CN1120583C - 电磁波发射机/接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种接收/传输微波的设备。该设备包括一个耦合到微带接收电路(33)和微带传输电路(32)的波导(28)，所述电路(32，33)分别配置在所述波导(28)的第一直线部分和平行于第一直线部分的第二直线部分，所述波导还包括滤波装置。在MMDS、LMDS或MVDS系统的作用域中，本发明具体应用于站与住宅之间交换的广播电磁波领域，或者在卫星远程通信系统的作用域中，应用于卫星与住宅之间交换的广播电磁波领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种接收/传输电磁波的设备。
背景技术
无线交互型的电信服务正在飞速发展。这些服务涉及电话、传真传输、电视、特别是数字电视、所谓的“多媒体”领域以及互联网。用于这些批量市场服务的设备必须能够以一个合理的成本获得。这样，特别是就必须与服务器通信的用户接收机/发射机来说，经常要经过通信卫星或者在MMDS(Multi-point Multi-channel Distribution System，多点多通道分布系统)、LMDS(Local Multi-point Distribution System，本地多点分布系统)或者MVDS(Multi-point Video Distribution System，多点视频分布系统)系统的作用域中，这些内容在SAMS出版的书“Reference Data for Engineers，工程师参考资料”中在第20页的第35章进行了解释。这些通信方法一般使用在微波范围。例如，在MMDS系统的作用域中，使用大约40GHz的频带。
对于这些频率范围，通常使用波导接收机和波导发射机，这两种波导是分开的。
如果为了从用户向服务源输送信息流或指令必须从用户到基站形成一个返回链路(例如在视听节目、每个节目要付费的领域)，使用这种技术是复杂的。因此也是昂贵的。另外，它的重量和它的体积与私人专门用途是不兼容的。另外，它的优点是提供传输链路和接收链路之间的隔离，从而避免了传输信号时接收信号的下降。
发明内容
本发明克服了上述缺点。
本发明的设备包括耦合到微带接收电路和微带传输电路的波导，所述电路分别配置在所述波导的第一直线部分和并行于第一直线部分的第二直线部分，所述波导还包括配置的滤波装置，使得由所述传输电路广播的波在接收电路中被衰减到不会在所述接收电路中引起干扰。
使用混合微带和波导技术的这样一种设备能够以适中的成本生产。减少了它的体积和它的重量，并且传输和接收仍然可能同时进行。此外，波导的使用使得可能得到传输和接收的宽频带的好处。
另外，以这种方式获得传输和接收信号之间很好的隔离。
本发明涉及一种接收/传输电磁波的系统，包括所述波的聚焦装置，其特征在于它配备着一个本发明的用于接收/传输电磁波的设备，其特征在于该设备包括一个耦合到微带接收电路(33)和微带传输电路(32)的波导(28)，所述电路(32，33)分别配置在所述波导(28)的第一直线部分和平行于第一直线部分的第二直线部分，所述波导还包括配置的滤波装置，使得由所述传输电路(32)广播的波在接收电路(33)上被衰减到不会在所述接收电路(33)中引起干扰。
附图说明
以下参照附图、借助于非限定实例对说明性实施例的描述，本发明的其他优点将显而易见，其中
图1表示本发明采用的MMDS、LMDS或MVDS卫星接收/传输系统的返回链路的基本概念。
图2表示本发明设备的一实施例的示意分解图，
图3a、3b、3c、3d、3e是根据本发明的隔离装置的五个实施例的示意图，
图4表示根据本发明分别在微带接收和传输电路中存在的变频电路实施例的方框图。更具体地说，图4a表示连接到接收探头的接收电路的简化图，而图4b表示连接到传输探头的本发明设备的传输电路的简化图，
具体实施方式
为了简化描述，在不同的图中将使用相同的标记来表示完成相同功能的那些部件。
图1表示本发明采用的MMDS、LMDS或MVDS接收/传输系统的返回链路的基本概念。
由系统分布的信息可能来自卫星、录音室或有线网络。在图1所示的例子中，卫星10发送信息11到地面站13的接收天线12。这个信息11被发送到配备有发射机/接收机15的公共天线14，该发射机/接收机广播用户可得到的信息和节目。例如，微波发射机/接收机15在MMDS系统的作用域广播信息16。这个信息和这些节目16在每个用户方面借助于例如放置在住宅18屋顶的小直径天线17(对于40GHz MMDS系统的作用域中的应用大约为10cm)拾取。当然，在一组寓所的情况下，这些天线可以借助于它们的小尺寸紧靠着各层的阳台放置。天线17包括用于聚焦接收的能量的反射器19、一个形成主源20的本发明接收/传输设备，该主源调整在反射器19的焦点上并且它对于辐射波的开口端是喇叭或电磁透镜的形状，所述设备还包括一个变频器，它将来自天线14的向下信号变换为中频，并且将要传送到所述天线14的中频信号变换到高频。这个变换器集成在本发明的接收/传输设备中。根据图2表示的一种变型，它可以在变频设备21中隔离地放置。变换器21将接收的信号变换为中频，并且经过连接装置，例如同轴电缆22，将它们发送到内部单元23，该单元配置在住宅18的内部，并且包括连接到使用广播信息的设备，例如电视机25的译码器/编码器24。
在本发明中，所述天线17也用于返回链路。这样，用户在交互服务的作用域例如经过遥控来应答。对该信息编码然后借助于电缆22发送到高频变换器，该变换器转换所述信息到传输频带。“用户”上行链路26广播返回数据到地面站13，它因此也具有收集和集中由用户广播并且在它的发射机/接收机15上接收的数据的作用。
这个上行链路例如对于欧洲的40GHz MMDS系统在频带[40.5-40.55GHz]和[42.45-42.5GHz]上工作，而表示天线17经其接收由发射机/接收机14广播的信息的下行链路则在例如频带[40.55-41.5GHz]和[41.5-42.45GHz]上工作。
在上行链路上广播的数据可以是关于付费电视的数据，或者更一般地是使用户中间访问电影的交互式电视、交互式游戏、电视购物、软件下载以及如数据库询问、保存等等的服务。
图2表示根据本发明的设备27的实施例的示意性分解图。
它包括一个圆柱形帽28，其开口端配置在用于电磁波的接收/传输的天线的焦点29上(图2中未示出该天线)。帽28的开口端在平截头圆柱体(frustoconical)部分或喇叭30中延伸，该平截头圆柱体部分或喇叭30具有允许良好的接收/传输所述波的不连续部或凹槽。这些不连续部(未示出)本身是公知的。波导的帽28分为三个部分281、282和283。部分281连接到喇叭30，部分282是圆柱形帽28的中心部分而部分283是波导的末端部分，包括一个谐振腔。在第一和第二波导部分281和282之间，用于传送电磁波的微带电路板32相对于波导28的主轴31横向配置，而在第二和第三波导部分282和283之间，用于接收电磁波的微带电路板33相对于轴31横向配置。各形成一个基片的这两个板32和33由一种具有给定的介电常数并且本身是公知的材料组成。所述板32和33具有朝向要辐射或拾取能量的空间转动的相应上表面321、331，以及配置在基片另一面上的下表面322、332。下表面321、331被金属化，形成一个地电位面，并且与波导28的导电壁接触。板32和33分别提供有两个探头341、342和351、352，它们分别蚀刻在板32、33的上表面321、331上并且经过开口穿入波导28圆周的内部，而不接触波导28的壁。为了使得可能接收和传送正交极化波，每对(341，342)和(351，352)中的两个探头相互间以直角配置。这两个探头(341、342)和(351、352)分别通过微带线(361、362)和(371、372)在板32和板33上分别连接到传输电路和接收电路，这种技术本身是公知的，这些电路在图5中详细示出。包括用于两个链路的变频设备的设备27连接到位于住宅18内部的内部单元23(这些未示出)。
关闭波导28的波导部分283是一个四分之一波长λr/4的波导部分，该部分形成一个谐振腔并且对于接收波作为基片33的平面的开路工作，λGR表示接收波的波长。相反，波导部分282是一个电磁滤波器，使得可能将探头351、352与由于探头341、342广播的波造成的能量损失隔离开。
图3a、3b、3c、3d、3e示意地示出了电磁滤波器的各种实施例，使得可能接收波而不会受到由于来自探头341、342的辐射的干扰影响。
这种电磁滤波器的技术在百科全书“Techniques de l’Ingenieur”[工程技术]卷E-3-II E3250第二章，标题为“filters hyperfrequences”[微波滤波器]中作了解释。在波导中，谐振腔可以通过将两个电抗元件相互间以一个确定的距离放置而产生。
图3a表示使用一些由膜片39感应耦合的谐振腔的带通滤波器38。选择波导28长度方向上两个相继膜片39之间的距离，使得两个膜片之间的反射在腔的谐振频率上相互抵销。这个距离大约是λGR/2，λGR是由探头351、352接收的频率的波导波长。以这种方式产生的带通滤波器38在它的输入端还具有一个四分之一波长λGT/4波导部分，λGT是由探头341、342广播的频率的波长，该滤波器对于在基片32的平面中由所述探头341、342辐射的能量可以被认为是开路，并且对于接收的频带不滤波。引入一些由膜片39分开的连续的腔被认为是有利的，这使得可能改进滤波器38的频率响应同时具有尖锐的关闭。作为说明，随着膜片39数量的增加，滤波器38的频率响应变得较陡。由于通过增加膜片39的数量获得的性能和可能由此产生的复杂性之间的折衷，最好使用一个具有2和3个之间的膜片39的滤波器38。应该注意分开板33中最后一个膜片的距离1是任意的，这适用于下面的滤波器。
图3b表示另一个带通滤波器38的水平部分的平面图。
图3c表示使用一系列螺丝41产生的带通滤波器40。为了允许精确调节要制做的每个空腔的谐振频率，放置具有可变的止端(insertion)并且相当于电容性电纳的这些螺丝41使得可能最优化滤波器40的设置。
图3d表示陷波滤波器50。使用谐振腔501产生这个滤波器50，该谐振腔通过与膜片502耦合横向地连接到波导282的本体上。这些腔之间的距离是大约由探头341和342广播的波的波导波长的四分之一。
图3e表示称为鳍线(finline)的带通滤波器51。这些滤波器51通过插入一个金属化基片52很容易产生，它在矩形波导的E平面中具有窗口53。也可以使用与所述基片52具有相同几何形状的金属片。
图4表示根据本发明分别在微带接收和传输电路中存在的变频电路实施例的方框图。
图4a表示连接到探头351、352的接收电路的简化图。在本实施例中，所述接收电路在频带[41.5GHz；42.45GHz]中接收。如引用的任何数字值，这个频带当然应当仅仅被认为是为了清楚描述的举例，并不构成对本专利申请范围的限制。
在探头351、352上接收的信号发送到混频器42，它的第二输入端连接到频率为40.55GHz的振荡器43。混频器42的输出端连接到低噪声放大器430的输入端，该放大器的输出端提供一个中频带是[950MHz；1950MHz]的信号并且它通过电缆22连接到内部单元23。
图4b表示连接到探头341、342的设备27传输电路的简化图。来自内部单元23的中频信号的频带是[450MHz；500MHz]。这些信号施加到第一混频器44，它的第二输入端连接到频率为2.4GHz的振荡器45并且它的输出端连接到低噪声放大器46的一个输入端。该放大器的输出端施加到混频器47，该混频器的第二输入端连接到频率为37.6GHz的振荡器48。这个混频器47的输出端连接到放大器49，该放大器的输出端在频带[40.45GHz；40.5GHz]提供传输到探头341、342的信号。
在建立的频率平面中可以清楚地设想各种其他的配置，例如：
一个接收频带[40.55GHz；41.5GHz]和一个传输频带[42.45GHz；42.5GHz]，
一个接收频带[41.5GHz；42.45GHz]和一个传输频带[40.5GHz；40.55GHz]。
以这些高接收/传输频率，当前的滤波器需要在接收频带和传输频带之间提供大约一千兆赫的频率空间。各种频率平面配置以及其他没有提到的需要满足这个条件。
根据本发明的一种变型，本发明的接收/传输系统可以包括一个电磁透镜，该透镜具有实际上设置在它的焦点29上的本发明设备27。
根据本发明的设备27工作如下：
到达天线19的电磁波聚焦在沿着波导28被引导的焦点上。在选择频率平面中传输频带的情况下，这些波分别经过可以是一个仅允许接收频带通过的带通滤波器的滤波器282、一个截止传输频带的陷波滤波器或高通滤波器、或者低通滤波器，使得传输频率分别比接收频率低或者高。所述波随后被探头351、352接收并拾取，它们提供到变频电路，例如在图4a中的一个，在变换到中频后，接收的信号要送到内部单元23。
同时，来自所述单元23的信号经过变频电路，例如图4b中一个，并且为探头341、342提供用于广播到源天线29的波。由这些探头在滤波器282一侧辐射的能量被衰减或者被完全滤除，使得传送波的泄漏小到不会引起接收电路的干扰。通过例子，如果在传输期间由探头341、342广播的波衰减到它们初始电平以下70dB，则干扰将被认为可以忽略。
当然，本发明不限于仅作为举例给出的已经描述和表示的实施例。因此，波导可以是允许良好地接收/传输电磁波的任何形状。通过例子，如果一种极化优于另一种，波导可以是矩形。类似地，波导的轴可以弯曲。另外喇叭30可以是任何类型，例如一个槽纹喇叭，或者可以由一个电磁透镜代替。
Claims (24)
1.一种接收/传输电磁波的设备，其特征在于它包括一个耦合到微带接收电路(33)和微带传输电路(32)的波导(28)，所述电路(32，33)分别配置在所述波导(28)的第一直线部分和平行于第一直线部分的第二直线部分，所述波导还包括配置的滤波装置，使得由所述传输电路(32)广播的波在接收电路(33)上被衰减到不会在所述接收电路(33)中引起干扰。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于传输电路(32)配置在沿接收所述波的方向接收电路(33)的前面。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述滤波装置包括一个在所述传输(32)和接收(33)电路之间配置的波导空腔滤波器(282)。
4.如权利要求1至3中之一所述的设备，其特征在于所述滤波装置包括一个具有谐振腔的滤波器(33)，每个空腔长度是λGR/2并且放置在至少两个膜片(39)之间，所述滤波器(38)用于形成实际上集中在由接收电路(33)接收的波频率上的带通滤波器。
5.如权利要求1至3中之一所述的设备，其特征在于所述滤波装置包括一个螺丝(41)空腔滤波器(40)，所述滤波器(40)用于形成实际集中在由接收电路(33)接收的波频率上的带通滤波器。
6.如权利要求1至3中之一所述的设备，其特征在于所述滤波装置包括一个具有谐振腔的滤波器(50)，它由通过与膜片(502)耦合而与波导(282)本体横向连接的至少两个谐振腔(501)形成并且在空间上分开λGR/4，它用于形成实际集中在由传输电路(32)传输的波频率上的陷波滤波器。
7.如权利要求1至3中之一所述的设备，其特征在于所述滤波装置包括一个鳍线型滤波器(51)，包括在一个金属化基片(52)上产生的至少一个谐振器或者在波导的E平面中插入的一个开槽金属片，它用于形成实际集中在由接收电路接收的波频率上的带通滤波器。
8.如权利要求1至3中之一所述的设备，其特征在于它分别包括两个接收探头(351，352)和两个传输探头(341，342)，它们分别配置在接收电路(33)和传输电路(32)上，相互成直角并且能够分别接收和传输正交极化波。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于接收探头(351，352)和传输探头(341，342)分别蚀刻在微带接收电路(33)和微带传输电路(32)的基片上。
10.如权利要求1至3中之一所述的设备，其特征在于每个微带电路(32，33)包括一个变频电路。
11.如权利要求1至3中之一所述的设备，其特征在于所述波导(28)由一个四分之一波长(λGR/4)的空腔(283)关闭，空腔(283)的长度等于接收波的波导波长(λGR)的四分之一。
12.一种接收/传输电磁波的系统，包括波聚焦装置，其特征在于它配备着一个用于接收/传输电磁波的设备，其特征在于该设备包括一个耦合到微带接收电路(33)和微带传输电路(32)的波导(28)，所述电路(32，33)分别配置在所述波导(28)的第一直线部分和平行于第一直线部分的第二直线部分，所述波导还包括配置的滤波装置，使得由所述传输电路(32)广播的波在接收电路(33)上被衰减到不会在所述接收电路(33)中引起干扰。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于传输电路(32)配置在沿接收所述波的方向接收电路(33)的前面。
14.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述滤波装置包括一个在所述传输(32)和接收(33)电路之间配置的波导空腔滤波器(282)。
15.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述滤波装置包括一个具有谐振腔的滤波器(33)，每个空腔长度是λGR/2并且放置在至少两个膜片(39)之间，所述滤波器(38)用于形成实际上集中在由接收电路(33)接收的波频率上的带通滤波器。
16.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述滤波装置包括一个螺丝(41)空腔滤波器(40)，所述滤波器(40)用于形成实际集中在由接收电路(33)接收的波频率上的带通滤波器。
17.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述滤波装置包括一个具有谐振腔的滤波器(50)，它由通过与膜片(502)耦合而与波导(282)本体横向连接的至少两个谐振腔(501)形成并且在空间上分开λGR/4，它用于形成实际集中在由传输电路(32)传输的波频率上的陷波滤波器。
18.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述滤波装置包括一个鳍线型滤波器(51)，包括在一个金属化基片(52)上产生的至少一个谐振器或者在波导的E平面中插入的一个开槽金属片，它用于形成实际集中在由接收电路接收的波频率上的带通滤波器。
19.如权利要求12所述的系统，其特征在于它分别包括两个接收探头(351，352)和两个传输探头(341，342)，它们分别配置在接收电路(33)和传输电路(32)上，相互成直角并且能够分别接收和传输正交极化波。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于接收探头(351，352)和传输探头(341，342)分别蚀刻在微带接收电路(33)和微带传输电路(32)的基片上。
21.如权利要求12所述的系统，其特征在于每个微带电路(32，33)包括一个变频电路。
22.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述波导(28)由一个四分之一波长(λGR/4)的空腔(283)关闭，空腔(283)的长度等于接收波的波导波长(λGR)的四分之一。
23.如权利要求12至22中之一所述的系统，其特征在于所述聚焦装置包括一个抛物面反射器，并且所述设备实际上配置在所述抛物面反射器(19)的焦点(29)上。
24.如权利要求12至22中之一所述的系统，其特征在于所述聚焦装置包括一个电磁透镜，并且所述设备实际上配置在所述电磁透镜的焦点(29)上。
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