CN114335965B - 双向分离耦合器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及双向分离耦合器，包括：第一环形器和第二环形器，各自沿顺时针方向依次具有第一端口、第二端口和第三端口；以及第一耦合器和第二耦合器，各自具有主线路和副线路，主线路配备有输入端口和输出端口，副线路配备有耦合端口和负载端口，其中当在第一环形器和第二环形器中信号沿顺时针方向传输的情况下，第一环形器的第二端口连接于第一耦合器的输入端口，第一耦合器的输出端口连接于第二环形器的第一端口，第二环形器的第三端口连接于第二耦合器的输入端口，第二耦合器的输出端口连接于第一环形器的第三端口，第一耦合器和第二耦合器各自的输入端口接近于各自的负载端口而配置，各自的输出端口接近于各自的耦合端口而配置。

Description

双向分离耦合器

技术领域

本公开涉及通信技术领域，更具体地，本公开涉及一种双向分离耦合器。

背景技术

随着通信技术的演进，面向未来的第五代移动通信(5G)技术作为最新一代蜂窝移动通信技术正逐步普及。根据目前通信运营商和互联网解决方案提供商的调研和反馈结果，未来80％的业务将来源于室内(如高速视频、线上直播、远程医疗、智能制造、云AR/VR等)，预计5G室内覆盖系统的流量需求比重相比4G将会进一步增大。相对于4G网络，5G时代室内覆盖系统将会愈发重要。

然而，国内现有室内覆盖系统80％以上仍以基于馈缆的DAS(DistributedAntenna System)即分布式天线系统为主，此类旧有室内分布(简称室分)系统实现2G/3G/4G的室分覆盖，但无法直接建成可实现双通道MIMO(multiple input multiple output，多进多出)效果的5G室分系统。如果采用传统的方法，实现多路MIMO分布系统需要布放多条馈缆，例如新建两路独立室分系统就需要配备两套天馈系统，导致多路MIMO分布系统的造价高。另一方面，基于光纤/网线的新型室分系统虽然能够支持升级5G-NR，但由于施工改造难度大、成本较高等原因，在目前室分场景中占比仅为10％左右，比例很低，难以很快全覆盖推广。

因此，在5G室分系统建设初期，为保证5G高速信号尽快覆盖，优先考虑充分发挥现有室内覆盖存量优势，当前需要研发尽量利用现有的无源室分频移MIMO等融合室分系统，从而力求采用单缆实现MIMO覆盖，降低室分系统的建造成本和难度。

在采用单缆实现双路MIMO传输的解决方案中，有效的思路之一是，作为通信系统中的重要组成器件，期望耦合器能够实现双向分离的功能。

对此，在现有技术中，已有如下双向耦合器：通过改变内导体的结构，缩短内导体的长度，增加工作频率的宽度，从而使得输入口和输出口能够互换。但根据这样的耦合器，无法将其双向耦合度调整为不同，不便于实际网络部署。

在现有技术中，还有如下双向耦合器：通过采用两级耦合器级联，从而实现双向耦合。但根据这样的耦合器，在设定为前向耦合度和反向耦合度不同的情况下，会发生两次功率分配损耗，导致系统的插入损耗增大，系统的功率利用率下降。

发明内容

在现有技术中，尚无适用于单缆实现双路MIMO传输的低成本且高性能的双向分离耦合器，因此需要对单缆实现双路MIMO传输的场景下的双向分离耦合器进行详细设计。

本公开的目的在于提供一种能够适用于室内覆盖场景下用于单缆实现双路MIMO传输的双向分离耦合器，通过采用环形器，形成两端参数不平衡的双向分离耦合器，从而实现不同端口输入信号的定向流动。

在下文中给出了关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的一些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图用来限定本公开的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化形式给出关于本公开的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。

根据本公开的一个方面，提供了一种双向分离耦合器。该双向分离耦合器可以包括：第一环形器和第二环形器，各自沿顺时针方向依次具有第一端口、第二端口和第三端口；以及第一耦合器和第二耦合器，各自具有以电磁耦合方式彼此接近地配置的主线路和副线路，所述主线路分别在一端配备输入端口，在另一端配备作为直通端口的输出端口，所述副线路作为耦合线路，分别在一端配备耦合端口，在另一端配备负载端口，其中，当在所述第一环形器和所述第二环形器中信号沿顺时针方向传输的情况下，所述第一环形器的第二端口连接于所述第一耦合器的输入端口，所述第一耦合器的输出端口连接于所述第二环形器的第一端口，所述第二环形器的第三端口连接于所述第二耦合器的输入端口，所述第二耦合器的输出端口连接于所述第一环形器的第三端口，所述第一耦合器和所述第二耦合器各自的输入端口接近于各自的负载端口而配置，各自的输出端口接近于各自的耦合端口而配置。

根据本公开的另一方面，提供了一种室内分布系统，该室内分布系统可以包括上述双向分离耦合器。

根据本公开的又一方面，提供了一种单缆双路MIMO传输方法。在该单缆双路MIMO传输方法中，利用上述双向分离耦合器，其中第一通道的MIMO信号从所述第一环形器的第一端口进入所述双向分离耦合器，流向所述第一环形器的第二端口，经由所述第一耦合器的输入端口，通过所述第一耦合器的主线路流向所述第一耦合器的输出端口，再经由所述第二环形器的第一端口并从所述第二环形器的第二端口输出；第二通道的MIMO信号从所述第二环形器的第二端口进入所述双向分离耦合器，流向所述第二环形器的第三端口，经由所述第二耦合器的输入端口，通过所述第二耦合器的主线路流向所述第二耦合器的输出端口，再经由所述第一环形器的第三端口并从所述第一环形器的第一端口输出。

发明效果

根据本公开，通过采用环形器来形成两端参数不平衡的双向分离耦合器，从而能够实现不同端口输入信号的定向流动，进而简单且低成本地实现环形室分系统，采用单缆实现双路MIMO传输。并且由于本公开的双向分离耦合器具备更好的性能，插入损耗小，从而使得系统功率利用率更高；双向耦合度可灵活调整，更加便于网络部署。

附图说明

图1A和图1B是示意性地示出3端口环形器和4端口环形器的例子的示意图；

图2示出了根据本公开实施例的双向分离耦合器500的示例性原理结构的示意图；

图3示出了根据本公开实施例的双向分离耦合器500的示例性实现结构的示意图；

图4示出了利用本公开实施例的双向分离耦合器500进行单缆双路MIMO传输的示例性示意图。

具体实施方式

以下将参照附图详细地描述本公开内容的优选实施例。应注意到，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并非按照实际的比例关系绘制的。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，并不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。对于具有相同或对应的部位，在各个附图中附加相同或对应的附图标记，有时会省略详细说明。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，而在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。本公开内容的技术能够应用于各种产品。

为便于更好地理解根据本公开的技术方案，下面简单介绍一些可适用于本公开的实施例的行业技术。

首先，对环形器进行简要说明。环形器(或称为环行器，Circulator)是有数个端口的非可逆多端口器件，将进入其任一端口的入射波按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口。作为一种在射频(RF)应用中常用的无源器件，环形器可以是具有三个以上端口的RF器件，其中进入一个端口的RF功率被传送到另一端口，以例如选择性地在天线、发送器和接收器之间传送RF信号。当正在两个所选端口之间传送RF信号时，通常希望使该传送信号与其它端口隔离。由于当信号从指定端口输入时，在环形器中只能沿规定的顺序传播，而当信号的传输顺序变更时，其损耗很大，因此可实现信号的隔离。因而环形器有时也被称为隔离器。

更具体地，图1A和图1B示意性示出3端口环形器100和4端口环形器104的例子。在图1A的示例性的3端口环形器100中，信号被示为从端口1沿箭头102方向传送到端口2，并且端口3实质上与所传送的信号隔离。在图1B的示例性的4端口环形器104中，一个信号被示为从端口1沿箭头106方向传送到端口2，并且另一信号被示为沿箭头108从端口3传送到端口4。在图1B的例子中的信号路径的两组连接点的端口1、端口2与端口3、端口4之间实质上彼此隔离。在实际应用中，也可以实现图示以外的其它的3端口和4端口环形器的配置以及具有其它数量的端口的环形器。为了便于说明，在本公开的实施例中，以3端口环形器100(以下简称为例如“环形器100”)的配置为例进行说明，设为在环形器100中信号沿如箭头102或106等所示的顺时针方向传输。

以下，对根据本公开的实施例的双向分离耦合器的整体结构进行说明。图2示出了根据本公开实施例的双向分离耦合器500的示例性原理结构的示意图。如图2中的虚线框所示，根据本公开实施例的双向分离耦合器500可以包括：第一环形器100a和第二环形器100b，各自沿顺时针方向依次具有第一端口1、第二端口2和第三端口3；以及第一耦合器200a和第二耦合器200b，各自至少具有输入端口P1、输出端口P2、耦合端口P3，在一些实施例中还可以具有负载端口P4，在图2中为简便起见对负载端口P4省略了图示。其中，当信号在第一环形器100a和第二环形器100b中沿顺时针方向传输的情况下，第一环形器100a的第二端口2连接于第一耦合器200a的输入端口P1，第一耦合器200a的输出端口P2连接于第二环形器100b的第一端口1，第二环形器100b的第三端口3连接于第二耦合器200b的输入端口P1，第二耦合器200b的输出端口P2连接于第一环形器100a的第三端口3。

在本实施例中，以下行信号为例，不同通道的MIMO1和MIMO2信号在同一条线缆的不同方向流动，当设为在第一环形器100a和第二环形器100b中信号沿顺时针方向传输的情况下，在双向分离耦合器500中，作为第一通道的MIMO信号的MIMO1信号沿箭头D1的方向，从第一环形器100a的第1端口1输入至双向分离耦合器500，从第二环形器100b的第2端口2输出；作为第二通道的MIMO信号的MIMO2信号沿箭头D2的方向，从第二环形器100b的第2端口2输入至双向分离耦合器500，从第一环形器100a的第1端口1输出。更具体而言，MIMO1信号从第一环形器100a的第一端口1进入所述双向分离耦合器500，流向第一环形器100a的第二端口2，经由第一耦合器200a的输入端口P1，流向第一耦合器200a的输出端口P2，再经由第二环形器100b的第一端口1并从第二环形器100b的第二端口2输出；另一方面，MIMO2信号从第二环形器100b的第二端口2进入双向分离耦合器500，流向第二环形器100b的第三端口3，经由第二耦合器200b的输入端口P1，流向第二耦合器200b的输出端口P2，再经由第一环形器100a的第三端口3并从第一环形器100a的第一端口1输出。

此外，在第一耦合器200a中，按照对第一耦合器200a设置的耦合比，MIMO1信号的一部分作为耦合输出分量，经由耦合端口P3沿箭头D3的方向输出至例如双极化室分天线300等。类似地，在第二耦合器200b中，按照对第二耦合器200b设置的耦合比，MIMO2信号的一部分作为耦合输出分量，经由耦合端口P3沿箭头D4的方向输出至双极化室分天线300。

由此，通过采用第一环形器100a和第二环形器100b，能够可靠地确保将信号分离，再加上采用第一耦合器200a和第二耦合器200b，共同形成了两端参数不平衡的双向分离耦合器500，实现不同端口输入信号的定向流动，进而实现了不同通道的信号覆盖。

优选地，第一耦合器200a和第二耦合器200b各自的耦合比能够独立设置。通过分别调整两个耦合器以设定为不同的耦合比，能够满足不同位置的双路链路平衡。在实际工程实施中，可以配置为例如将第一耦合器200a的耦合比设为5dB，将第二耦合器200b的耦合比设为15dB；也可以配置为例如将第一耦合器200a的耦合比设为5dB，将第二耦合器200b的耦合比设为20dB。由此，根据本公开实施例的双向分离耦合器的双向耦合度可灵活调整，便于网络部署。

图3示出了根据本公开实施例的双向分离耦合器500的示例性实现结构的示意图，其中与图2中相同的附图标记表示相同的部件或部位。在此，着重对与图2的不同之处进行详细说明。如图3所示，根据本公开实施例的双向分离耦合器500包括：第一环形器100a和第二环形器100b，各自沿顺时针方向依次具有第一端口1、第二端口2和第三端口3；以及第一耦合器200a和第二耦合器200b，各自具有以电磁耦合方式彼此接近地配置的主线路和副线路，所述主线路分别在一端配备输入端口P1，在另一端配备作为直通端口的输出端口P2，所述副线路作为耦合线路，分别在一端配备耦合端口P3，在另一端配备负载端口P4，负载端口P4可以与负载R连接。其中，第一耦合器200a和第二耦合器200b各自的输入端口P1接近于各自的负载端口P4而配置，各自的输出端口P2接近于各自的耦合端口P3而配置。其中，主线路包括传输导体，副线路包括耦合导体。

此外，根据本公开实施例的双向分离耦合器500还可以包括金属隔板400，该金属隔板400配置于第一耦合器200a与第二耦合器200b之间。更具体地，该金属隔板400配置于第一耦合器200a的主线路与第二耦合器200b的主线路之间。该金属隔板400起到将第一耦合器200a与第二耦合器200b进行电磁屏蔽的作用。更优选地，金属隔板400可以被配置为例如与第一耦合器200a的主线路和第二耦合器200b的主线路平行。由此可以更好地对第一耦合器200a与第二耦合器200b进行电磁屏蔽。

优选地，第一耦合器200a和第二耦合器200b可以是任意类型的耦合器，例如可以包括选自如下耦合器的组中的任意耦合器：波导定向耦合器，双分支定向耦合器，平行耦合微带定向耦合器。

采用根据本公开实施例的双向分离耦合器500，能够在环形室分系统中，采用单缆实现双路MIMO传输。具体地，图4示出了利用本公开实施例的双向分离耦合器500进行单缆双路MIMO传输的示例性示意图。在图4中，在同一条线缆上串联连接了例如分别表示为500a、500b、500c和500d的4个双向分离耦合器500，其中双向分离耦合器500a与天线ANT1连接，双向分离耦合器500d与天线ANT2连接。作为不同通道的信号，MIMO1信号和MIMO2信号在同一条线缆的不同方向流动，MOMO1信号沿内周箭头方向从双向分离耦合器500a流入，从双向分离耦合器500d流出；另一方面，MOMO2信号沿外周箭头方向从双向分离耦合器500d流入，从双向分离耦合器500a流出，从而实现空间的解耦。

更具体地，在各个双向分离耦合器500中，第一通道的MIMO信号即MIMO1信号从第一环形器100a的第一端口1进入所述双向分离耦合器500，流向第一环形器100a的第二端口2，经由第一耦合器200a的输入端口P1，通过第一耦合器200a的主线路流向第一耦合器200a的输出端口P2，再经由第二环形器100b的第一端口1并从第二环形器100b的第二端口2输出；另一方面，第二通道的MIMO信号即MIMO2信号从所述第二环形器200b的第二端口2进入所述双向分离耦合器500，流向所述第二环形器200b的第三端口3，经由第二耦合器200b的输入端口P1，通过第二耦合器200b的主线路流向第二耦合器200b的输出端口P2，再经由第一环形器100a的第三端口3并从第一环形器100a的第一端口1输出。

在图4中，每个双向分离耦合器500a～500d的第一耦合器200a和第二耦合器200b的耦合比都能够独立设置。在这样的情况下，双向分离耦合器500的双向耦合度可灵活调整，更加便于网络部署。

根据本公开的实施例，提供一种室内分布系统，该室内分布系统可以包括上述双向分离耦合器500。

根据本公开实施例的双向分离耦合器500，通过采用环形器100，有效地实现了两路信号的分离，并且使得系统插入损耗小，系统功率利用率更高。在单个双向分离耦合器500中，两个耦合器200的耦合比可独立设置，能够满足不同位置的双路链路平衡，有利于灵活的网络部署。根据本公开实施例的双向分离耦合器500，其结构简单，易于生产，且成本低廉，从而能够有效地解决采用单缆实现MIMO覆盖，降低室内分布系统的建造成本和难度。

应当理解，本说明书中“实施例”或类似表达方式的引用是指结合该实施例所述的特定特征、结构、或特性系包括在本公开的至少一具体实施例中。因此，在本说明书中，“在本公开的实施例中”及类似表达方式的用语的出现未必指相同的实施例。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种双向分离耦合器，包括：

第一环形器和第二环形器，各自沿顺时针方向依次具有第一端口、第二端口和第三端口；以及

第一耦合器和第二耦合器，各自具有以电磁耦合方式彼此接近地配置的主线路和副线路，所述主线路分别在一端配备输入端口，在另一端配备作为直通端口的输出端口，所述副线路作为耦合线路，分别在一端配备耦合端口，在另一端配备负载端口，其中

当在所述第一环形器和所述第二环形器中信号沿顺时针方向传输的情况下，所述第一环形器的第二端口连接于所述第一耦合器的输入端口，所述第一耦合器的输出端口连接于所述第二环形器的第一端口，所述第二环形器的第三端口连接于所述第二耦合器的输入端口，所述第二耦合器的输出端口连接于所述第一环形器的第三端口，以使得第一通道的MIMO信号从所述第一环形器的第一端口进入所述双向分离耦合器，第二通道的MIMO信号从所述第二环形器的第二端口进入所述双向分离耦合器，

所述第一耦合器和所述第二耦合器各自的输入端口接近于各自的负载端口而配置，各自的输出端口接近于各自的耦合端口而配置。

2.根据权利要求1所述的双向分离耦合器，其中，

所述第一耦合器和所述第二耦合器的耦合比能够独立设置。

3.根据权利要求1所述的双向分离耦合器，还包括：

金属隔板，配置于所述第一耦合器的主线路与所述第二耦合器的主线路之间，并且与第一耦合器的主线路和第二耦合器的主线路平行。

4.根据权利要求1所述的双向分离耦合器，其中，

所述第一耦合器和所述第二耦合器包括选自如下耦合器的组中的任意耦合器：波导定向耦合器，双分支定向耦合器，平行耦合微带定向耦合器。

5.一种室内分布系统，包括权利要求1～4任意一项所述的双向分离耦合器。

6.一种单缆双路MIMO传输方法，利用权利要求1～4任意一项所述的双向分离耦合器，其中

第一通道的MIMO信号从所述第一环形器的第一端口进入所述双向分离耦合器，流向所述第一环形器的第二端口，经由所述第一耦合器的输入端口，通过所述第一耦合器的主线路流向所述第一耦合器的输出端口，再经由所述第二环形器的第一端口并从所述第二环形器的第二端口输出；

第二通道的MIMO信号从所述第二环形器的第二端口进入所述双向分离耦合器，流向所述第二环形器的第三端口，经由所述第二耦合器的输入端口，通过所述第二耦合器的主线路流向所述第二耦合器的输出端口，再经由所述第一环形器的第三端口并从所述第一环形器的第一端口输出。

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