CN116868439A - 四端口双工器装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种四端口双工器装置(200)，所述四端口双工器装置(200)包括：第一端口(101)，所述第一端口(101)被配置为使第一频带(601)内的信号通过并且阻断第二频带(602)内的信号；第二端口(102)，所述第二端口(102)被配置为使所述第二频带(602)内的信号通过并且阻断所述第一频带(601)内的信号；第三端口(103)，所述第三端口(103)被配置为发送从所述第一端口(101)接收到的信号和从所述第二端口(102)接收到的信号的组合的第一信号部分；以及第四端口(104)，所述第四端口(104)被配置为发送从所述第一端口(101)接收到的信号和从所述第二端口(102)接收到的信号的组合的第二信号部分。

Description

四端口双工器装置

技术领域

本公开涉及一种四端口双工器装置以及一种包括这种四端口双工器装置的机载卫星通信系统。该四端口双工器装置具有四个端口并且将常用三端口双工器的功能与功率组合器集成，从而节省额外的传输线。

背景技术

在诸如动中通(on-the-move)卫星通信系统等的卫星通信中，多媒体数据被从卫星或卫星网络发送到交通工具，尤其是移动交通工具，例如飞机、直升机、船舶或汽车。天线阵列安装在交通工具上。为了跟踪所期望的卫星，这些天线阵列是有方向性的。

(在两个正交偏振上)支持发送(Tx)功能和接收(Rx)功能二者的宽带天线阵列包含用于组合/分离所有阵列元件的信号的馈电网络。双工器110用于使位于不同频带中的Tx信号和Rx信号彼此分开，例如Rx在K频带(17.7GHz-20.2GHz)中，而Tx在Ka频带(27.5GHz-30.0GHz)中。

馈电网络通常是作为额外的树结构而实现的，从而使用基于T型结(3端口装置)的功率组合器/功率分离器114来从公共端口105添加所有单个元件信号/向公共端口105分离所有单个元件信号。通常，在连接天线阵列的两半的主组合器/分离器级114之后/之前，单独的双工器装置110连接到天线系统，这需要一定量的构造体积。第一/最后传统T型结功率组合器/分离器114与传统T型结双工器110之间的连接被实现为额外的传输线113。

这种情况下的挑战是以非常紧凑的方式将双工器110集成到馈电网络中，使得不需要额外的双工器110用构造体积。

发明内容

本公开的目的是提供用于高效地且可靠地连接天线阵列的技术。特别地，本公开的目的是以非常紧凑的方式将双工器集成到天线阵列的馈电网络中，使得不需要额外的双工器用构造体积。

本公开的另一个目的是尤其为从卫星网络向诸如飞机、直升机、船舶或汽车等的移动交通工具发送多媒体数据的动中通卫星通信系统提供可靠且高效的卫星通信。

此目的通过独立权利要求的特征来实现。根据从属权利要求、描述和图，进一步的实现方式形式是清楚的。

本公开的基本思想是为了通过创造一种新颖四端口双工器装置来解决上述问题。代替具有一个中央端口的传统三端口T型结设计，新装置使用作为功率组合器/功率分离器的两个中央端口，从而消除了互连传输线的必要性。新设计因此极其紧凑并且可以被完全集成在天线阵列的公共馈电层内部。

本公开中呈现的新设计可以使用E面空心波导技术中的实现。或者，类似设计可以用H面波导技术或任何其他传输线技术实现。在下文中呈现的实现可以基于使用对称的功率分离/组合比或者通过相应地修改中央两个端口段来使用不对称的功率分离/组合比。

如本公开中描述的波导是通过将能量的传输限于一个方向来以最小能量损失引导诸如电磁波等的波的结构。

如本公开中描述的3端口双工器是实现频域复用的无源装置。两个端口(例如，L和H)被复用到也称作公共端口(例如，C)的第三端口上。端口L和H上的信号占据不相交的频带。因此，L和H上的信号可以在端口C上共存而不互相干扰。通常，端口L上的信号将占据单个低频带，而端口H上的信号将占据较高频带。在那种情形下，双工器由连接端口L和C的低通滤波器以及连接端口H和C的高通滤波器组成。理想地，端口L上的所有低频段信号功率被传送到C端口并且反之亦然。端口H上的所有高频段信号功率被传送到端口C并且反之亦然。理想地，信号的分开是完全的。没有低频段信号从L端口传送到H端口。在现实世界中，一些功率会丢失，并且一些信号功率会泄漏到错误端口。

如本公开中描述的功率分配器(也为功率分离器，并且当反向使用时，为功率组合器)是主要在无线电技术的领域中使用的无源装置。它们将传输线中限定量的电磁功率耦合到端口，从而使得信号能够用于另一电路中。

如本公开中描述的四端口双工器装置是将3端口双工器和功率组合器/功率分离器的功能集成在一个装置中的新装置。

根据第一方面，本公开涉及一种四端口双工器装置，该四端口双工器装置包括：第一端口，该第一端口被配置为使第一频带内的信号通过并且阻断第二频带内的信号；第二端口，该第二端口被配置为使第二频带内的信号通过并且阻断第一频带内的信号；第三端口，该第三端口被配置为发送从第一端口接收到的信号和从第二端口接收到的信号的组合的第一信号部分；以及第四端口，该第四端口被配置为发送从第一端口接收到的信号和从第二端口接收到的信号的组合的第二信号部分。

这样的四端口双工器装置提供了一种用于高效地且可靠地连接天线阵列的技术。该四端口双工器装置以非常紧凑的方式将双工器集成到天线阵列的馈电网络中，使得不需要额外的双工器用构造体积。相较于如图1所示的现有解决方案的特定优点是减少了构造体积、系统重量并且通过由于较短的传输线长度而引起的较低的欧姆损耗提高了天线效率。

天线阵列和天线信号的组合仅是所提出的发明的一个示例性应用。通常，四端口双工器可以对信号—不仅仅是天线信号进行组合和频率复用。本发明它本身也可以用在其他应用例如有线通信系统中。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，第一端口被配置为：使由第三端口和第四端口接收到的组合信号的第一频率分量通过，这些第一频率分量在第一频带内，并且阻断由第三端口和第四端口接收到的组合信号的第二频率分量，这些第二频率分量在第二频带内；其中，第二端口被配置为阻断由第三端口和第四端口接收到的组合信号的第一频率分量，并且使由第三端口和第四端口接收到的组合信号的第二频率分量通过。

这提供了这样的优点，即可以将双工器和功率组合器/分离器的两个功能集成在单个装置中，从而通过避免用额外的传输线将双工器与功率组合器/分离器连接来节省空间。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，第三端口被配置为：分离从第一端口和第二端口接收到的信号的组合的功率，以获得第一信号部分；并且第四端口被配置为：分离从第一端口和第二端口接收到的信号的组合的功率，以获得第二信号部分。

这提供了这样的优点，即可以对来自第一端口和第二端口的组合信号即双工器信号应用功率分离。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，四端口双工器装置被配置为：组合由第三端口接收到的信号的功率和由第四端口接收到的信号的功率，以将由第三端口和第四端口接收到的组合信号提供给第一端口和第二端口。

这提供了这样的优点，即可以对来自第三端口和第四端口的功率组合信号应用由第一端口和第二端口进行的双工法(diplexing)，即频域复用。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，第一端口包括第一滤波器，该第一滤波器被配置为使第一频带内的信号通过并且阻断第二频带内的信号；并且第二端口包括第二滤波器，该第二滤波器被配置为使第二频带内的信号通过并且阻断第一频带内的信号。

这提供了这样的优点，即频域复用可以由第一滤波器和第二滤波器高效地执行。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，第一滤波器包括低通滤波器或第一带通滤波器；并且第二滤波器包括高通滤波器或第二带通滤波器。

这提供了这样的优点，即可以灵活地设计四端口双工器装置。依据第一频带和第二频带的频率范围，可以应用高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器的不同实现方式。例如，低通滤波器可以被实现为六阶低通滤波器。例如，高通滤波器可以通过阶梯式锥度来实现。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，第一频带内的信号是从卫星接收到的信号；而第二频带内的信号是用于发送到卫星的信号。

这提供了这样的优点，即可以在卫星通信系统尤其是动中通卫星通信系统中高效地应用四端口双工器装置。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，第一频带是K频段并且第二频带是Ka频段，或者反之亦然。

这提供了这样的优点，即可以在卫星通信系统中——尤其是在K频带中接收信号并且在Ka频带中发送信号的卫星通信系统中高效地应用四端口双工器装置。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，四端口双工器装置被成形为具有四个臂的十字架，其中，第一端口、第二端口、第三端口和第四端口形成在四个臂的相应端部段，其中，第一端口和第二端口布置在十字架的两个相对的端部段；并且其中，第三端口和第四端口布置在十字架的其他两个相对的端部段。

这提供了这样的优点，即四端口双工器装置提供了可以用于替换双工器和功率组合器/分离器的两个单独装置从而节省构造空间的紧凑设计。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，十字架的在端部段形成有第三端口和第四端口的臂被对称地成形，以在第三端口和第四端口提供对称的功率分离和组合。

这提供了这样的优点，即四端口双工器装置可以在第三端口和第四端口提供对称的功率分离和组合。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，十字架的在端部段形成有第三端口和第四端口的臂被不对称地成形，以在第三端口和第四端口提供不对称的功率分离和组合。

这提供了这样的优点，即四端口双工器装置可以在第三端口和第四端口提供不对称的功率分离和组合。例如，不同臂的不对称性可以适于天线阵列的设计。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，十字架的在端部段形成有第三端口的臂相较于在十字架的在端部段形成有第四端口的臂具有较小的横截面，以便实现信号的第一信号部分与信号的第二信号部分之间的不同功率比。

这提供了这样的优点，即可以提供信号的第一信号部分与信号的第二信号部分之间的不同功率比。四端口双工器装置可以例如用在天线元件不对称分布到天线阵列支路的不对称天线阵列中。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，十字架的在端部段形成有第三端口和第四端口的臂包括匹配段，相应臂在该匹配段的横截面小于在该臂的其余段的横截面。

这提供了这样的优点，即信号可以被高效地匹配到天线阵列的两个支路。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，四端口双工器装置一体地形成为单个单元。

这提供了这样的优点，即四端口双工器装置可以被实现得非常坚固。此外，一体地形成的单个单元避免了信号的传输中的失真。

在四端口双工器装置的示例性实现方式中，四端口双工器装置用E面空心波导技术或用H面空心波导技术实现。

这提供了这样的优点，即依据可用构造限制，可以应用不同技术。也可以应用其他技术，例如带状线技术等。

根据第二方面，本公开涉及一种机载卫星通信系统，该机载卫星通信系统包括：根据前述权利要求中的任一项所述的四端口双工器装置；天线阵列，该天线阵列包括与四端口双工器装置的第三端口耦合的天线元件的第一支路和与四端口双工器装置的第四端口耦合的天线元件的第二支路；以及多轴定位器，该多轴定位器被配置为将天线阵列永久地对准到给定目标卫星。

这样的使用上述四端口双工器装置的机载卫星通信系统尤其为从卫星网络向诸如飞机、直升机、船舶或汽车等的移动交通工具发送多媒体数据的动中通卫星通信系统提供了可靠且高效的卫星通信的优点。由于通过四端口双工器装置的实现方式节省了空间，具有四端口双工器装置的天线阵列可以高效地安装在后机翼或中央机翼或飞机的另一位置。通过避免双工器与功率组合器/分离器之间的额外的传输线，可以节省材料，因此减轻重量，从而增加飞机的飞行距离。

如上所述根据第一方面的四端口双工器装置的进一步的实现方式可以类似地适用于根据第三方面的四端口双工器装置。

附图说明

将关于以下图描述进一步的示例，在以下图中：

图1示出了图示通过传输线与功率组合器组合的3端口双工器的典型结构的示意图；

图2示出了图示根据本公开的四端口双工器装置200的示意图；

图3示出了根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的立体图；

图4示出了图示根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的结构的示意图；

图5示出了图示根据第二实现方式的示例性四端口双工器装置500的结构的示意图；

图6示出了图示根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的S参数S11和S22的性能图600；

图7示出了图示根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的S参数S31和S32的性能图700；

图8示出了图示根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的S参数S21和S34的性能图800；以及

图9示出了图示根据本公开的机载卫星通信系统900的示意图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参照形成其一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以在其中实践本公开的具体方面。应理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以利用其他方面并且可以做出结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应在限制性意义上进行，并且本公开的范围由所附权利要求限定。

应理解，关于描述的方法做出的评论也可以适用于被配置为执行该方法的对应装置或系统，并且反之亦然。此外，应理解，除非另外具体地指出，否则本文描述的各种示例性方面的特征可以彼此组合。

图1示出了图示通过传输线与功率组合器组合的3端口双工器的典型结构100的示意图。

(在两个正交偏振上)支持发送(Tx)功能和接收(Rx)功能二者的宽带天线阵列包含用于组合/分离所有阵列元件的信号的馈电网络。双工器110用于使位于不同频带中的Tx信号和Rx信号彼此分开，例如Rx在K频带(17.7GHz-20.2GHz)中，而Tx在Ka频带(27.5GHz-30.0GHz)中。馈电网络通常是作为额外的树结构而实现的，从而使用基于T型结(3端口装置)的功率组合器/功率分离器114来从公共端口105添加所有单个元件信号/向公共端口105分离所有单个元件信号，如图1中所示。通常，在图1所描绘的连接天线阵列的两半的主组合器/分离器级114之后/之前，单独的双工器装置110连接到天线系统，这需要一定量的构造体积。第一/最后传统T型结功率组合器/分离器114与传统T型结双工器110之间的连接被实现为额外的传输线113。

双工器110是具有第一端口101、第二端口102和公共端口105的三端口装置。在双工器110中，第一滤波器111布置在第一端口101的支路中并且第二滤波器112布置在第二端口102的支路中。功率组合器/功率分离器114也是三端口装置，具有第一端口103、第二端口104和公共端口105。双工器110和功率组合器/功率分离器114的公共端口通过传输线113连接。

图2示出了图示根据本公开的四端口双工器装置200的示意图。

虽然图1的结构由两个独立部分即功率组合器114和双工器110组成，但是在图2所呈现的根据本公开的解决方案中，功率组合器是被实现为四端口双工器装置200的双工器的一体式部件。

四端口双工器装置200包括四个端口101、102、103、104。第一端口101被配置为使第一频带例如K频带(17.7GHz-20.2GHz)内的信号通过并且阻断第二频带例如Ka频带(27.5GHz-30.0GHz)内的信号。第二端口102被配置为使第二频带内的信号通过并且阻断第一频带内的信号。第三端口103被配置为发送从第一端口101接收到的信号和从第二端口102接收到的信号的组合的第一信号部分。第四端口104被配置为发送从第一端口101接收到的信号和从第二端口102接收到的信号的组合的第二信号部分。

在图9中描绘的通信系统900中示出了具有示例性第一支路911和第二支路912的天线阵列910的示例。第一支路911连接天线阵列910的天线元件的第一部分，而第二支路912连接天线阵列910的天线元件的第二部分。在一个示例中，第一支路911和第二支路912可以连接天线阵列元件的两半。在替代示例中，第一支路911和第二支路912可以连接天线元件的不同部分。在示例中，第一支路911和第二支路912一起可以仅连接整个天线元件的一部分。

第一端口101可以被配置为：使由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号的第一频率分量通过；并且阻断由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号的第二频率分量，其中，所述第一频率分量在第一频带内，所述第二频率分量在第二频带602内。如图6至图8所示，第一频带可以是K频带601并且第二频带可以是Ka频带602。第二端口102可以被配置为：阻断由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号的第一频率分量，并且使由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号的第二频率分量通过。

第三端口103可以被配置为分离从第一端口101和第二端口102接收到的信号的组合的功率，以获得第一信号部分。第四端口104可以被配置为分离从第一端口101和第二端口102接收到的信号的组合的功率，以获得第二信号部分。

四端口双工器装置200可以被配置为组合由第三端口103接收到的信号的功率和由第四端口104接收到的信号的功率，以将由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号提供给第一端口101和第二端口102。

第一端口101可以包括第一滤波器111，该第一滤波器111被配置为使第一频带601内的信号通过并且阻断第二频带602内的信号。第二端口102可以包括第二滤波器112，该第二滤波器112被配置为使第二频带602内的信号通过并且阻断第一频带601内的信号。

第一滤波器111可以包括低通滤波器或第一带通滤波器，例如截止频率高于第一频带601的低通滤波器或使第一频带601中的频率分量通过并且阻断第二频带602中的频率分量的带通滤波器。第二滤波器112可以包括高通滤波器或第二带通滤波器，例如截止频率低于第二频带602的高通滤波器或使第二频带602中的频率分量通过并且阻断第一频带601中的频率分量的带通滤波器。

第一频带601内的信号可以是从例如如图9所示的卫星902接收到的信号。第二频带602内的信号可以是用于发送到卫星902或卫星网络的信号。

如上所述，第一频带601可以是K频段并且第二频带602可以是Ka频段，或者反之亦然。

图3示出了根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的立体图。四端口双工器装置300的结构与在上面关于图2描述的四端口双工器装置200相同。四端口双工器装置300实现具有一体式功率组合器/分离器的波导双工器。

四端口双工器装置300包括如在上面关于图2描述的四个端口101、102、103、104。第一端口101被配置为使第一频带601内的信号通过并且阻断第二频带602内的信号(参见图6至图8)。第二端口102被配置为使第二频带602内的信号通过并且阻断第一频带601内的信号。第三端口103被配置为发送从第一端口101接收到的信号和从第二端口102接收到的信号的组合的第一信号部分。第四端口104被配置为发送从第一端口101接收到的信号和从第二端口102接收到的信号的组合的第二信号部分。

如在上面关于图2描述的，第一端口101可以被配置为：使由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号的第一频率分量通过；并且阻断由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号的第二频率分量，其中，所述第一频率分量在第一频带601内，所述第二频率分量在第二频带602内。第二端口102可以被配置为：阻断由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号的第一频率分量，并且使由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号的第二频率分量通过。

如在上面关于图2描述的，第三端口103可以被配置为分离从第一端口101和第二端口102接收到的信号的组合的功率，以获得第一信号部分。第四端口104可以被配置为分离从第一端口101和第二端口102接收到的信号的组合的功率，以获得第二信号部分。

四端口双工器装置300可以被配置为组合由第三端口103接收到的信号的功率和由第四端口104接收到的信号的功率，以将由第三端口103和第四端口104接收到的组合信号提供给第一端口101和第二端口102。

如在上面关于图2描述的，第一端口101可以包括第一滤波器111，该第一滤波器111被配置为使第一频带601内的信号通过并且阻断第二频带602内的信号。第二端口102可以包括第二滤波器112，该第二滤波器112被配置为使第二频带602内的信号通过并且阻断第一频带601内的信号。

四端口双工器装置300可以被成形为具有四个臂301、302、303、304的十字架201。第一端口101、第二端口102、第三端口103和第四端口104可以形成在四个臂的相应端部段311、312、313、314。第一端口101和第二端口102可以布置在十字架201的两个相对的端部段311、312。第三端口103和第四端口104可以布置在十字架201的其他两个相对的端部段313、314。

十字架201的在端部段313、314形成有第三端口103和第四端口104的臂303、304可以被对称地成形，以在第三端口103和第四端口104提供对称的功率分离和组合。对称性可以围绕在第三端口103与第四端口104之间形成的对称轴。对称性也可以围绕在第一端口101与第二端口102之间形成的对称轴。其他臂301、302可能由于第一滤波器111和第二滤波器112的使用而被不对称地形成。

十字架201的在端部段313、314形成有第三端口103和第四端口104的臂303、304包括匹配段321、322，在所述匹配段321、322，相应臂的横截面小于在该臂的其余段的横截面。

四端口双工器装置300可以一体地形成为单个单元，例如由同一金属块形成或者形成为单件波导材料。

四端口双工器装置300可以用E面空心波导技术或用H面空心波导技术或用于引导信号的任何其他技术实现，例如用带状线技术实现。

图4示出了图示根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的结构的示意图。四端口双工器装置300的结构与在上面关于图2描述的四端口双工器装置200相同。四端口双工器装置300实现具有一体式功率组合器/分离器410的波导双工器。左边部分示出了低通滤波器111，右边部分示出了高通滤波器112，而中间部分示出了一体式功率组合器/分离器410。

如上所述，四端口双工器装置300可以被成形为具有四个臂301、302、303、304的四臂十字架201。如可以在图4中看到的，第一端口101、第二端口102、第三端口103和第四端口104可以形成在四个臂的相应端部段311、312、313、314。第一端口101和第二端口102可以布置在十字架201的两个相对的端部段311、312。第三端口103和第四端口104可以布置在十字架201的其他两个相对的端部段313、314。

十字架201的在端部段313、314形成有第三端口103和第四端口104的臂303、304可以被对称地成形，以在第三端口103和第四端口104提供对称的功率分离和组合。其他臂301、302可能由于低通滤波器111和高通滤波器112的使用而被不对称地形成。

十字架201的在端部段313、314形成有第三端口103和第四端口104的臂303、304包括匹配段321、322，在所述匹配段321、322，相应臂的横截面小于在该臂的其余段的横截面。匹配段321、322可以用于适配由第三端口103和第四端口104发送的信号或从第三端口103和第四端口104接收到的信号。可以根据天线阵列的相应支路实现匹配。第三端口103和第四端口104表示装置300的两个中央端口。

如在上面关于图3描述的，四端口双工器装置300可以一体地形成为单个单元，例如由同一金属块形成或者形成为单件波导材料。

图6、图7和图8所示的S参数图表600、700、800演示了四端口双工器装置300具有双工器和功率组合器二者的相同性能。

图5示出了图示根据第二实现方式的示例性四端口双工器装置500的结构的示意图。四端口双工器装置500的结构与在上面关于图2描述的四端口双工器装置200相同。四端口双工器装置500实现具有一体式功率组合器/分离器的波导双工器。与在上面关于图3和图4描述的装置300相比，图5所示的四端口双工器装置500具有一体式功率组合器/分离器510的不对称结构。

如上所述，四端口双工器装置500可以被成形为具有四个臂301、302、303、304的四臂十字架201。

十字架201的在端部段313、314形成有第三端口103和第四端口104的臂303、304可以被不对称地成形，以在第三端口103和第四端口104提供不对称的功率分离和组合。

十字架201的在端部段313形成有第三端口103的臂303相较于十字架201的在端部段314形成有第四端口104的臂304具有较小的横截面，以便实现信号的第一信号部分与信号的第二信号部分之间的不同功率比。

图6示出了图示根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的S参数S11和S22的性能图600。

曲线图611示出了指示四端口双工器装置300的在第一端口101的回波损耗的S11参数。曲线图622示出了指示四端口双工器装置300的在第二端口102的回波损耗的S22参数。

曲线图611示出了四端口双工器装置300最佳地适于在此示例中为K频带(17.7GHz-20.2GHz)中的Rx的第一频带601。在此第一频带601中，可以实现第一端口101处的范围为约-30dB的回波损耗。

曲线图622示出了四端口双工器装置300也最佳地适于在此示例中为Ka频带(27.5GHz-30.0GHz)中的Tx的第二频带602。在此第二频带602中，可以实现第二端口102处的范围为-30dB以下的回波损耗。

图7示出了图示根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的S参数S31和S32的性能图700。

曲线图631示出了指示四端口双工器装置300的从第一端口101到第三端口103的传输的S31参数。曲线图632示出了指示四端口双工器装置300的从第二端口102到第三端口103的传输的S32参数。

曲线图631示出了四端口双工器装置300最佳地适于在此示例中为K频带(17.7GHz-20.2GHz)的第一频带601。在此第一频带601中，可以实现约-3dB的传输，而在此示例中为Ka频带(27.5GHz-30.0GHz)的第二频带602中，传输受到约-70dB及以下的抑制。

曲线图632示出了四端口双工器装置300也最佳地适于可以在其中实现约-3dB的传输的第二频带602，而在第一频带601中传输受到约-80dB及以下的抑制。

图8示出了图示根据第一实现方式的示例性四端口双工器装置300的S参数S21和S34的性能图800。

曲线图621示出了指示四端口双工器装置300的从第一端口101到第二端口102的传输即分别隔离的S21参数。曲线图634示出了指示四端口双工器装置300的从第四端口104到第三端口103的传输即分别隔离的S34参数。

第一端口101与第二端口102之间的隔离在两个相关频带601、602中都在约-70dB至-80dB。第三端口103和第四端口104是中央端口。这些端口之间的隔离是不相关的。然而，在此示例中第三端口103与第四端口104之间的隔离在两个相关频带601、602中几乎恒定在-6dB。

图9示出了图示根据本公开的机载卫星通信系统900的示意图。

机载卫星通信系统900包括天线阵列910，其两半或支路911、912连接到如在上面关于图2至图8描述的四端口双工器装置200。机载卫星通信系统900还包括多轴定位器914，该多轴定位器914被配置为将天线阵列910永久地对准到给定目标卫星902。处理器或控制器可以用于将天线阵列910对准到卫星902。可以通过从卫星接收信号来检测卫星902的位置。处理器可以基于所确定的卫星位置对准多轴定位器914。

多轴定位器203和天线阵列910可以安装在飞机901，例如在飞机901的前机翼或后机翼。

天线阵列910它本身被用作基于多轴定位器914(例如，方位角、仰角、倾斜)将天线910永久地对准到给定目标卫星902的动中通卫星通信系统900的一部分。

虽然可能已经针对若干实现方式中的仅一个实现方式公开了本公开的特定特征或方面，但是这种特征或方面可以与其他实现方式的一个或更多个其他特征或方面组合，如对任何给定或特定应用来说可能期望且有利的。此外，就在详细描述或权利要求中使用术语“包括”、“具有”、“带有”或它们的其他变体而言，此类术语旨在以类似于术语“包括”的方式为包括性的。同样，术语“示例性”、“例如”和“比如”仅仅意在作为示例，而不是最好的或最优的。可能已经使用了术语“耦合”和“连接”以及衍生词。应当理解，这些术语可能已经用于表明两个元件彼此合作或相互作用，而不管它们是否直接物理或电气接触，或者它们彼此不直接接触。

尽管已经在本文中说明和描述了特定方面，但是本领域的普通技术人员应理解，在不背离目前本公开的范围的情况下，各种替代和/或等效实现方式可以取代所示出和描述的特定方面。本申请旨在涵盖本文讨论的特定方面的任何适配或变化。

尽管所附权利要求中的要素是按对应标记以特定顺序叙述的，但是除非权利要求叙述另外暗示用于实现那些要素中的一些或全部的特定顺序，否则那些要素不一定旨在限于以该特定顺序实现。

鉴于上述教导，许多替代方案、修改和变化对本领域的技术人员而言将是清楚的。当然，本领域的技术人员容易地认识到，本发明存在超出本文描述的那些应用的许多应用。虽然已经参考一个或更多个特定实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员认识到，在不背离本发明的范围的情况下，可以对其做出许多改变。因此应当理解，在所附权利要求书及其等同形式的范围内，可以以除本文具体地描述的方式以外的方式实践本发明。

在本公开中使用了以下附图标记：

100 通过传输线与功率组合器组合的3端口双工器的结构

101 第一端口

102 第二端口

103 第三端口

104 第四端口

110 3端口双工器

111 第一滤波器，例如低通滤波器

112 第二滤波器，例如高通滤波器

113 额外的传输线

114 (外部)功率组合器/分离器

200 根据本公开的四端口双工器装置

201 十字架或十字架形设计

300 根据第一实现方式的四端口双工器装置

301 十字架的第一臂

302 十字架的第二臂

303 十字架的第三臂

304 十字架的第四臂

311 十字架的第一臂的端部段

312 十字架的第二臂的端部段

313 十字架的第三臂的端部段

314 十字架的第四臂的端部段

321 十字架的第三臂处的匹配段

322 十字架的第四臂处的匹配段

410 一体式功率组合器/分离器

500 根据第二实现方式的四端口双工器装置

510 一体式不对称功率组合器/分离器

600 图示S参数S11和S22的性能图

601 第一频带或K频带(17.7GHz-20.2GHz)

602 第二频带或Ka频带(27.5GHz-30.0GHz)

611 S11参数

622 S22参数

700 图示S参数S31和S32的性能图

631 S31参数

632 S32参数

800 图示S参数S21和S34的性能图

621 S21参数

634 S34参数

900 (动中通或机载)卫星通信系统

901 飞机

902 卫星或卫星网络

910 天线阵列

911 天线阵列的第一支路

912 天线阵列的第二支路

914 多轴定位器

Claims (15)

1.一种四端口双工器装置(200)，所述四端口双工器装置(200)包括：

第一端口(101)，所述第一端口(101)被配置为使第一频带(601)内的信号通过并且阻断第二频带(602)内的信号；

第二端口(102)，所述第二端口(102)被配置为使所述第二频带(602)内的信号通过并且阻断所述第一频带(601)内的信号；

第三端口(103)，所述第三端口(103)被配置为发送从所述第一端口(101)接收到的信号和从所述第二端口(102)接收到的信号的组合的第一信号部分；以及

第四端口(104)，所述第四端口(104)被配置为发送从所述第一端口(101)接收到的信号和从所述第二端口(102)接收到的信号的所述组合的第二信号部分。

2.根据权利要求1所述的四端口双工器装置(200)，

其中，所述第一端口(101)被配置为：使由所述第三端口(103)和所述第四端口(104)接收到的组合信号的第一频率分量通过，并且阻断由所述第三端口(103)和所述第四端口(104)接收到的所述组合信号的第二频率分量，其中，所述第一频率分量在所述第一频带(601)内，所述第二频率分量在所述第二频带(602)内；并且

其中，所述第二端口(102)被配置为：阻断由所述第三端口(103)和所述第四端口(104)接收到的所述组合信号的所述第一频率分量，并且使由所述第三端口(103)和所述第四端口(104)接收到的所述组合信号的所述第二频率分量通过。

3.根据权利要求1或2所述的四端口双工器装置(200)，

其中，所述第三端口(103)被配置为：分离从所述第一端口(101)和所述第二端口(102)接收到的信号的组合的功率，以获得所述第一信号部分；并且

其中，所述第四端口(104)被配置为：分离从所述第一端口(101)和所述第二端口(102)接收到的信号的组合的功率，以获得所述第二信号部分。

4.根据前述权利要求中的一项所述的四端口双工器装置(200)，

所述四端口双工器装置(200)被配置为将由所述第三端口(103)接收到的信号的功率和由所述第四端口(104)接收到的信号的功率组合，以将由所述第三端口(103)和所述第四端口(104)接收到的组合信号提供给所述第一端口(101)和所述第二端口(102)。

5.根据前述权利要求中的一项所述的四端口双工器装置(200)，

其中，所述第一端口(101)包括第一滤波器(111)，所述第一滤波器(111)被配置为使所述第一频带(601)内的信号通过并且阻断所述第二频带(602)内的信号；并且

其中，所述第二端口(102)包括第二滤波器(112)，所述第二滤波器(112)被配置为使所述第二频带(602)内的信号通过并且阻断所述第一频带(601)内的信号。

6.根据权利要求5所述的四端口双工器装置(200)，

其中，所述第一滤波器(111)包括低通滤波器或第一带通滤波器；并且

其中，所述第二滤波器(112)包括高通滤波器或第二带通滤波器。

7.根据前述权利要求中的一项所述的四端口双工器装置(200)，

其中，所述第一频带(601)内的所述信号是从卫星(902)接收到的信号；并且

其中，所述第二频带(602)内的所述信号是用于发送到所述卫星(902)的信号。

8.根据前述权利要求中的一项所述的四端口双工器装置(200、300、500)，

所述四端口双工器装置(200、300、500)被成形为具有四个臂(301、302、303、304)的十字架(201)，其中，所述第一端口(101)、所述第二端口(102)、所述第三端口(103)和所述第四端口(104)形成在所述四个臂的相应端部段(311、312、313、314)，

其中，所述第一端口(101)和所述第二端口(102)布置在所述十字架(201)的两个相对的端部段(311、312)；并且

其中，所述第三端口(103)和所述第四端口(104)布置在所述十字架(201)的其他两个相对的端部段(313、314)。

9.根据权利要求8所述的四端口双工器装置(200、300)，

其中，所述十字架(201)的在端部段(313、314)形成有所述第三端口(103)和所述第四端口(104)的所述臂(303、304)被对称地成形，以在所述第三端口(103)和所述第四端口(104)提供对称的功率分离和组合。

10.根据权利要求8所述的四端口双工器装置(200、500)，

其中，所述十字架(201)的在端部段(313、314)形成有所述第三端口(103)和所述第四端口(104)的所述臂(303、304)被不对称地成形，以在所述第三端口(103)和所述第四端口(104)提供不对称的功率分离和组合。

11.根据权利要求10所述的四端口双工器装置(200、500)，

其中，所述十字架(201)的在端部段(313)形成有所述第三端口(103)的臂(303)相较于所述十字架(201)的在端部段(314)形成有所述第四端口(104)的臂(304)具有较小的横截面，以便实现所述信号的所述第一信号部分与所述信号的所述第二信号部分之间的不同功率比。

12.根据权利要求8至11中的一项所述的四端口双工器装置(200、300、500)，

其中，所述十字架(201)的在端部段(313、314)形成有所述第三端口(103)和所述第四端口(104)的所述臂(303、304)包括匹配段(321、322)，相应臂在所述匹配段(321、322)的横截面小于在该臂的其余段的横截面。

13.根据前述权利要求中的一项所述的四端口双工器装置(200、300、500)，

所述四端口双工器装置(200、300、500)一体地形成为单个单元。

14.根据前述权利要求中的一项所述的四端口双工器装置(200、300、500)，

所述四端口双工器装置(200、300、500)用E面空心波导技术或用H面空心波导技术实现。

15.一种机载卫星通信系统(900)，所述机载卫星通信系统(900)包括：

根据前述权利要求中的任一项所述的四端口双工器装置(200)；

天线阵列(910)，所述天线阵列(910)包括与所述四端口双工器装置(200)的所述第三端口(103)耦合的天线元件的第一支路(911)和与所述四端口双工器装置(200)的所述第四端口(104)耦合的天线元件的第二支路(912)；以及

多轴定位器(914)，所述多轴定位器(914)被配置为将所述天线阵列(910)永久地对准到给定目标卫星(902)。