CN1039470C - 微波或甚高频电磁波用的无线电收发设备 - Google Patents

Abstract

一种发射机与接收机合为一体供发送和接收微波或甚高频电磁波的无线电收发设备，这是对应于不同传输输出功率容量的设备产品系列的一种设备。在本发明的设备产品系列中，其体积极小以满足其传输输出功率要求不带放大器的超短波收发设备由完全标准化的基本零部件组成，即由一个发送模件、一个接收模件和一个收发共用电路组成，这些零部件无论传输输出功率要求不同都装在一个散热外壳体中。

Description

微波或甚高频电磁波用的无线电收发设备

本发明涉及无线电通信用的一种收发设备，更具体地说，涉及发射机和接收机合为一体供发送和接收微波或甚高频电磁波用的一种超短波收发设备，这种超短波收发设备是传输输出功率容量不同的一系列设备产品的一种。

发射机与接收机合为一体的无线电收发设备的特点是体积小。无线电收发设备因为体积小所以可以靠近天线配置或与天线构成一个整体，因此这种无线电设备无需为其建筑无线电站或掩蔽所，因而安装费用低。这类无线电收发设备的体积是应予考虑的重要因素。无线电收发设备的体积是随冷却散热器的体积而变的，因此收发设备的体积与收发设备的传输输出功率容量成正比地变化。所以制造传输输出功率容量不同的一系列样机就变得日益重要了。

发射机和接收机合为一体供发送和接收象微波或甚高频电磁波之类的无线电波的无线电收发设备目前已有一系列能在同一频带和同一信号处理格式下工作且传输输出功率容量不同的样机可供使用。迄今，制造这一系列的无线电收发设备有三种设计方法可供选择。

第一种方法是一个一个单独地设计传输输出功率容量不同的收发设备。通常，无线电收发设备产生的总热量在很大的程度上取决于其传输功率放大器的输出功率。因此，收发设备散热片的面积和收发设备的体积随传输功率放大器输出功率的大小成比例地变化。这样，按照第一种方法，所有的尺寸，包括收发设备外壳的长宽高以及散热片的大小，都能设计得使其最恰当地满足传输功率放大器输出功率的要求。

按照第二种设计原理，基本收发设备的设计是就传输输出功率容量最大的那种收发设备进行的，然后用简单的传输线路代替基本型中的功率放大器，以此来制造传输输出功率容量较小的那种收发设备。这种设计方法使我们可以在传输输出功率容量不同的样机中采用同样大小的收发设备外壳和散热片。

更具体地说，图1示出了传输输出功率容量较小的收发设备的剖面，图2示出了传输输出功率容量较大的收发设备的剖面。图1和图2中，有散热功能的外壳体1中装置发送模件2a或2b、接收模件3、公用电路和IDU(户内装置)通信信号联合电路4和收发共用电路5。

图2中所示传输输出功率容量较大的收发设备在发送模件2b中配置有功率放大器7。图2中所示的散热外壳体1其散热面积极大，散热面积和散热外壳体的体积都选择得使其可以将最大电功率消耗所产生的一定量的热量散发开，以满足最大传输输出功率的要求。图1中所示传输输出功率容量较小的收发设备，其发送模件2a中装的是传输线路6而不是功率放大器7。但图1中所示的散热外壳体1与图2中所示的散热外壳体1完全一样。

按照第三种设计方案，收发设备外壳上附有功率放大器作为独立的外部装置，从而可以适应各种不同传输输出功率容量的各种样机。在第三种设计方法的情况下，传输输出功率要求较小的收发设备外壳的体积可作为基本体积。

第一种设计原理的缺点在于，机壳和零部件没有充分标准化，因而增加了销路不好的系列产品的成本，同时也增加了装运之前制造过程所需要的时间。

第二种设计方案可以达到更好的标准化情况。然而，由于基本设计是以传输输出功率容量较大的收发设备为基础的，因而散热外壳体1很大，收发设备的体积也大。较大部分出售的是提供较大传输输出功率的样机时，在经济实用方面是不会有什么大问题的，但如果所出售的样机更多的是提供较小传输输出功率的收发设备，则第二种方法就不经济了。

更具体地说，由于图1中所示的传输输出功率容量较小的收发设备没有功率放大器，因而收发设备的总耗电量小，从而收发设备不需要大的散热器。但由于基本样机是输出功率较高的样机，因而收发设备的体积仍然与传输输出功率较低的收发设备相同。因此，在较高输出功率样机的基础上进行标准化对输出功率较低的样机是不利的。若市场对输出功率较低的样机的需求量增加，则制造壳体过大的收发设备所涉及的额外费用会削弱与另一能制造在设计上体积较小而且更便宜的制造厂家的竞争能力。

如果需要制造用原设计应付需要更高的传输输出功率的样机，则第二种设计方法也有问题。需要这种样机时，由于现有的收发设备外壳没有实用的空间来容纳冷却输出功率更大的功率放大器用的散热器，因而需要重新设计传输输出功率容量更大的收发设备连同其外壳。

按第三种设计方法设计出来的收发设备在结构上很复杂。具体地说，由于收发功能共用一个天线和一个户内装置的接线电缆，因而需将传输输出功率引出收发设备外，用外部放大装置放大传输输出功率，再将已放大的传输输出功率送回到收发设备中提供给收发共用电路。由于收发设备是小巧的且附有一个喇叭，与天线反射器直接结合在一起，因而外部放大装置抵消了发射机与接收机合为一体所提供的任何好处。

此外，按照第三种设计原理，由于接外部放大装置的电缆长度比波长长，因而会产生驻波，而当收发共用电路、发送模件、放大器等器件中的电压驻波比不够小时，则会在频率特性中出现波动，为防止产生这种驻波，有效的方法是往各模件中加上一个叫做单向器的不可逆的电路元件。但增加这种不可逆电路元件是要花费的。

因此，本发明的目的是提供发射机和接收机合为一体供发送和接收微波的甚高频电磁波的一种无线电收发设备，该收发设备的基本设计是以传输输出功率容量小的基本样机为基础的，该基本样机用以制造高传输功率容量的样机，使我们可以往基本样机上加一个功率放大器连同具有供散除所增设的功率放大器所产生的热量的散热片的外壳壳体，从而使采用最低限度的布局方案的超短波收发设备可以满足任何传输输出功率的各种要求。

为达到上述目的，按本发明提供的发射机和接收机合为一体供发送和接收微波的甚高频电磁波的一种无线电收发设备包括：一个有散热功能的外壳体；一个发送模件，装在该外壳体中，供产生发送信号之用；一个接收模件，装在该外壳体中，供解调所接收到的信号之用；一个收发共用电路，装在该外壳体中，供将发送信号输出给天线并将天线所接收到的信号输出给接收模件；和至少一个功率放大器，可插接在发送模件的输出端与收发共用电路的发送信号输入端之间，供根据传输输出功率的要求放大发送信号之用，其中所述装有包括功率放大器在内的模件的散热外壳体在纵向上比没有功率放大器的散热外壳体长。

此外，本发明还提供这样一种发射机与接收机合为一体供发送和接收微波的甚高频电磁波的无线电收发设备，该收发设备包括：一个有散热功能的外壳体；一个发送模件，装在外壳体中，供产生发送信号之用；一个接收模件，装在外壳体中，供解调所接收到的信号之用；一个收发共用电路，装在外壳体中，供将发送信号输出给天线，并将天线所接收到的信号输出给接收模件；和至少一个功率放大器，可插接在发送模件的输出端与收发共用电路的发送信号输入端之间，供根据传输输出功率的要求放大发送信号之用；其中可以根据所要求的输出功率增加功率放大器的体积，且同截面的散热外壳体可以根据容纳加大了的功率放大器和相应散热器所需要的长度在长度方向上加长。

功率放大器最好是由许多互连的单元放大器组成，各单元放大器用以放大对应于预定的传输输出功率要求的发送信号。发送模件和功率放大器可以紧靠并固定在散热外壳体的内壁上。发送模件、功率放大器和收发共用电路可以用波导互连起来。

结合通过举例说明本发明的一些最佳实施例的附图阅读下面的说明可以清楚了解本发明的上述和其它目的、特点和优点。

图1是一般的超短波收发设备的纵向剖视图。

图2是另一种一般的超短波收发设备的纵向剖视图。

图3是本发明第一实施例的用来发送和接收微波或甚高频电磁波的超短波收发设备的方框图。

图4是本发明第二实施例的用来发送和接收微波或甚高频电磁波的超短波发收设备的方框图。

图5是本发明第三实施例用的来发送和接收微波或甚高频电磁波的超短波收发设备的方框图。

图6(A)和6(B)分别为图3所示第一实施例的超短波收发设备的纵向剖视图和横向剖视图，图6(C)则示出了发送模件12的纵向视图。

图7(A)是图4所示第二实施例的超短波收发设备的纵向剖视图，图7(B)和7(C)是功率放大器21和发送模件12的放大视图。

图8是图4所示第二实施例的超短波收发设备的横向剖视图。

如图3中所示，本发明第一实施例用来发送和接收微波或甚高频电磁波的超短波收发设备要求极小的传输输出功率且具有一个散热外壳体11，外壳体11中装有发送模件12、接收模件13、公用电路和IDU通信信号联合电路14以及收发共用电路15，电路15中有一个滤波器。公用电路和IDU通信信号联合电路14有一个共用电路供通过电缆传送发送和接收信号之用。

发送模件12调制通过公用电路和IDU通信信号联合电路14输入的基带信号并将经调制的信号转换成微波波段的发送信号。接收模件13将所接收到的微波信号转换成中频信号，解调中频信号，并通过公用电路和IDU通信信号联合电路14将已解调的信号输出给户内通信装置的输入/输出端口。收发共用电路15用来共用具有收发功能的天线(图中未示出)。收发共用电路15将发送模件12来的发送信号引到天线，并将天线所接收到的高频信号引到接收模件13。

输出功率需求量极小的超短波收发设备没有功率放大器，且耗电量极小，即发出的热量极少。散热外壳体11的长度是散热所需要的最小长度。散热外壳体11是横截面恒定的挤塑管壳体。在所要求的位置切割挤塑管壳体就可轻易地改变散热外壳体11的长度。输出功率最小的超短波收发设备是作为收发设备产品系列的基本样机而设计的。

图4示出了本发明第二实施例传输输出功率中等的超短波收发设备。图4中所示的超短波收发设备有一个散热外壳体20，壳体20中装有与图3中的完全相同的发送模件12、接收模件13、公用电路和IDU通信信号联合电路14和里面装有滤波器的收发共用电路15，此外还装有功率放大器21及其电源(图中未示出)。功率放大器21连接在发送模件12的输出端与收发共用电路15的发送信号输入端之间，供放大来自发送模件12的发送信号之用。

第二实施例的超短波收发设备是图3所示的基本样机与功率放大器21联合组成的。图4中所示的散热外壳体20呈管状，其长度是增设功率放大器21所需的最小长度，此外外壳体20还起散除功率放大器21所产生的热量的作用。具体地说，两个实施例的唯一区别在于第二实施例超短波收发设备的散热外壳体20比第一实施例的散热外壳体11长，且增加了功率放大器21的装在散热外壳体20中的元件。第二实施例超短波收发设备的其它细节与第一实施例超短波收发设备的完全相同。

散热外壳体20呈管状，是挤塑制成的横截面恒定的外壳体。散热外壳体20与第一实施例散热外壳体11的唯一不同点是前者长一些。按照上述的第一种设计方法，由于传输输出功率不同的收发设备类型是一个个单独设计的，因而它们的散热外壳体长度和横向截面都不同。但按照本发明，散热外壳体的长度虽然不同，但横截面却是恒定的，因而散热外壳体也基本上可以标准化。

图5示出了本发明第三实施例传输输出功率大于图4中所示的超短波收发设备的超短波收发设备。图5中所示的超短波收发设备其散热外壳体30中除装有图4中所示的那些元件外还装有功率放大器31，其目的在于满足传输输出功率大于第二实施例收发设备的传输输出功率的要求。功率放大器31连接在功率放大器29的输出端与收发共用电路15的发送信号输入端之间。因此第三实施例的超短波收发设备是由图3所示的基本样机与功率放大器21、31联合组成的。

散热外壳体30的长度是散除功率放大器21、31所产生的热量所需的最小长度。在散热外壳体30中，功率放大器21、31是增设到图3所示的散热外壳体11中仅有的增设元件。第三实施例超短波收发设备的其它细节与第一实施例的超短波收发设备完全相同。

下面说明各实施例的各超短波收发设备的结构。

图6(A)和6(B)示出了图3中所示的第一实施例的超短波收发设备的纵剖面和横剖面。图6(A)和6(B)中所示与图3中所示完全相同的部件都编以完全相同的编号。图6(A)和6(B)中，管状散热外壳体11中装有发送模件12、接收模件13、公用电路和IDU通信信号联合电路14以及里面装有滤波器的收发共用电路15。

散热外壳体11的外表面有天线射频端口16。公用电路和IDU通信信号联合电路14接耦合到户内装置的同轴接插件17。发送模件12用螺钉18固定在散热外壳体11上使其紧靠外壳体11的内壁。发送模件12，耗电量较大，因而散发出较大的热量，这些热量由热阻低的散热外壳体11通过热传导直接向外散发出去，因而有效地防止了发送模件12温度升高。

如图6(A)中所示，发送模件12的输出端和收发共用电路15中的发送信号输入端由波导法兰19连接起来。波导法兰19使我们可以在10千兆赫或以上的更高频率范围内高度精确地进行射频连接。还可以使各端子按垂直于管状散热外壳体11的轴线表面对表面的接触方式进行连接，散热外壳体11的长度可加以改变以便使其可以容纳新增加的功率放大器。波导法兰19的好处在于可以使各端子比起各端子用由需要上紧的连接套管组成的接插件进行连接的那种结构更容易连接。

在图6(A)和6(B)所示的传输输出功率极小的收发设备中，散热外壳体11的长度L1是根据收发设备的功率要求确定的。散热器的大小是根据从装在收发设备中的半导体至散热器这一段区域的热阻确定的，因而半导体的任何温升不会超过个别半导体在最坏的环境条件下所确定的最高温度(通常叫做最高结温)。在任何情况下，总要给散热器(即散热外壳体11)选择满足传输输出功率极小的收发设备的总功耗的极小体积。

图7(A)和图8分别示出了图4中所示的第二实施例的超短波收发设备的纵剖面和横剖面。图7(A)和图8中与图4和图6(A)中所示完全一样的那些部件都用同样的编号表示。在图7(A)和图8中，管状散热外壳体20中装有发送模件12、接收模件13、公用电路和IDU通信信号联合电路14、有一个滤波器的收发共用电路15和功率放大器21连同其电源(图中未示出)。功率放大器21连接在发送模件12的输出端与收发共用电路15的发送信号输入端之间，供放大发送信号之用。

图7(A)和图8中所示的超短波收发设备与图6(A)和6(B)中所示的超短波收发设备的差别在于增设了功率放大器21，且管状散热外壳体20的长度L2大于基本样机的管状散热外壳11的长度L1，以便通过散除功率放大器21产生有所增加的热量提高冷却能力。管状散热外壳体20的横截面与管状散热外壳体11的相同。管状散热外壳体20中的其它零部件，即发送模件12、接收模件13、公用电路和IDU通信信号联合电路14、收发共用电路15，都基本上与散热外壳体11中的相同。

和发送模件12一样，功率放大器21用螺钉22固定到散热外壳体20上，使其紧靠着外壳体20的内壁固定。功率放大器21发出的热量由热阻低的散热外壳体20通过热传导直接向外散发出去，从而有效避免了功率放大器21温度升高。

如图7(A)中所示，发送模件12的输出端和功率放大器21的输入端，和第一实施例一样，彼此用波导法兰23连接起来，功率放大器21的输出端和收发共用电路15的发送信号输入端彼此用波导法兰24连接起来。

若需要传输输出功率要求更大的收发设备，则增设能满足更大传输输出功率要求的功率放大器，同时加大散热外壳体的长度，以便按参照图5的上述方式散除功耗所产生的热量。

如上所述，用本发明可以将散热外壳体中除功率放大器以外的所有零部件标准化，同时散热外壳体本身也基本上可以标准化。因此，无论不同传输输出功率容量的各种收发设备中的哪一种类型销路最高都可以降低整个收发设备产品系列的成本。因此可以避免小量生产的具有一定传输输出功率的收发设备造价上的不相称。

通常，那种小量生产的收发设备由于需用的零部件没有库存因而制造和交货的时间需要长一些。但按照本发明，由于除功率放大器以外的零部件都是标准化的或共用的，因而不会耽误这类小量生产的收发设备的交货时间。

此外，由于发送模件和功率放大器直接紧靠外壳体内壁固定，因而能有效地将发信模件和功率放大器产生的热量散发出去，从而避免了收发设备温度过度升高。

此外，发送模件、功率放大器和收发共用电路都彼此用波导连接起来。这些波导使我们可以在10千兆赫或以上的高频范围内进行高度精确的射频连接，而且还可以将各端子以垂直于管状散热外壳体轴线表面对表面的接触方式进行连接。这些波导还有这样的好处，即可以使各端子连接起来比起各端子用由需要上紧的联接套管组成的接插件连接起来的结构更容易。

虽然到此为止已详细展示和说明了本发明的一些最佳实施例，但不言而喻，在不脱离本发明书所附权利要求范围的前提下是可以对上述实施例进行种种更改和修改的。

Claims (4)

1.一种发射机与接收机合为一体用来发送和接收微波的甚高频电磁波的无线电收发设备，包括：

一个外壳体，该外壳体具有散热功能；

一个发送模件，装在所述外壳体中，供产生发送信号之用；

一个接收模件，装在所述外壳体中，供解调所接收到的信号之用；

一个收发共用电路，装在所述外壳体中，供将发送信号输出给天线，并将天线所接收到的信号输出给所述接收模件之用；和

至少一个功率放大器，可插接在所述发送模件的输出端与所述收发共用电路的发送信号输入端之间，供根据传输输出功率要求放大发送信号之用；

其特征在于，所述外壳体具有这样的长、宽、高：其中宽度和高度恒定，不随功率放大器的数目改变；而长度取决于功率放大器的功率大小且随所述功率放大器数目减少而减小。

2.根据权利要求1所述的无线电收发设备，其特征在于，所述功率放大器有多个彼此互连的单元放大器，各用以根据所述传输输出功率要求放大发送信号。

3.根据权利要求1所述的无线电收发设备，其特征在于，所述发送模件和所述功率放大器紧靠所述外壳体的内壁并固定在该内壁上。

4.根据权利要求1所述的无线电收发设备，其特征在于，所述发送模件、所述功率放大器和所述收发共用电路用波导互连起来。

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