低噪声放大器发生自激。

所述大功率超导滤波器替换为常温滤波器时，所述高温超导双工子系统能够在常温下工作。

本发明的有益效果是：

1.本发明的一种高温超导双工子系统，支持双向传输微波信号；

2.本发明的一种高温超导双工子系统，使用大功率超导滤波器（功率承受能力大于0.5w）能够提高接收链路的灵敏度、选择性和抗干扰能力，同时减小发射链路的杂散信号；

3.本发明的一种高温超导双工子系统，被真空封装在一个制冷机里，子系统工作温度低于超导材料的转变温度，子系统的接收机的整体噪声系数小，提高接收机的灵敏度；

4.本发明的一种高温超导双工子系统，提供两个发射通道射频调节口，可以在常温下添加微波元件对子系统进行调试，提高了效率，并减小了制冷机负载，在制冷机功率允许的情况下也可以将调试完毕后的元件与子系统封装在一起；

5.在本发明中，微波元件可以为微波电缆、微波开关、功率放大器，可以满足不同用户的需求，灵活性好；

6.本发明中，大功率超导滤波器支持双向滤波，这样能够减小发射信号的杂散，降低对其它无线系统和本系统的电磁干扰。

附图说明

图1是本发明一种高温超导双工子系统的结构示意图；

图2是本发明一种高温超导双工子系统实施例一的结构示意图；

图3是本发明一种高温超导双工子系统实施例二的结构示意图；

图4是本发明一种高温超导双工子系统实施例三的结构示意图；

图5是本发明中另一种高温超导双工子系统的结构示意图；

图6是本发明另一种高温超导双工子系统实施例一的结构示意图；

图7是本发明另一种高温超导双工子系统实施例二的结构示意图；

图8是本发明另一种高温超导双工子系统实施例三的结构示意图；

图9是本发明另一种高温超导双工子系统实施例四的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的一种高温超导双工子系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种高温超导双工子系统，是被真空封装在一个制冷机里，温度低于超导材料的转变温度，其由射频端口、大功率超导滤波器、环行器、接收通道和微波元件组成，应用于无线系统，实现同时接收和发送无线信号的双工子系统。

下面结合上述目标详细介绍本发明的一种高温超导双工子系统，图1是本发明一种高温超导双工子系统的结构示意图，如图1所示，所述子系统被真空封装在制冷机里，保持工作温度低于超导材料的转变温度，其包括：两个射频端口、一个大功率超导滤波器、两个环行器A和B、接收通道以及微波元件，其中：

所述两个射频端口中：

射频端口1（第一射频端口），与天线连接，用于接收或输出无线信号；

射频端口2（第二射频端口），与无线系统连接，用于输出信号到无线系统，以及接收无线系统发射的信号；

所述大功率超导滤波器，与所述射频端口1和环行器A连接，用于将通过所述射频端口1进入所述子系统的信号进行滤波处理，将经过过滤后的信号发送到所述环行器A；以及接收所述环行器A传输的信号，并对其进行滤波处理后发送到天线；

较佳地，本发明采用的大功率超导滤波器，支持双向滤波，这样能够减小发射信号的杂散，降低对其它无线系统和本系统的电磁干扰。

较佳地，在本发明中采用大功率超导滤波器，其功率承受能力大于0.5w，能够提高接收链路的灵敏度、选择性和抗干扰能力，同时减小发射链路的杂散信号。

所述两个环行器A和B，其中：

所述环行器A（第一环行器），与所述微波元件和所述接收通道连接，用于将从所述大功率超导滤波器接收到的经过过滤的信号传输给接收通道；以及接收所述微波元件发送的信号；

所述环行器B（第二环行器），与所述接收通道和微波元件连接，用于接收所述接收通道传输过来的信号，将该信号通过第二射频端口传输给无线系统；

接收通道，用于放大来自所述环行器A的经过过滤的信号，并将经过接收通道放大的信号传输给所述环行器B。

由于来自天线的信号很微弱，要进行多级放大，这里是第一级放大，滤波器已经进行了信号选择，这里用于放大接收信号。

微波元件，用于连接所述环行器A和B，导通由环行器B和A以及大功率超导滤波器组成的发射通路，避免接收通道中的低噪声放大器发生自激。

较佳地，本发明中使用微波开关或微波电缆或功率放大器作为两环行器间的隔离（或者接收通道和发射通道的隔离），使系统接收信号时，接收通道中的低噪声放大器不会自激。

虽然选用不同长度的电缆，能够使低噪声放大器自激时的增益不一样，有效地改善低噪声放大器的自激，但不能解决低噪声放大器的自激。因此，本发明中使用微波开关或微波电缆或功率放大器或其组合形式作为两环行器间的隔离，从根本上解决低噪声放大器的自激问题。

图2是本发明一种高温超导双工子系统实施例一的结构示意图，图3是本发明一种高温超导双工子系统实施例二的结构示意图，图4是本发明一种高温超导双工子系统实施例三的结构示意图，如图2、图3和图4所示，作为一种可实施方式，分别是以微波电缆、微波开关和功率放大器为微波元件的高温超导双工子系统。

在所述高温超导双工子系统中，具有上行链路和下行链路两条信号链路。上行信号链路(Rx)为：接收信号从天线通过射频端口1进入子系统，首先是经过大功率超导滤波器滤波，然后通过环行器A将信号转到由微波开关-低噪声放大器-微波开关组成的接收通道，最后通过环行器B经射频口2输出信号到无线系统。下行信号链路(Tx)为：发射信号经过射频口2进入子系统后，首先经环行器B，然后经过微波元件进入环行器A，最后通过高温滤波器经过射频口1输出信号到天线发射。

本发明还提供一种高温超导双工子系统，图5是本发明中另一种高温超导双工子系统的结构示意图，如图5所示，所述子系统包括：四个射频端口、一个大功率超导滤波器、两个环行器、接收通道以及微波元件，其中：四个射频端口、一个大功率超导滤波器、两个环行器和接收通道被真空封装在制冷机里，保持工作温度低于超导材料的转变温度，

所述四个射频端口中：

射频端口1（第一射频端口），与天线连接，用于接收或输出无线信号；

射频端口2（第二射频端口），与无线系统连接，用于输出信号到无线系统，或接收无线系统发射的信号；

射频端口3（第三射频端口）和射频端口4（第四射频端口），作为发射通道调节端口，与所述微波元件和环行器连接，用于将所述微波元件从制冷机内部引出。

较佳地，本发明提供的两个发射通道调节端口，可以在常温下添加微波元件对本发明的高温超导双工子系统进行调试。

所述大功率超导滤波器，与所述射频端口1和环行器A连接，用于将通过所述射频端口1进入所述子系统的信号进行滤波处理，将经过过滤后的信号发送到所述环行器A；接收所述环行器A传输的信号，并对其进行滤波处理后发送到天线；

较佳地，本发明采用的大功率超导滤波器，支持双向滤波，这样能够减小发射信号的杂散，降低对其它无线系统和本系统的电磁干扰。

较佳地，在本发明中采用大功率超导滤波器，其功率承受能力大于0.5w，能够提高接收链路的灵敏度、选择性和抗干扰能力，同时减小发射链路的杂散信号。

所述两个环行器，其中：

环行器A（第一环行器），与所述射频端口3和所述接收通道连接，用于将从所述大功率超导滤波器接收到的经过过滤的信号传输给接收通道；以及接收经过所述射频端口3发送的信号；

环行器B（第二环行器），与所述接收通道和射频端口2连接，用于接收所述接收通道传输过来的信号，将该信号通过射频端口2传输给无线系统；

接收通道，用于放大来自所述环行器A的经过过滤的信号，并将经过接收通道放大的信号传输给所述环行器B。

微波元件，与所述射频端口3和射频端口4连接，用于导通由所述环行器A和B以及大功率超导滤波器组成的发射通道，避免接收通道中的低噪声放大器发生自激。

较佳地，本发明中使用微波开关、功率放大器、微波电缆作为两个环行器间的隔离（或者接收通道和发射通道的隔离）使系统接收信号时，接收通道中的低噪声放大器不会自激。

虽然选用不同长度的电缆，能够使低噪声放大器自激时的增益不一样，有效地改善低噪声放大器的自激，但不能解决低噪声放大器的自激。因此，本发明中使用微波开关或微波电缆或功率放大器或其组合形式作为两环行器间的隔离，从根本上解决了低噪声放大器的自激问题。

图6是本发明另一种高温超导双工子系统实施例一的结构示意图，图7是本发明另一种高温超导双工子系统实施例二的结构示意图，图8是本发明另一种高温超导双工子系统实施例三的结构示意图，图9是本发明另一种高温超导双工子系统实施例四的结构示意图，如图6、图7、图8和图9所示，作为一种可实施方式，分别是以微波电缆、微波开关、功率放大器以及微波开关和功率放大器的级联为微波元件的高温超导双工子系统。

在述高温超导双工子系统中，具有上行链路和下行链路两条信号链路。上行信号链路(Rx)为：接收信号从天线通过射频端口1进入子系统，首先是经过大功率超导滤波器滤波，然后通过环行器A将信号转到由微波开关-低噪声放大器-微波开关组成的接收通道，最后通过环行器B经射频口2输出信号到无线系统。下行信号链路(Tx)为：发射信号进入经过射频口2进入系统后，首先经环行器B，然后通过射频口4输出到子系统外面，经过微波元件C又通过射频口3返回子系统，进入环行器A，最后通过高温滤波器经过射频口1输出信号到天线发射。

作为一种可实施方式，本发明中提供的上述两种高温超导双工子系统中，所述大功率超导滤波器，还可以替换为常温滤波器，使得本发明的高温超导双工子系统能够在常温下工作。

作为一种可实施方式，在本发明中提供的上述两种高温超导双工子系统中，所述接收通道，由两个微波开关和一个低噪声放大器组成，由所述环行器A传来的信号经过微波开关-低噪声放大器-微波开关的顺序传输。

作为一种可实施方式，在本发明中提供的上述两种高温超导双工子系统中，所述微波元件可以是一根微波电缆、微波开关、功率放大器或者是多个微波开关和多个功率放大器的级联，级联次序可以调换。以满足不同用户的需要。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的一种高温超导双工子系统，支持双向传输微波信号；

2.本发明的一种高温超导双工子系统，使用大功率超导滤波器（功率承受能力大于0.5w）能够提高接收链路的灵敏度、选择性和抗干扰能力，同时减小发射链路的杂散信号；

3.本发明的一种高温超导双工子系统，被真空封装在一个制冷机里，子系统工作温度低于超导材料的转变温度，子系统的接收机的整体噪声系数小，提高接收机的灵敏度；

4.本发明的一种高温超导双工子系统，提供两个发射通道射频调节口，可以在常温下添加微波元件对子系统进行调试，提高了效率，并减小了制冷机负载，在制冷机功率允许的情况下也可以将调试完毕后的元件与子系统封装在一起；

5.在本发明中，微波元件可以为微波电缆、微波开关、功率放大器，可以满足不同用户的需求，灵活性好；

6.本发明中，大功率超导滤波器支持双向滤波，这样能够减小发射信号的杂散，降低对其它无线系统和本系统的电磁干扰。

通过结合附图对本发明具体实施例的描述，本发明的其它方面及特征对本领域的技术人员而言是显而易见的。

以上对本发明的具体实施例进行了描述和说明，这些实施例应被认为其只是示例性的，并不用于对本发明进行限制，本发明应根据所附的权利要求进行解释。

Claims (10)

1.一种高温超导双工子系统，其特征在于，所述子系统被真空封装在制冷机里，保持工作温度低于超导材料的转变温度，其包括：两个射频端口、一个大功率超导滤波器、第一环行器、第二环行器、接收通道以及微波元件，其中：

所述两个射频端口，包括：

第一射频端口，与天线连接，用于接收或输出无线信号；

第二射频端口，与无线系统连接，用于输出信号到无线系统，以及接收无线系统发射的信号；

所述大功率超导滤波器，与所述第一射频端口和第一环行器连接，用于将通过所述第一射频端口进入所述子系统的信号进行滤波处理，并将经过过滤后的信号发送到所述第一环行器；以及接收所述第一环行器传输的信号，并对其进行滤波处理后发送到天线；

所述第一环行器，与所述微波元件和所述接收通道连接，用于将从所述大功率超导滤波器接收到的经过过滤的信号传输给接收通道；以及接收所述微波元件发送的信号；

所述第二环行器，与所述接收通道和微波元件连接，用于接收所述接收通道传输过来的信号，将该信号通过所述第二射频端口传输给无线系统；

所述接收通道，用于放大来自所述第一环行器的经过过滤的信号，并将经过接收通道放大的信号传输给所述第二环行器；

所述微波元件，连接所述第一环行器和第二环行器，用于导通由所述第二环行器和第一环行器以及大功率超导滤波器组成的发射通路。

2.根据权利要求1所述的高温超导双工子系统，其特征在于，所述接收通道，由两个微波开关和一个低噪声放大器组成，由所述第一环行器传来的信号经过微波开关-低噪声放大器-微波开关的顺序传输。

3.根据权利要求1所述的高温超导双工子系统，其特征在于，所述微波元件是采用微波电缆或者微波开关或者功率放大器或者是多个微波开关和多个功率放大器的级联，级联次序可以调换。

4.根据权利要求2所述的高温超导双工子系统，其特征在于，所述微波元件，用于避免接收通道中的所述低噪声放大器发生自激。

5.根据权利要求1所述的高温超导双工子系统，其特征在于，所述大功率超导滤波器替换为常温滤波器时，所述高温超导双工子系统能够在常温下工作。

6.一种高温超导双工子系统，其特征在于，所述子系统包括：四个射频端口、一个大功率超导滤波器、第一环行器、第二环行器、接收通道以及微波元件，其中：四个射频端口、一个大功率超导滤波器、第一环行器、第二环行器、和接收通道被真空封装在制冷机里，保持工作温度低于超导材料的转变温度，其中：

所述四个射频端口，包括：

第一射频端口，与天线连接，用于接收或输出无线信号；

第二射频端口，与无线系统连接，用于输出信号到无线系统，或接收无线系统发射的信号；

第三射频端口和第四射频端口，作为调节端口，第三射频端口与所述微波元件和第一环行器连接，第四射频端口与所述微波元件和第二环行器连接，用于将所述微波元件从制冷机内部引出；

所述大功率超导滤波器，与所述第一射频端口和第一环行器连接，用于将通过所述第一射频端口进入所述子系统的信号进行滤波处理，将经过过滤后的信号发送到所述第一环行器；以及接收所述第一环行器传输的信号，并对其进行滤波处理后发送到天线；

所述第一环行器，与所述第三射频端口和所述接收通道连接，用于将从所述大功率超导滤波器接收到的经过过滤的信号传输给接收通道；以及接收经过所述第三射频端口传输的信号；

所述第二环行器，与所述接收通道和第二射频端口连接，用于接收所述接收通道传输过来的信号，将该信号通过第二射频端口传输给无线系统；

所述接收通道，用于放大来自所述第一环行器的经过过滤的信号，并将经过接收通道放大的信号传输给所述第二环行器；

所述微波元件，与所述第三射频端口和第四射频端口连接，用于导通由所述第一环行器和第二环行器以及大功率超导滤波器组成的发射通道。

7.根据权利要求6所述的高温超导双工子系统，其特征在于，所述接收通道，由两个微波开关和一个低噪声放大器组成，由所述第一环行器传来的信号经过微波开关-低噪声放大器-微波开关的顺序传输。

8.根据权利要求6所述的高温超导双工子系统，其特征在于，所述微波元件采用微波电缆或者微波开关或者功率放大器或者是多个微波开关和多个功率放大器的级联，级联次序可以调换。

9.根据权利要求7所述的高温超导双工子系统，其特征在于，所述微波元件，用于避免接收通道中的低噪声放大器发生自激。

10.根据权利要求6所述的高温超导双工子系统，其特征在于，所述大功率超导滤波器替换为常温滤波器时，所述高温超导双工子系统能够在常温下工作。

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