CN113169433A - 有源波导过渡器和rf信号通信系统 - Google Patents
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Abstract
有源波导过渡器包括波导，该波导限定波导体并在第一端部处包括后短壁。第一探针安装在波导上、处于延伸到波导体中的可操作位置，并且第一RF电信号连接器安装在有源波导过渡器上。第一电路组件机械地耦接至波导的外表面，该电路组件包括第一多层陶瓷基板，在该第一多层陶瓷基板上安装有RF放大器系统。RF放大器系统电耦接至多层陶瓷基板、第一探针和第一RF电信号连接器，以在探针与第一RF信号连接器之间限定用于RF通信信号的有源第一信号路径。
Description
技术领域
本发明涉及射频(RF)通信系统，并且更具体地，涉及波导过渡器和使用这种波导过渡器的RF通信系统。
背景技术
在RF信号发射和接收系统中，特别是在1GHz以上的频率下，可以使用喇叭型天线接收和发射RF信号。喇叭型天线的特征在于喇叭结构(有时称为馈电喇叭)，该喇叭结构例如可以是金字塔形或圆锥形，其提供引导以沿着波路径引导RF波。喇叭结构可以连接至合适剖面(profile)的波导，以在喇叭结构与波导到线缆的转换器(本文中称为“波导过渡器”)之间引导RF波。出于接收输入的RF信号的目的，波导过渡器(也称为“适配器”)用于将从喇叭结构传播的波转换成对应的电信号，该电信号经由RF连接器和合适的发射线缆输出，以由合适的信号处理设备处理(例如，波导主导模式到同轴模式)。出于发射RF信号的目的，波导过渡器将来自信号发射电路的电信号转换成RF波，RF波最终通过喇叭结构传播到自由空间中(例如，同轴模式到波导主导模式)。
合适的波导对于在给定RF通信系统的喇叭结构与波导过渡器之间提供RF波传播路径是必要的。因为这些波导包括刚性部分或完全由刚性部分制成，所以它们通常必须针对给定喇叭结构与波导过渡器之间的给定路线来专门制造，并且这可能使制造变得困难。另外，在喇叭结构与波导过渡器之间布置波导的刚性部分可能具有挑战性，特别是在空间有限的情况下，例如在卫星或交通工具机载的通信系统中。此外，在喇叭结构与波导过渡器之间延伸的波导可能相对较重且体积庞大，因此在许多应用中，尤其是在例如通信卫星的紧凑空间(体)和重量预算下是不理想的。
发明内容
本发明的目的是克服上述问题和与RF通信系统相关联的其他问题，以及特别是由于在这种系统中使用波导在喇叭结构与波导过渡器之间引导RF波而所产生的问题。
本发明的第一方面包括一种有源波导过渡器，该有源波导过渡器包括限定波导体的波导、安装在波导中的第一探针和第一RF电信号连接器。波导在第一端处包括后短壁，以及第一探针安装在波导上、处于延伸到波导体中的可操作位置。针对第一探针的在这种意义上的“可操作位置”是指第一探针位于波导体内或附近，使得探针可以将沿着波导的传播轴通过波导传播的RF波的一些能量转换成对应的RF电信号，以及/或者将施加的RF电信号的一些能量转换成沿着波导传播的RF波。有源波导过渡器还包括机械地耦接至波导的外表面的第一电路组件。该电路组件包括第一多层陶瓷基板，在该第一多层陶瓷基板上安装有RF放大器系统。RF放大器系统电耦接至多层陶瓷基板、第一探针和第一RF电信号连接器，以在第一探针与第一RF信号连接器之间限定用于RF通信信号的有源第一信号路径。
本发明的第二方面包括一种RF通信系统，该RF通信系统包括可操作地连接至RF天线的馈电喇叭的根据本发明第一方面的有源波导过渡器。此处，与由后短壁封闭的端部相对的有源波导过渡器的端部提供了用于到馈电喇叭的可操作的连接的点。在这种意义上的可操作的连接意味着以下连接：该连接允许RF波从馈电喇叭传播到有源波导过渡器以及在从有源波导过渡器向馈电喇叭的相反方向上传播。
本发明的第三方面包括一种卫星，该卫星具有采用根据本发明第一方面的有源波导过渡器的RF通信系统。在这种情况下，卫星将具有RF天线系统，该RF天线系统包括可操作地连接至有源波导过渡器的馈电喇叭。
通过根据本发明任一方面将RF放大器系统与波导结合，包含有源波导过渡器的RF通信系统能够省去波导，否则将需要波导来提供从RF天线的馈电喇叭到波导过渡器的RF波路径。中间波导的这种消除简化了RF通信系统的设计和构造，降低了系统的整体重量和体积，并且还降低了系统的成本。
在本发明的任一方面中，有源波导过渡器的波导部分的外表面可以是平面的，并且第一电路组件包括邻接波导外表面的电路附接表面。此外，第一多层陶瓷基板可以安装在第一电路组件的壳体内，并且在该情况下，电路附接表面包括壳体的表面。
为了提供有源波导过渡器的波导部分的外表面——该外表面是平面的以便于第一电路组件的附接，有源波导过渡器的波导部分可以具有基本恒定的矩形截面。然而，根据本发明的有源波导过渡器不限于这种矩形波导配置。相反，包括在根据本发明第一方面的有源波导过渡器中的波导的至少一部分可以具有椭圆形、圆形或任何其他合适的截面形状。
根据本发明任一方面的有源波导过渡器的RF放大器系统可以包括机械地耦接至第一多层陶瓷基板的外围层的一个或更多个RF放大器。这些一个或更多个RF放大器可以是低噪声放大器。此外，第一多层陶瓷基板可以包括在第一信号路径内的电耦接至第一探针和RF放大器的第一嵌入式RF滤波器。第一嵌入式RF滤波器可以包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器中的至少一个。此外，在本发明的任一方面，多层陶瓷基板可以是低温共烧陶瓷(LTCC)封装件。
为了促进有源波导过渡器与RF通信馈电喇叭之间的所需可操作连接，有源波导过渡器可以在波导的与后短壁相对的端部处包括波导连接器。在这种情况下的波导连接器适用于将波导过渡器可操作地连接至RF通信馈电喇叭的对应连接器。例如，波导连接器可以包括适用于与馈电喇叭的对应凸缘可操作地连接的过渡器凸缘。在提供过渡器凸缘的情况下，它可以与有源波导过渡器的波导部分一体形成。类似地，馈电喇叭可以与馈电喇叭凸缘一体形成。作为为根据本发明第一方面的有源波导过渡器提供连接器的替选，在一些实施方式中，馈电喇叭可以与有源波导过渡器的波导部分一体形成。
根据本发明任一方面的有源波导过渡器还可以包括第二RF电信号连接器，该第二RF电信号连接器电耦接至第一探针以在第一探针与第二RF电信号连接器之间限定信号路径。在这种情况下，第一探针与第一RF电信号连接器之间的信号路径用于接收RF通信信号，并且第一探针与第二RF电信号连接器之间的信号路径可以是用于发射RF通信信号的无源信号路径。在本发明的其他形式中，放大器系统可以包括在第一探针与第二连接器之间的信号路径中，以放大发射RF通信信号。
在为接收的信号和要发射的信号提供信号路径的情况下，接收RF通信信号可以在第一频率范围内，而发射RF通信信号在不与第一频率范围交叠的第二频率范围内。在这些实施方式中，第一嵌入式RF滤波器可以在接收信号路径内电耦接至第一探针和RF放大器，而第二嵌入式RF滤波器可以电耦接在发射信号路径中。第一嵌入式RF滤波器适用于传递第一频率范围内的接收RF通信并且抑制第二频率范围内的信号。第二嵌入式RF滤波器适用于传递第二频率范围内的发射RF通信信号并且抑制第一频率范围内的信号。第一嵌入式RF滤波器和第二嵌入式RF滤波器可以包括在双工器中。在任何情况下，RF电信号连接器中的一个或两个可以包括适用于连接至同轴线缆的对应连接器的同轴连接器。此外，RF电信号连接器中的任一个或两个还可以适用于接收用于为包括在有源波导过渡器中的RF放大器供电的供电信号。
根据上述本发明的第二方面或第三方面的RF通信系统可以适用于接收、发射或接收和发射从300MHz到300GHz中选择的一个或更多个频率的RF通信信号。
根据上述本发明第一方面的有源波导过渡器可以另外包括安装在波导上、处于延伸到波导体中的可操作位置的第二探针。在这些实施方式中，第二RF电信号连接器电耦接至第二探针，以在第二探针与第二RF电信号连接器之间限定信号路径，并且第二多层陶瓷基板可以电耦接在第二RF电信号连接器与第二探针之间。第二多层陶瓷基板可以包括在机械地耦接至波导外表面的第二电路组件中。在包括第一电路组件和第二电路组件的情况下，一个这样的组件可以机械地耦接至波导外表面的第一部分，以及第二个这样的组件可以机械地耦接至波导外表面的第二部分，第一部分和第二部分限定平行或正交的平面。
在包括两个独立探针的有源波导过渡器中，一个探针可以被布置为直角过渡的开路探针，以及另一探针被布置为直插过渡的短路探针。
本发明的这些和其他优点和特征将从以下结合附图考虑的代表性实施方式的描述中变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的一个方面的有源波导过渡器的立体图。
图2是图1所示的有源波导过渡器的侧视图。
图3是图1和图2所示的有源波导过渡器的端视图。
图4是类似于图2但示出了连接至天线馈电喇叭的有源波导过渡器的侧视图。
图5是示出包括在图1至图4所示的有源波导过渡器中的电路元件的电气框图。
图6是用于图1至图4所示的有源波导过渡器的电路部件壳体的放大端视图，示出了壳体内的电路板。
图7是实现用于图1至图5所示的有源波导过渡器的电路的多层电路板的等距示意表示图。
图8是图7所示电路板的底部平面视图。
图9是根据本发明的有源波导过渡器的另一实施方式的侧视图。
图10是用于图9所示的有源波导过渡器的接收电路的电气框图。
图11是用于图9所示的有源波导过渡器的发射电路的电气框图。
图12是根据本发明的有源波导过渡器的另一实施方式的侧视图。
图13是图12所示的有源波导过渡器的端视图。
图14是其中使用了直角探针配置和直插探针配置两者的根据本发明的有源波导过渡器的实施方式的立体图。
图15是图14所示的有源波导过渡器的侧视图。
图16是其中单个RF连接器用于接收和/或发射信号的根据本发明的有源波导过渡器的实施方式的立体图。
图17是用于图16所示的有源波导过渡器的电路的电气框图。
图18是表示采用根据本发明的有源波导过渡器的卫星的框图。
具体实施方式
图1至图3示出了根据本发明的一个方面的有源波导过渡器100的实施方式，而图4示出了可操作地连接至图4中401处总体所示的馈电喇叭的有源波导过渡器。有源波导过渡器100包括波导102、探针103、两个RF电信号连接器104和105，以及在图1至图4的视图中隐藏在壳体106内的第一电路组件。下文中将结合图5至图8描述电路组件的各种电路和其他部件。
波导102包括壳体，该壳体沿着波传播轴W1在沿着轴W1的波导一端处的连接器108与波导相对端处的后短壁109之间延伸。后短壁109封闭波导102的端部，而波导在包括连接器108的端部处限定开口111。如图4所示，连接器108适用于在馈电喇叭401近端处与对应连接器402配合，以将有源波导过渡器100连接至馈电喇叭，其中，波导过渡器开口111在馈电喇叭的近端处可操作地与对应开口404对准。尽管图4中未示出完整的馈电喇叭401，但是RF通信系统领域的技术人员将会理解，馈电喇叭401在附图的方向上向左延伸至扩大的远端，通过该扩大的远端，RF波可以被接收到馈电喇叭中，并且通过该扩大的远端，RF波可以被辐射到自由空间中，到达反射器或者直接到达远处的接收天线。
波导102由合适的导电金属制成，后短壁109也是如此。在该实施方式中，连接器105包括具有通孔的凸缘以用于接纳合适的紧固件(图4中的405)，连接器105也优选地但不是必须由导电金属形成。不管用于将有源波导过渡器连接至馈电喇叭的连接器的具体形式如何，连接器可以以任何特定的方式附接至相应的波导。在本发明的一些形式中，包括波导过渡器连接器的凸缘可以焊接在装置的波导部分上。还有可能的是，凸缘或其他连接器可以与有源波导过渡器的波导部分(例如附图中的102)一体地形成。
如图2中最佳示出的，探针103在与后短壁109间隔开的合适位置处延伸到波导体112中。如波导过渡器领域中已知的，探针103和连接器104形成开路。如也在波导过渡器领域中已知的，探针103包括合适的导电材料，其处于如下配置：当在接收模式下操作时，将入射RF波的一部分转换成可以由接收设备处理的对应RF电信号。当在发射模式下操作时，探针103接收RF电发射信号并且将该信号的一些能量转换成对应的RF波，该RF波在图2所示的方向T上直接辐射出去以及从后短壁109反射后辐射出去。
根据本发明，在有源波导过渡器100处安装在壳体106中的电路组件包括有源电子电路元件，这将在下文中结合图5至图8进行描述。通过在有源波导过渡器100处放置有源电子器件，根据本发明的有源波导过渡器可以在不具有从馈电喇叭的远端延伸至有源波导过渡器的任何中间波导的情况下直接连接至馈电喇叭401的远端连接器402。消除任何这样的中间波导降低了通信系统的成本、总重量，并且简化了设计和构造，因为不需要将刚性中间波导布置通过与RF通信系统相关联的装置。这在与RF通信系统相关联的装置是在整体重量和大小方面可能受到严格限制的装置例如卫星的情况下尤其有利。
图5示出了图1至图4所示的有源波导过渡器100的电路组件中的电路部件的示意框图500。具体地，图5示出了连接至以501和502一般地指示的两个不同的信号路径的探针103。第一信号路径501包括接收滤波器(Rx滤波器)503、放大器系统504以及也在图1和图3中示出的RF电信号连接器104。连接器104在此处表示电路500中的接收端口。第二信号路径502从探针103通过发射滤波器(Tx滤波器)505延伸至图1和图3所示的RF电信号连接器105。连接器105在此处表示电路500中的发射端口。因此，图5中的布置可以包括双工器506，以便于在第一频带上通过有源波导过渡器100接收信号，并且在不与第一频带交叠的第二频带上通过有源波导过渡器发射信号。接收滤波器503用于将期望的接收信号频率传递至放大器系统504，并且最终传递至连接器/接收端口104，同时抑制沿发射信号路径502施加至探针的发射信号。类似地，发射滤波器505传递通过连接器/发射端口105施加的发射信号频率，并且抑制接收信号频率。接收路径501内的放大器系统504包括放大器以及相关联的电路例如用于提供放大器所需的偏置的偏置电路，并且用于将由探针103获得(pick up)并通过接收滤波器503传递的接收信号放大到合适的信号电平，以在连接器/接收端口104处输出，并且然后通过合适的电缆例如同轴线缆(未示出)发射至未示出的其他信号处理设备。应当注意，DC偏置信号可以通过连接至连接器/接收端口104(或者可替选地连接器/发送端口105)的同轴线缆或其他线缆提供给电路500。
图6示出了可以如何将图1至图4的实施方式中的电路组件安装在有源波导过渡器100的波导102上的另外的细节。图6示出了直接安装在波导102的外表面上并且由具有外围紧固件602的盖子601封闭的壳体106。在该实施方式中，两个RF电信号连接器104和105示出为安装在盖子601上。壳体106限定了用于容纳各种电路元件的内部区域603，在该实施方式中，电路元件包括安装在多层陶瓷基板(MLCS)605上或形成在MLCS605中的元件。MLCS 605限定了上表面606和下表面607两者，在该实施方式中，各种电路部件可以安装在上表面606和下表面607上。因为MLCS 605包括下表面607上的部件，所以MLCS 605安装在壳体106中的支座609上，以便适当地定位基板，并且在安装在下表面607上的各种部件与壳体106的底部内表面611之间提供间隙。应当理解，合适的导体从MLCS 605延伸至探针103，尽管该信号路径没有在图6中示出。还有导体从MLCS 605延伸至连接器/接收端口104，以及单独的导体从MLCS605延伸至连接器/发送端口105，尽管图6中没有示出这两个导体。
图7示出了从壳体106移除的图6的MLCS 605，并且以立体图示出基板的上表面606。图8提供了MLCS 605的底表面607的平面视图。在该特定实施方式中，在MLCS 605的拐角处设置有用于接纳合适的紧固件并连接至图6所示的支座609的通孔701，并且这些通孔在图7和图8中都是可见的。其他布置可以使用夹具或其他连接布置或固定布置来将MLCS605固定在壳体106内的期望位置。还有可能的是，MLCS例如MLCS 605可以在底表面上包括特征件，该特征件与壳体中的对应特征件配准，以将基板支撑在期望的位置。当盖子连接至壳体时，上表面上的另外的特征件可以与盖子的对应特征件配准，并且从而在没有夹具并且没有通孔以及相关联的紧固件的情况下将基板保持在期望的位置。
图7和图8还示出了在MLCS 605的上表面606和下表面607上形成的多个导体焊盘。这些焊盘中的一些可以为各种电路元件例如电路元件703(其实际上可以是不同类型的电路元件，尽管在此处为了简化讨论而被统一标记)提供连接点。电路元件703可以包括例如与图7所示的放大器705的偏置电路相关联的元件。放大器705可以包括安装在如图7所示的各种导体焊盘706上并连接至这些导体焊盘706的合适的集成电路芯片。
在图7和图8中，一些导体焊盘是开放的。这些可以包括在上表面606和下表面607两者上的接地焊盘708。导体焊盘711可以为延伸至接收连接器/端口104的合适导体提供连接点，而焊盘712可以包括用于延伸至发送连接器/端口105的合适导体的连接点。焊盘714可以包括用于延伸至图1至图6所示的探针103的导体的连接点。应当注意，焊盘711、712和714形成在MLCS 605的上表面上以便于制造，然而它们可以位于MLCS 605上的其他地方。一个或更多个测试导体焊盘715也可以形成在MLCS 605的上表面606和/或下表面607上，从而为组件中的各种电路元件提供测试点。
如本领域中已知的，各种另外的电路元件可以嵌入在MLCS 605的层中。具体地，构成图5所示的接收滤波器503和发射滤波器505中的每一个的一个或多个组件可以嵌入在MLCS 605中。例如，一个或更多个滤波器可以包括嵌入在MLCS 605的层中的微带滤波器。尽管在图6、图7和图8的视图中未示出，但是应当理解，在MLCS 605内也形成各种通孔和导体路径，以将嵌入式部件与外部安装的部件(例如部件703和705)和MLCS 605的外表面上的导体焊盘连接。不管电路组件的特定电路元件位于MLCS 605的何处，基板可以优选地包括低温共烧陶瓷(LTCC)封装件。
在本发明的范围内，图1至图8所示的特定实施方式存在许多变型。例如，尽管图1至图8所示的有源波导过渡器100适用于接收RF通信和发射RF通信两者，但是体现本发明原理的有源波导过渡器可以仅包括接收能力或仅包括发射能力。当然，在有源波导过渡器有利于接收或发射但不能同时有利于接收和发射的情况下，装置将仅包括单个RF电信号连接器。本发明的实施方式也不限于任何特定类型的RF电信号连接器。然而，熟悉RF通信的人将会理解，同轴线缆非常适合于携载RF通信信号，并且因此RF电信号连接器优选地包括用于同轴线缆的连接器(例如，SMA和SMK连接器)。
本发明的实施方式也不限于针对有源波导过渡器的波导的任何特定截面形状。尽管针对图1至图4的示例示出了矩形截面波导102，但是在本发明的范围内可以使用圆形或其他截面形状。然而，应当注意，图1至图4所示的矩形波导102具有提供平面表面的优点，用于电路组件的壳体106可以安装至该平面表面。
本发明不限于用于有源波导过渡器的特定类型的连接器。尽管图1至图4中所示的凸缘型连接器108非常适用于在有源波导过渡器与馈电喇叭之间形成期望的可操作连接，但是可以采用能够提供期望的可操作连接的任何其他类型的连接布置。在这种意义上，馈电喇叭与有源波导过渡器之间的可操作连接意味着连接器将两个部件的波导充分对准，以防止过度反射或以其他方式干扰通过馈电喇叭和有源波导过渡器传播的RF波。在一些情况下，有源波导过渡器的波导部分(图104中标记为102的部分)可以与馈电喇叭的近端一体形成，因此无需连接器例如图4中的连接器108和402。从下面结合图9至图17描述的可替选实施方式中，另外的变型将是明显的。
图9至图11可以用于描述帮助接收和发射RF通信信号的有源波导过渡器的可替选实施方式。参照图9，该可替选的有源波导过渡器900包括类似于前面实施方式中所示的波导902部分、以及连接器908和后短壁909。然而，有源波导过渡器900包括两个独立的电路组件，每个电路组件在图9中被示出为在安装在波导902的不同外表面上的相应壳体906、907中。两个电路组件中的每一个可操作地连接至延伸到由波导902限定的体中的相应探针903a和903b。在该实施方式中，一个电路组件及其相关联的探针903a、903b可以被配置用于接收RF通信信号，而另一电路组件及其相关联的探针可以被配置成发射RF通信信号。有源波导过渡器900包括合适的RF电信号连接器904和905，其对应于以上结合图1至图8的实施方式描述的连接器104和105。
图10示出了针对图9的实施方式中用于接收RF通信信号的电路组件的电路框图。电路图示出了从探针903a通过接收滤波器1003和放大器系统1004到RF电信号接收端口/连接器904的信号路径。图11提供了针对用于通过有源波导过渡器900和可以连接至有源波导过渡器的馈电喇叭(未示出)发射RF通信信号的电路组件的电路框图。具体地，图11示出了从探针903b通过发射滤波器1105和放大器系统1106到图11中的RF电信号端口/连接器905的信号路径。将图11的图与图5所示的双工器布置进行比较，将会理解，图11在发射信号路径中包括放大器系统1106，而在图5中的发射信号路径中不包括这样的放大器系统。类似于图5所示的布置，图11中所示布置的可替选布置可以不包括用于放大在有源波导过渡器处的信号的放大器系统。类似地，图5中的双工器布置可以可替选地在发射信号路径中包括例如图11中所示的放大器系统。根据应用和发射信号的特殊需要，可以期望如图11所指示的提供对在有源波导过渡器处的发射信号的一些放大。在其他方面，可以在有源波导过渡器的上游执行发射信号的全部放大，并且因此用于有源波导过渡器的发射端口可以接收通过有源波导过渡器发射的已经适当放大的信号。还应当理解，放大器系统例如图5、图10和图11所示的任何系统可以包括一个或更多个放大器级，每个放大器级具有其相应的偏置电路。在接收信号路径中可能需要多级放大器，特别是在较高频率范围的RF通信中，这是由于在将信号从有源波导过渡器携载到用于从信号中提取信息的信号处理电路的线缆中可能出现损耗。
到目前为止所示的实施方式都包括直角过渡(也称为E平面过渡或正交过渡)，在直角过渡中，探针(103、903a和903b)与沿着有源波导过渡器的波导部分的RF波路径的轴成直角延伸。根据本发明的有源波导过渡器不限于这种直角过渡布置。图12和图13中所示的有源波导过渡器1200包括直插过渡，在直插过渡中，探针1203沿着波导轴W1延伸到波导1202中。
波导过渡器领域的技术人员将理解，这种直插布置(也称为端发射同轴过渡)需要从探针1203延伸到限定波导内部体的上侧或下侧的短接弯头。针对直插过渡，短接弯头1203a建立了(DC)短路，这建立了随时间变化的磁波。短接弯头1203a可以具有90度的矩形截面，以及其他可能的配置(例如，阶梯形探针)。
利用图12和图13所示的直插布置，用于电路组件的壳体1206可以方便地安装在有源波导过渡器1200的后短壁1209处。RF电信号连接器1204和1205可以安装在壳体1206的与连接至后短壁1209的一侧相对的一侧上。在该第三图示实施方式中，图12示出了壳体1206内的腔体1207，电路组件可以容纳在该腔体中。与其他实施方式一样，电路组件包括MLCS，例如上述MLCS 605，其可以以任何合适的方向安装在壳体1206中。具体地，该实施方式中的MLCS平面可以平行于波导轴W1安装在壳体中(即，MLCS层的平面可以在图12的方向上水平地延伸)。
除了图12和图13所示实施方式中探针1203的方向和电路组件的位置之外，该设备类似于包括合适的连接器1208的前两个实施方式中所示的设备，在这种情况下，在波导1202与后短壁1209相对的端部处有凸缘。用于图12和图13中的实施方式的电路布置可以类似于图5中所示的电路布置以及该电路布置的上述变型。
图14和图15示出了根据本发明的有源波导过渡器的另一实施方式。该实施方式的有源波导过渡器1400类似于图1至图3所示的实施方式，并且包括波导1402、第一探针1403a、两个RF电信号连接器1404和1405。在图14和图15的视图中，有源波导过渡器1400还包括隐藏在壳体1406内的第一电路组件。波导1402包括壳体，该壳体沿着波传播轴W2在沿轴W2的波导一端处的连接器1408与波导相对端的后短壁1409之间延伸。后短壁1409封闭波导102的端部，而波导在包括连接器1408的端部处限定开口1411。然而，不像在图1至图3的实施方式中那样采用直角方向的单个探针，有源波导过渡器1400包括如上结合图12所述的沿直插位置取向的第二探针1403b(例如，第二探针1403b包括短接弯头1403c)。有源波导过渡器1400还包括隐藏在后短壁1409处所安装的第二壳体1407内的第二电路组件。第二RF连接器1405安装在第二壳体1407上。
包含在图14和图15中的第一壳体1406中的第一电路可以包括发射或接收电路之一，例如分别在图10和图11所示出的发射或接收电路。包含在第二壳体1407中的第二电路可以包括发射或接收电路中的另一个。用于图14和图15的实施方式的特别有利的布置包括位于壳体1406中并可操作地连接至直角探针1403a的例如图10所示的接收电路，并且包括连接至直插探针1403b的例如图11所示的发射电路(具有或不具有放大器系统)。这种布置是有利的，因为与直角设计相比，直插过渡设计通常处理更高的功率，并且信号将通常以比接收信号的功率电平高的功率电平被发射。相比之下，相对于直插过渡，直角过渡在给定频带上通常具有较低的电压驻波比和较小的损耗，并且因此特别适合于接收电路。
图16示出了采用优选地处于类似于图2所示探针103的直角方向的单个探针(在该视图中未示出)的有源波导过渡器1600的可替选实施方式。该实施方式的有源波导过渡器1600类似于图1至图3所示的实施方式，因为它包括波导1602，该波导1602包括沿着波传播轴W3在沿着轴W3的波导一端处的连接器1608与波导相对端处的后短壁1609之间延伸的壳体。后短壁1609封闭波导1602的端部，而波导在包括连接器1608的端部处限定开口1611。与图1至图3中所示的实施方式不同，有源波导过渡器1600仅包括单个RF电信号连接器1604。在图16的实施方式中，隐藏在壳体1606中的电路可以是例如图10所示的接收电路、例如图11所示的发射电路、或者例如图17所示的接收和发射电路例如电路1700。在任何情况下，图16的布置仅需要单个RF线缆来连接至RF电信号连接器1604，以便于RF接收和/或发射。
在图16所示的实施方式中，图17所示的用于帮助接收和发射的示例电路示出了探针1603，探针1603通过以1701和1702一般地指示的两个不同的信号路径连接至RF信号连接器1604。第一信号路径1701包括接收滤波器(Rx滤波器)1703(双工器1706的一部分)、放大器系统1704(其类似于上面结合图5描述的放大系统504起作用)和双工器1707。第二信号路径1702从探针1603通过(双工器1706的)发射滤波器(Tx滤波器)1705和双工器1707延伸至RF电信号连接器1604。图17中双工器1706和1707的布置帮助在第一频带上通过有源波导过渡器1600接收信号，并且在不与第一频带交叠的第二频带上通过有源波导过渡器发射信号。
图18示出了包含根据本发明的有源波导过渡器1802的卫星1801的框图。有源波导过渡器1802可操作地连接在安装在卫星1801上的天线1804与安装在卫星壳体内的信号处理装置1805之间。尽管由于附图的比例关系在图18中未示出，但是将会理解，天线1804将包括馈电喇叭，该馈电喇叭终止于具有可以与图4中402所示的连接器类似的连接器的端部。不管馈电喇叭连接器的形式如何，它都适用于与有源波导过渡器1802的对应连接器配合，以产生如图4所示的馈电喇叭和波导过渡器的对准。作为馈电喇叭与有源波导过渡器1802之间的连接器布置的替选，这两个元件可以如上所讨论的一体地形成。有源波导过渡器1802与信号处理装置1805之间的连接可以是一根或更多根线缆的形式，每根线缆的一端连接至与有源波导过渡器1805相关联的RF电信号连接器(例如图1至图3中的连接器104)，以及另一端连接至与信号处理装置1805相关联的合适连接器(未示出)。信号处理装置1805可以负责处理接收到的RF电信号以提取想要的信息和/或生成RF电信号以引导至有源波导过渡器1802以转换成经由天线1804发射到自由空间中的RF波。用于接收RF电信号和生成RF电信号的信号处理在本领域中都是众所周知的，因此本文不再进一步讨论。
如本文所使用的，无论是在上面的描述中还是在所附权利要求中，术语“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”等应当被理解为是开放式的，即，意味着包括但不限于。此外，应该理解的是，当引用部件的尺寸或特性时，本文使用的术语“大约”、“基本上”和类似术语指示所描述的尺寸/特性不是严格的边界或参数，并且不排除从中功能上相似的变型。至少，这种包括数值参数的引用将包括使用本领域中接受的数学和工业原理(例如，舍入、测量或其他系统误差、制造公差等)的不会改变最低有效数字的变型。
在所附权利要求中用于修饰权利要求要素的任何顺序术语例如“第一”、“第二”、“第三”等的使用本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先级、优先顺序或次序，或者方法的动作被执行的时间顺序。相反，除非特别另外声明，否则这样的顺序术语仅用作标签，以将具有特定名称的一个权利要求要素与(除了序数术语的使用之外)具有相同名称的另一要素区分开。
在上面的描述和所附权利要求中，涉及给定特征的诸如顶部、底部、上部、下部等术语仅旨在标识给定特征，并且将该特征与其他特征区分开。除非特别另外声明，否则这些术语不旨在传达该特征相对于任何其他特征的任何空间或时间关系。
为了便于描述多个要素的特征或特性，术语“每一个”可以在所附权利要求中使用，并且术语“每一个”的任何这种使用都是包含性的，除非特别另外声明。例如，如果权利要求将两个或更多个要素定义为“每一个”具有特征或特性，则术语“每一个”的使用并不旨在从权利要求范围中排除具有不具有所定义的特征或特性的第三个元素的情况。
上述优选实施方式旨在说明本发明的原理，而不是限制本发明的范围。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以做出各种其他实施方式以及对这些优选实施方式的修改。例如，在一些情况下，结合一个实施方式公开的一个或更多个特征可以单独使用或者与一个或更多个其他实施方式的一个或更多个特征结合使用。更一般地，本文描述的各种特征可以在任何工作组合中使用。
作为另一示例，双工器506、1706和1707示意性地示出为虚线框以示出一种可能的电路布置。Rx和Tx信号滤波可以经由可替选配置(例如，非双工)和布置来实现。
Claims (19)
1.一种有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，包括：
(a)波导(102，902，1202，1402，1602，1702，1802)，其限定波导体，所述波导(102，902，1202，1402，1602，1702，1802)在第一端部处包括后短壁(109，909，1209，1409)；
(b)第一探针(103，903a，1203，1403a)，其安装在所述波导(102，902，1202，1402，1602，1702，1802)上、处于延伸到所述波导体中的可操作位置；
(c)第一RF电信号连接器(104，904，1204，1404，1604)；以及
(d)第一电路组件，其机械地耦接至所述波导的外表面，所述电路组件包括第一多层陶瓷基板(605)，在所述第一多层陶瓷基板(605)上安装有RF放大器系统，所述RF放大器系统电耦接至所述多层陶瓷基板(605)、所述第一探针(103，903a，1203，1403a)和所述第一RF电信号连接器(104，904，1204，1404，1604)，以在所述第一探针(103，903a，1203，1403a)与所述第一RF信号连接器(104，904，1204，1404，1604)之间限定用于RF通信信号的有源第一信号路径。
2.根据权利要求1所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述外表面是平面的，并且所述第一电路组件包括邻接所述波导的外表面的电路附接表面。
3.根据权利要求2所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述第一多层陶瓷基板(605)安装在所述第一电路组件的壳体内，并且所述电路附接表面包括所述壳体的表面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述RF放大器系统包括机械地耦接至所述第一多层陶瓷基板(605)的外围层的一个或更多个RF放大器(705)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，还在所述波导的与所述后短壁(109，909，1209，1409)相对的端部处包括波导连接器(108，1208，1408，1608)，所述波导连接器适用于将所述波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)可操作地连接至RF通信馈电喇叭。
6.根据前述权利要求中任一项所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述第一多层陶瓷基板(605)包括在所述第一信号路径内电耦接至所述第一探针(103，903a，1203，1403a)和所述RF放大器(705)的第一嵌入式RF滤波器(503，1703)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，还包括第二RF电信号连接器(105，905，1405)，所述第二RF电信号连接器(105，905，1405)电耦接至所述第一探针(103，903a，1203，1403a)，以在所述第一探针(103，903a，1203，1403a)与所述第二RF电信号连接器(105，905，1405)之间限定信号路径。
8.根据权利要求7所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述第一探针(103，903a，1203，1403a)与所述第一RF电信号连接器(104，904，1204，1404，1604)之间的信号路径用于接收RF通信信号(R)，并且所述第一探针(103，903a，1203，1403a)与所述第二RF电信号连接器(105，905，1405)之间的信号路径是用于发射RF通信信号(T)的无源信号路径。
9.根据权利要求7所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述接收RF通信信号(R)在第一频率范围内，并且所述发射RF通信信号(T)在不与所述第一频率范围交叠的第二频率范围内，并且还包括：
第一嵌入式RF滤波器(503，1703)，其在所述第一探针(103，903a，1203，1403a)与所述第一RF电信号连接器(104，904，1204，1404，1604)之间的信号路径内电耦接至所述第一探针(103，903a，1203，1403a)和所述RF放大器(705)，所述第一嵌入式RF滤波器(503，1703)适用于传递所述第一频率范围内的所述接收RF通信信号(R)并且抑制所述第二频率范围内的信号；以及
第二嵌入式RF滤波器(505，1705)，其电耦接在所述第二RF电信号连接器(105，905，1405)与所述第一探针(103，903a，1203，1403a)之间的信号路径中，所述第二嵌入式RF滤波器(505，1705)适用于传递所述第二频率范围内的所述发射RF通信信号(T)并且抑制所述第一频率范围内的信号。
10.根据权利要求9所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，还包括双工器(1706)，所述双工器(1706)包括所述第一嵌入式RF滤波器和所述第二嵌入式RF滤波器(505，507；1703，1705)。
11.根据权利要求9所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，还包括电耦接在所述第一探针(103，903a，1203，1403a)与所述第二RF电信号连接器(105，905，1405)之间的信号路径中的发射RF放大器(1106)。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，还包括：
(a)第二探针(903b，1403b)，其安装在所述波导上、处于延伸到所述波导体中的可操作位置；以及
(b)第二RF电信号连接器(105，905，1405)，其电耦接至所述第二探针(903b，1403b)，以在所述第二探针(903b，1403b)与所述第二RF电信号连接器(105，905，1405)之间限定信号路径。
13.根据权利要求12所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，还包括电耦接在所述第二RF电信号连接器(105，905，1405)与所述第二探针(903b，1403b)之间的第二多层陶瓷基板。
14.根据权利要求13所述的有源波导(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述第二多层陶瓷基板被包括在机械地耦接至所述波导(102，902，1202，1402，1602，1702，1802)的外表面的第二电路组件中。
15.根据权利要求14所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述第一电路组件机械地耦接至所述波导的外表面的第一部分，并且所述第二电路组件机械地耦接至所述波导的外表面的第二部分，所述第一部分和所述第二部分限定平行或正交的平面。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述第一探针(103，903a，1203a，1403a)被布置为直角过渡的开路探针，并且所述第二探针(903b，1403b)被布置为直插过渡的短路探针。
17.根据前述权利要求中任一项所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述多层陶瓷基板是低温共烧陶瓷封装件。
18.一种RF通信系统，包括：
馈电喇叭(401)；以及
根据权利要求1至17中任一项所述的有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)，其中，所述有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)的第一端部与所述有源波导过渡器(100，500，900，1200，1400，1600，1700)的第二端部相对，所述第二端部可操作地连接至所述馈电喇叭(401)。
19.一种RF通信卫星(1801)，包括：
卫星壳体；以及
根据权利要求18所述的RF通信系统。
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