CN104617364B - 一种集成波导射频前端组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种集成波导射频前端组件，包括正交模耦合器、波导定向耦合器和三个双工器，其特征在于：所述正交模耦合器的水平极化输出端和垂直极化输出端之一与所述波导定向耦合器相连，所述定向耦合器的两个输出端分别连接一个双工器，所述正交模耦合器的另一个输出端连接另一个双工器；所述正交模耦合器垂直极化输出端或水平极化输出端通过一个转向结构转向后，使得三个双工器在同一个平面上。本发明结构器件少，结构简单，成本低，集成度高，可靠性好，更加容易加工；而且电性能指标更加优良。
Description
技术领域
本发明属于电子通讯技术领域，特别是涉及一种集成波导射频前端组件，用于实现通信设备的极化复用和设备的实时备份。
背景技术
人们对通信速率以及通信设备的可靠性要求越来越高，解决通信速率最有效的办法是增加信道数量，但是在电磁频谱日益拥挤的今天，简单的通过增加带宽显然不现实，于是极化复用便成为增加信道最有效的方法，通过交叉极化复用，可以使得通信速率增加一倍。提高设备可靠性最直接的方法就是实现系统备份。目前各大通信设备制造商都在开展相关方面的研制工作。
为了在通信设备中实现极化复用和设备的实时备份，就必须在波导射频前端中用到OMT正交模耦合器，耦合器和双工器。
目前通用的做法是分别设计出OMT、定向耦合器、双工器。让后将他们组装在一起。这样的好处是三个器件分别设计，难度小，技术成熟，风险小，这三种波导器件大部分的器件供应商都能提供。但是其缺点也十分明显：1、三种器件组合在一起，由于不可能理论上的完全匹配，必然会导致性能指标下降，回波变差，插损增加，从而影响收发机和天线的匹配，增加系统噪声，降低发射总功率；2、三种器件组合在一起，集成度不高，体积大，重量大；3、三种器件分别采购组装，成本高，兼容性低；4、器件在组装时连接面处不可避免的存在缝隙，这些缝隙会带来电磁泄漏，带来电磁兼容问题；另外还会带来防水问题，增加密封成本；5、器件数目的增加必然会导致系统的复杂性增加，整体可靠性降低，从而导致后期设备的维护成本增加。
为了克服上述问题，将OMT、定向耦合器、双工器这三种器件集成为一个整体，作为系统的一个部件是一个有效的选择。
但是将这三种器件集成在一起，并且有较好的可制造性，满足大规模生产的需求，一直是一个难题。之前人们已经做过很多的工作，比如2003年Blen Albert Louis，Desargant Glenn J.；2007年Evangelos Avramis，Peter Hopkinson， David JohnRoulston， Ronald P.A. Schiltmans等都将OMT和双工器集成为一个整体，但是报道出来的产品都存在结构复杂加工困难，不能实现规模化生产。而将三种器件集成在一起尚未见报道。这是由于一下两个原因（1）传统的OMT需要金属膜片隔离交叉极化的电磁波，但膜片的加工的精度已经安装的精度和可靠性很难保证，这就造成传统OMT加工制造过程中必然有一定的不合格品。如果用传统OMT集成定向耦合和双工器，就会出现一旦OMT不合格，就会导致整个集成器件全部报废，带来较大经济损失；（2）之前传统方法将OMT和双工器集成在一起，由于两路电磁波信号极化互相垂直的缘故，双工器的输出端口和调谐螺钉必然不能在同一个面上，这就导致整个器件的零件较多，这样不但生产成本高，且会导致性能下降，调谐螺钉不在同一个面上，会导致在生产调试时极为麻烦。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷提供一种结构紧凑，加工和调整方便，精度高，适合于大规模批量生产的集成波导射频前端组件。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种集成波导射频前端组件，包括正交模耦合器、波导定向耦合器和三个双工器，其特征在于：所述正交模耦合器的水平极化输出端和垂直极化输出端之一与所述波导定向耦合器相连，所述定向耦合器的两个输出端分别连接一个双工器，所述正交模耦合器的另一个输出端连接另一个双工器；所述正交模耦合器垂直极化输出端或水平极化输出端通过一个转向结构转向后，使得三个双工器在同一个平面上。
一种实施方式：所述正交模耦合器的垂直极化输出端通过一个转向结构将垂直极化的电磁波就变为水平极化方式，与一个双工器相连；所述正交模耦合器的水平极化输出端连接所述波导定向耦合器，所述定向耦合器的两个输出端分别连接一个双工器。
其进一步特征在于：所述转向结构为矩形波导，所述矩形波导长边平行于正交模耦合器垂直极化输出端，所述矩形波导短边垂直于正交模耦合器垂直极化输出端。
所述正交模耦合器采用缝隙耦合的方式实现极化分离。
进一步的：所述波导定向耦合器和与其相连的两个双工器的谐振腔设置在一块整体模板一侧，所述另外一个双工器设置在所述整体模板的另一侧；所述整体模板中部连接有正交模耦合器部件（nose头），所述正交模耦合器部件上具有波导腔体；所述正交模耦合器部件与整体模板相组合形成正交模耦合器。
优选的：所述波导定向耦合器为平面魔T结构的定向耦合器，所述双工器为五腔一个零点结构的双工器。
本发明中采用的新型正交模耦合器OMT，采用非膜片极化分离方式，完全克服了传统正交模耦合器OMT中因为膜片导致加工生产困难的问题。
在垂直极化方向采用模式变化耦合方式，完全克服原来正交模耦合器OMT和双工器结合时双工器的输出端口和调谐螺钉不能在同一个面上的问题，从而能从真正意义上实现集成波导前端。
本发明在结构只有三个部件组成，分别是nose头，盖板，腔体，具有体积小，重量轻，结构简单，成本低，适于大规模的生产的优点。在电性能上，由于一体化设计，避免了器件连接过程中的损耗问题，因而大大改善整个前端的插损，经计算集成波导前端比两种器件分别设计，再连接的前端，插损改善0.4dB以上，这将大大提高通信系统的接收灵敏度和发射功率，从而提高系统的作用距离；另外可以通过双工器的调谐作用补偿加工误差带来的回波恶化，预计采用集成设计的波导前端相较于之前的做法，可以改善回波5dB以上，能改善收发机和天线之间的匹配问题，且能够降低加工的精度要求，大大的缩减加工时间，降低加工的成本。
附图说明
图 1 为本发明电路原理示意图。
图 2 为本发明外观正视图。
图 3 为本发明外观侧视图。
图 4 为本发明正交模耦合器OMT的剖面图。
图 5 为本发明腔体内部结构示意图。
具体实施方式
图1是本发明集成波导射频前端组件的电路原理图。该集成波导前端包括一个正交模耦合器OMT、一个3dB定向耦合器、和三个双工器。正交模耦合器OMT公共口连接天线，天线接收的电磁波信号经过正交模耦合器OMT，分离为水平极化和垂直极化两路信号。水平极化信号经过一个90度转弯结构和一个3dB的定向耦合器，被分为能量相等的两路，这两路信号分别被两个波导双工器滤波；垂直极化信号经过一个90度转弯结构再经过波导双工器进行滤波。该波导双工器的公共端采用了一种新型的模式变换耦合结构。
如图2、3所示，该集成波导射频前端组件波导定向耦合器和与其相连的两个双工器的谐振腔设置在一块整体模板一侧，所述另外一个双工器设置在一块整体模板的另一侧；所述整体模板中部连接有正交模耦合器部件（nose头），所述正交模耦合器部件上具有波导腔体；所述正交模耦合器部件与整体模板相组合形成正交模耦合器。即整个集成前端只有三个零件：nose头3、腔体5、盖板6，结构简单，易于生产。三个双工器共有6个矩形波导输出口1。nose头3上具有正交模耦合器OMT公共输入口2，该公共口是方形波导口，连接天线。调谐螺钉4全部都在盖板6上面，易于生产时调试。
图4是该集成波导射频前端组件中正交模耦合器OMT的剖面图，该正交模耦合器OMT采用非膜片极化隔离方式，完全避免因为膜片而带来的加工和生产的问题。所述正交模耦合器OMT包括 OMT公共输入口2、水平极化输出的匹配结构21、水平极化输出通道22、垂直极化耦合窗口31、垂直极化通道的匹配结构32、33和垂直极化通道34。水平极化输出的匹配结构21具有几个台阶，通过这几个台阶可实现水平极化通道22的良好回波性能。正交模耦合器OMT的垂直极化耦合窗口31，只有垂直极化的电磁波才能通过该窗口，而水平极化的电磁波则会被全部反射，从而实现电磁波的极化分离。垂直极化通道的匹配结构32、33也具有多个台阶，通过这几个台阶，可获得垂直极化通道34的良好回波。
图5是该波导集成前端腔体中的内部结构，包括水平极化通道22、垂直极化通道34和一个用平面魔T实现的3dB定向耦合器23，以及模式变换耦合结构35；该模式变换耦合结构35能够真正实现该前端集成，并且适合大规模生产的需要，通过该模式变换耦合结构35将波导中TE10模转换为TH01模，使得无需结构上转换，就能将电磁波的极化方向扭转90度，从而使最终两种极化的双工器的调谐螺钉和输出端口都能在同一个平面上。所述模式变换耦合结构35为矩形波导，所述矩形波导长边平行于正交模耦合器垂直极化输出端，所述矩形波导短边垂直于正交模耦合器垂直极化输出端。三个波导双工器7，为五腔一个零点结构；波导集成前端腔体具有共6个矩形波导输出口1，通过矩形波导输出口1，将双工器和输出端口相连。
包含有水平极化和垂直极化方向分量的电磁波信号由OMT公共输入口2输入，由正交模耦合器OMT将该信号的水平极化分量和垂直极化分量分离。水平极化电磁波经过水平极化通道22，再由定向耦合器23分为能量相等的两路；这两路信号都由双工器7滤波后输出。垂直极化分量经过进入垂直极化通道34，然后经过模式变换耦合结构35后通过波导双工器7滤波，再经过输出结构输出。
同样的原理，也可以在所述水平极化输出端通过一个转向结构将水平极化的电磁波就变为垂直极化方式，使得垂直极化端双工器和水平极化端的两个双工器在同一个平面上。
Claims (5)
1.一种集成波导射频前端组件，包括正交模耦合器、波导定向耦合器和三个双工器，其特征在于：所述正交模耦合器的水平极化输出端和垂直极化输出端之一与所述波导定向耦合器相连，所述定向耦合器的两个输出端分别连接一个双工器，所述正交模耦合器的另一个输出端连接另一个双工器；所述正交模耦合器垂直极化输出端或水平极化输出端通过一个转向结构转向后，使得三个双工器在同一个平面上；所述波导定向耦合器和与其相连的两个双工器的谐振腔设置在一块整体模板一侧，所述另外一个双工器设置在所述整体模板的另一侧；所述整体模板中部连接有正交模耦合器部件，所述正交模耦合器部件上具有波导腔体；所述正交模耦合器部件与整体模板相组合形成正交模耦合器。
2.根据权利要求1所述的集成波导射频前端组件，其特征在于：所述正交模耦合器的垂直极化输出端通过一个转向结构将垂直极化的电磁波就变为水平极化方式，与一个双工器相连；所述正交模耦合器的水平极化输出端连接所述波导定向耦合器，所述定向耦合器的两个输出端分别连接一个双工器。
3.根据权利要求2所述的集成波导射频前端组件，其特征在于：所述转向结构为矩形波导，所述矩形波导长边平行于正交模耦合器垂直极化输出端，所述矩形波导短边垂直于正交模耦合器垂直极化输出端。
4.根据权利要求1-3任一项所述的集成波导射频前端组件，其特征在于：所述正交模耦合器采用缝隙耦合的方式实现极化分离。
5.根据权利要求4所述的集成波导射频前端组件，其特征在于：所述波导定向耦合器为平面魔T结构的定向耦合器，所述双工器为五腔一个零点结构的双工器。
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