CN1136625C - 用于发送/接收信号的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号发射和/或接收装置。该装置包括接收/发射信号的第一波导(9)和发射信号的第二波导(23)，后者的信号发源于(例如对应于发射板的)接收板的振荡器。特别的应用领域在于，在MMDS服务区、LMDS或MVDS等系统中，在通信站与机房之间交换广播信号；或在卫星通信系统中，在卫星与机房之间交换广播信号。

Description

用于发送/接收信号的装置

技术领域

本发明涉及信号发射和/或接收装置。

背景技术

无线交互式长途通信服务正在迅速地发展。这些服务涉及电话、传真传送、电视---特别是数字电视、所谓多媒体通信和因特网。这些有大量市场需求的仪器必须具有合理造价。特别是必须与服务器通信的使用者的接收机或发射机更是如此。与服务器的通信多半是通过通信卫星或MMDS(Multi-Point multi-Channel distrihu tion sgstem---多点多信道分布系统)服务区、LMDS(Local-Point distributicn sgstem---本地多点分布系统)或MVDS(multi-Potnt video distribution sgstem---多点视频分布系统)进行。这些通信方法一般使用微波波段。例如MMDS，使用的是40GHZ频段。

对于这些频段，可以使用波导接收机和波导发射机，且其中的两个波导是分开的。

图1是发送/接收信号装置1的结构图，该装置通常位于机房(未示出)外面。装置1一方面包括一个接收天线2，其为了变换到中频通过接收通道3连接到单元4，另一方面还包括发射天线5，其为了变换到高频通过发射通道6连接到单元7。两个单元4、7通过同轴电缆80连接到机房内的设备。每个单元4、7有分别连接到本机振荡器4₂、7₂的的混频器4₁、7₁。发射天线使得有可能使用对发射机的返回通路。

刚被描述的此装置的缺点在于需要两个本机振荡器，两个本机振荡器在设备外面的变换单元4、7内，一个为了接收而另一个为了发射。

发明内容

本发明的目的要避免上述现有技术的缺点。

本发明涉及信号发射和/或信号接收装置，其包括：

第一波导，其工作在第一频带和工作在第二频带，

第一频率变换电路和与第一波导相耦合的第二频率变换电路用于分别地进行第一信号和第二信号的频率变换，

本机振荡器，其连接至第一频率变换电路，特征在于此装置还包括：

第二波导，其用于传送本机振荡器的信号至第二频率变换电路，为的是用于第二频率变换电路的频率变换。

利用此法在本机振荡的情况下，本发明至少避免了某些元件的重复。因此生产成本被降低。况且，微带连接本机振荡器到对应的电路将产生注入损耗，引起沿线传输信号质量下降，而信号的导波传播在整个波导长度上将尽量减少这些损耗，进而更经济地使用放大器。

如果单一极化波被传送，所述第一波导可能是平行六面体型。根据本发明的改变，波导是圆柱形的。

为了最大化地在第二波导与微带线间连接处传输能量，第二波导在末端用一四分之一波长腔封闭，其四分之一波长腔长度为所传送信号的波导波长的四分之一。这些四分之一波长腔的功能对于传输的波在传输和接收电路的平面内作为开端电路。

根据一个实施例，第一和第二波导相互依存于同一的支架。

根据一实施例，第一和第二频率变换电路被设置在第一和第二微带电路板上。

根据一实施例，连接到第一频率变换电路的本机振荡器和第二波导的耦合和此第二波导与第二频率变换电路的耦合是通过探头实现的。

根据一实施例，频带之一用于信号的发送，而第二频带则用于信号的接收。

根据一实施例，微带电路板在第一波导的横截面切割第一波导。

根据一实施例，用来发送的电路板被设置在该装置的信号接收方向上用于接收的电路板的上游。

根据一实施例，第一波导包括一个滤波装置，该类型滤波装置包括一个有膜片式腔的滤波器，有螺钉调节腔的滤波器或者一个至少包括两个谐振腔的滤波器，谐振腔通过与膜片的耦合横向与波导体连接，上述滤波装置是以这样一种方式安排的以至于被第一探针传送的波在第二探针方也被充分地衰减，为的是在第二探针上不干扰接收的波。

附图说明

本发明的其他特征和优点从下面的直观的实施例的描述中将变得非常清楚。此实施例是一个非限制性的例子，其参考附图如下：

图1是已经描述的一个发射/接收装置的示意图，

图2是根据本发明的实施例的简化分解视图，

图3是图2实例的剖面图，

图4是一被设置在接收线路上用于转换到中频的单元和一被设置在发射线路上用于转换到高频的单元，

图5.a、5.b、5.c、5.d和5.e是根据本发明概略地描述了5个滤波装置实施例的示图，

图6根据本发明描述了一个包括频率漂移补偿器的信号发射/接收装置。

具体实施方式

为了简化描述，同样的标号被用在不同的附图中以便指明那些执行相同的功能的元件。

图2是根据本发明装置8的实施例，而图3是图2中装置8的剖面图。此装置包括一个圆柱形的帽子9，其开端被设置在抛物线(未显示)的焦点10上。帽9的开端延伸到一个平的锥体部分或喇叭辐射体11，其有一个不连续性或开槽以便得到良好的信号接收/发射，不连续为固有的(其未被示出)。此波导的帽9被分离成为3个部件9₁、9₂和9₃。部件9₁被接到喇叭11，部件9₂是圆柱形帽9的中心部件，部件9₃是波导9的末端部件，其包括一个谐振腔。在第一和第二波导部件9₁和9₂之间为了发射被发射的信号，微带电路板13相对波导9的主轴12被横向设置。在第二和第三波导部件9₂和9₃之间为了接收信号微带电路板14相对于轴12被横向设置。这两个电路板13和14(每个都构成衬底)由具有一定介电常数的材料构成，材料的介电常数是所固有的。电路板13和14分别有上表面13₁，14₁，其转向能量被调节或收集的空间，而下表面13₂、14₂对应于衬底的另一面。下表面13₁、14₁被金属化，形成一个接地板其与波导9的导电壁相接触。电路板13和14被探头15和16分别馈电，电路板13和14的下平面13₂、14₂分别被刻蚀，其通过开端穿入波导9的内圆周而不接触波导9的壁。

本发明的另一个方案(未显示)允许正交极化波的接收和发射，两个探头刻蚀在衬底的每个面上而且被互为直角设置。

封闭波导9的波导部件9₃是一个四分之一波λGR/4波导段，其形成一个谐振腔，而且对于接收波其作为一个开端电路工作在衬底14的平面内，其中λGR是接收波的导波波长。相反，波导部件9₂是是一个电磁波滤波器，其使探头16隔离由于探头15被辐射引起的能量泄漏。此滤波器9₂的不同实施例被描述在图5a到5e。

这两个探头15和16在电路板13和14上通过微带线17和18(其工艺为已知的)分别被连接到称之为发送单元19的高频转换单元和被称之为接收单元20的中频转换单元。发送单元19和接收单元20(其被详细描述在图4中)利用描述在图4中的同轴电缆200被连接到描述在图6中的位于机房(未显示)内的一个室内设备。单元19、20也被分别连接到探头21、22，探头21、22在衬底13、14内穿入矩形开端的内圆周。两个电路板13、14(其对应于电路板的探头和矩形开端的一边上)界定帽23的(其有一个矩形截面而且形成一个六面体形波导)23₁、23₂、23₃三个部件。为了在传导发射波的帽23₂和发射微带探头13及接收板14之间的连接处最大化地传送能量，帽23₂在它的末端通过部件23₁和23₃被封闭，其每一个形成四分之一波(λ_LO/4)长腔(等于导波波长(λ_LO)的四分之一，此导波波长对应于由本机振荡器24产生的频率F_LO的信号S_OL)，它的作用将被解释于后。对于在本机振荡器24的频率所发射的波，部件23₁和部件23₃在衬底13和14的平面上其作用分别相当于开端电路。

在图4，探头16被连接到低噪声放大器25，其接收的信号在[41.5GHz；42.45GHz]频段，它的输出端被连接到混频器26的第一输入端。混频器26的第二输入端通过放大器27被频率为20.2625GHz的振荡器24所激励，放大器27放大频段在振荡器24中心的频率。谐波数N＝2的亚谐波混频器26的输出端输出一个被中频放大器28放大的信号。中频放大器28的输出端输出的信号在[975MHz-1925MHz]频段。

同理，探头15被连接到功率放大器29，后者的入端被连接到谐波N＝2的亚谐波混频器30的输出端。该混频器30的第一输入端被来自放大器31输出的信号所激励，而第二输入端被连接到放大器32的输出端，后者的输入端被连接到带宽为[0；25MHz]的带通滤波器33的输出端，放大器31的输入端被连接到探头21。以同样的方式探头22被连接到振荡器24的第二输出端。由本机振荡器24产生的信号通过探头22传送进波导23，然后此信号由探头21拾取在高频变换单元19内被恢复。

图5a是一个带通滤波器34，其使用通过膜片35电感耦合起来的几个谐振腔。在波导9的长度方向上的两个连续的膜片35之间的距离被选择为使得在腔的谐振频率上两个膜片间的反射互相抵消。该距离是λ_GR/2的量级，λ_GR是由探头16接收的频率的导波波长。以这种方式产生的带通滤波器34(在它的输入端有一四分之一波λ_GT/4波导段，λ_GT是探头15所辐射频率的波长)对于在衬底13的平面内由探头15辐射的能量被看成为一个开端电路，所以不会过滤掉所接收的频段。引进由膜片35分离开的几个连续的腔被认为是有利的，这可提高滤波器34的频率响应，以保证锐截止。由此解释可知，随着膜片35的数量增加，滤波器34的频率的响应更陡峭。鉴于通过增加膜片35的数量所得到的性能与由此引起的复杂性之间的折中考虑，使用少于10个膜片35的滤波器34是更可取的。应该注意到分离开最后一个膜片和电路板之间的距离1是任意的，这对于下面的滤波器也是正确的。

图5b是带通滤波器34在A-A向的纵向截面图。

图5c是一个使用蝈钉序列37产生的带通滤波器36。为了得到每个腔的谐振频率的精确调节，这些蝈钉37(作为容性电纳其有不同的插入和作用)使调节滤波器36的设置最佳。

图5d是一个开槽滤波器38。滤波器38是通过使用横向连接到波导体92通过膜片40耦合的谐振腔39构成的。这些腔体间的距离是探头15辐射的波的四分之一导波波长的量级。

图5e是一个称为片线(finline)的带通滤波器41。这些滤波器41很容易通过在波导9的E平面内插入金属化衬底42(其有窗口43)构成。与衬底42有相同的几何形状的金属板也可以被使用。

在图2的实施例中，对于装置8在大约40GHz的频带内发射/接收信号，波导9的截面直径为4.8mm。为了有可能传送大约20GHz的信号(对应于发射电路13和接收电路14之间共用的本机振荡器24的频率)，矩形波导23的短边为4.3mm，而长边为10.7mm。发射电路13和接收电路14之间的长度为8cm。

当然，这些数字不意味着任何限制。

图6描述了根据本发明的一个为了发射和接收信号的装置50，其包括一个频率漂移补偿器。此装置50被安装在位于机房内的内部设备51中。本装置50能够检测在接收通道上振荡器24允许的频率漂移，使得有可能偏移回程通道，以便使该装置调准在回程通道的中心。

在图6中，内部设备51的输入端/输出端被连接到接收通道52，该设备的一般作用之一是执行到低频的转换和解码加密的视频信号，此视频信号来源于外部的设备而以通常内部设定的方式被送到同轴电缆200。可得到的在该内部设备51的输出端的解码信号被送到它的输出端之一，在此组件52被连接。组件52的输入端被连接到电视接收机53，而具有激活界面作用的摇控54使得将由使用者作出的指示发送到调制器55。

接收通道52的输入端被连接到接收频率调谐器，它包括一个频率转换电路56(以下称为转换器)。转换器56包括一个混频器57，混频器的第一输入端接收到一个来自接收通道52的输入端的信号，而混频器57的第二输入端被本机振荡器58所激励，而本机振荡器58受控于相位镇定回路电路59，以下称此电路为PLL。混频器57的输出端(其是转换器56的输出端)被连接到带通滤波器60的输入端，其频基本上是在解调器/解码器61的接收带宽的额定值的中心。解调器/解码器61的输出端产生一个电视信号S_RF其被送到电视接收器53。

互作用界面54通过调制器55在内部设备51的回路62上传送数据包，调制器55执行QPSK型调制。调制器55的输出端被连接带通滤波器63的输入端，该带通滤波器63调节在界面54传输频率的中心。滤波器63的输出端被连接到本装置的传输频率调谐器上，本装置包括频率转换电路64。转换器64包括混频器65，其一输入端接收到来自滤波器63的信号，它的第二输入端被受控于PLL电路67的本机振荡器66所激励。转换器电路64的输出端(其是混频器65的输出端)有通过同轴电缆200送出发射信号到外部的设备的装置8的作用。本机振荡器66在要求的频率或传输的信道上传送一个正弦波信号。

本装置50是在1997年10月31日由公司申请的编号为9713708的专利的主题。在所描述的实施例中由微控制器68所组成的器件包括一个补偿器，其具有自动频率修正的数字模块。微控制器68能够记录接收通道52引入的总频率漂移δF₁₀和能够以(-δF₁₀)的值偏移发射信号频谱，以便匹配信号载频到发射通道的额定载频。微控制器68通过第一控制/激励总线69接收和发送下行链路的PLL电路59的数字信号，通过第二控制/激励总线70从解调器/解码器单元61接收数字信号，通过第三控制/激励总线71对上行链路的PLL电路67和通过第四控制/激励总线72对调制器/解码器55予期地发送数字信号，如图6所示。

图6所描述的实施例中，微控制器68包括一个存储器73，其可记录两个数字值，数字值用于控制发射信号载频，此载频与上行信道的载频的额定频率有关。对于内部设备51和频率漂移补偿模块的工作方式在本申请中未被描述，但可以在前面提及的1997年10月31日申请的专利No.9713708中找到。

根据本发明的装置8的工作情况如下。

根据本发明，到达发射/接收系统的反射器(未显示)上的沿着波导9被导行的电磁波被聚焦在反向器的焦点10上。这些波通过滤波器9₂，其可能分别是仅允许接收频带通过的带通滤波器、截止发射频率的开槽滤波器、或者高通滤波器、或者低通滤波器，在频率平面内，当发射带宽被选择的情况下，发射频率分别低于或高于接收频率。这些波然后被探头16接收或拾取，其把接收信号传送到变换单元20，在变换到中频之后，其被予期地送到机房的内部单元51。然后此信号在装置50内被处理，以便在接收机53内被利用。

同时，源于装置50的回程信号(其被用法国专利申请No.9713708解释的方法进行频率检波)通过单元19转换到高频，此高频波馈送给探头15后辐射到喇叭11。在滤波器9₂一边由探头15辐射的能量被此滤波器衰减以至于发射波的泄漏足够小，不会干扰接收板14。作为一个例子，如果在接收板14₂边发射期间由探头15辐射的波被衰减到低于它的初始值70db，干扰将被考虑可以忽略。

在转换被单元20接收的信号期间，单元20内的振荡器24产生一个频率F_LO的振荡信号S_OL，允许此信号变换到中间频段。同一振荡器24产生具有同样频率的第二个信号S_OL，其被馈送到探头22。后者通过波导23₂发射信号，其被探头21拾取。探头21的任务是传送这个信号到放大器31的输入端，为的是在上行链路的信道内变换发射信号到高频。

由振荡器24产生的振荡信号S_OL的波导传播使得有可能对发射和接收通道使用单一的共同的本机振荡器24。

在已建立的频率平面内，不同的其他配置可以清楚被观察，例如：

---接收频段[40.55GHz；41.5GHz]和发射频段[42.45GHz；42.5GHz]

---接收频段[41.5GHz；42.45GHz]和发射频段[40.5GHz；40.55GHz]。

在这些高接收/发射频率，电流滤波器9₂在接收频段和发射频段之间需要供给大约1千兆赫的频率空间。不同的频率平面配置以及未被提及的其他配置需要满足此条件。

值得注意的是两个波导是相互依存于同样的支架100，这使得根据本发明的此装置有小而紧凑的结构。

当然本发明不限于已描述的实施例，因此波导9和23可以是允许电磁波有良好的接收/发射性能的任何形状。作为一个例子，如果激化是相互有利的，它们可以是矩形的。况且喇叭11可以是任何种类，例如开槽的喇叭。

也可能用波导传播方法发送信号而不是振荡信号。

也很有可能使用两块电路板只接收信号或只发射信号。

Claims (9)

1.信号发射和/或信号接收的装置，其包括：

第一波导(9)，其工作在第一频带和工作在第二频带，

第一频率变换电路(20)和第二频率变换电路(19)，其与第一波导相耦合，为的是分别地进行第一信号和第二信号的频率变换，

本机振荡器(24)，其连接至第一频率变换电路(20)，其特征在于此装置还包括：

第二波导(23)，其用于传送本机振荡器(24)的信号至第二频率变换电路(19)，为的是用于第二频率变换电路(19)的频率变换。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于第一和第二波导是相互依存于同一支架。

3.根据权利要求1至2的任何一个权利要求的装置，其特征在于第一和第二频率变换电路(19，20)被设置在第一和第二微带电路板(13，14)上。

4.根据权利要求1至2的任何一个权利要求的装置，其特征在于连接到第一频率变换电路的本机振荡器与第二波导的耦合和此第二波导与第二频率变换电路的耦合是通过探头(21，22)实现的。

5.根据权利要求1的装置，其特征在于频带之一用于信号的发送，而第二频带则用于信号的接收。

6.根据权利要求3的装置，其特征在于微带电路板(13，14)在第一波导(9)的横截面内切割第一波导(9)。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于用来发送的电路板被设置在该装置的信号接收方向上的用来接收的所述电路板(14)的上游。

8.根据权利要求1至2中之一的装置，其特征在于所述第二波导在末端用一四分之一波长腔(23₁，23₃)封闭，其四分之一波长腔长度为所传送信号的波导波长的四分之一。

9.根据权利要求1至2中之一的装置，其特征在于第一个波导(9)包括一个滤波型装置(9₂)，其包括一个有膜片式腔(35)的滤波器(34)、有螺钉调节腔(37)的滤波器(36)或者一个至少包括两个谐振腔(39)的滤波器(38)，谐振腔通过与膜片(40)的耦合横向与波导(9₂)体连接，上述滤波装置是以这样一种方式安排的，以致于被第一探针(15)传送的波在第二探针边被充分地衰减，为的是在第二探针上不干扰接收的波。

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