具有內(nèi)部信號(hào)調(diào)整的功率分割和重組網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及發(fā)明人PaulJ.Tatomir和JamesM.Barker于2014年6月24日同一 天提交的題為"增強(qiáng)的混合T形禪合器"的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)14/313,400。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體上設(shè)及衛(wèi)星通信系統(tǒng)，更具體地，總體上設(shè)及衛(wèi)星通信系統(tǒng)中所使用 的混合矩陣網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0004] 在當(dāng)今現(xiàn)代化社會(huì)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)變得很普遍?，F(xiàn)在，在繞地球的各個(gè)軌道 上存在多種類型的通信衛(wèi)星W發(fā)出和接收大量信息。例如，遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星用于微波無(wú)線電 中繼和移動(dòng)應(yīng)用，諸如，例如與船只、車輛、飛機(jī)、個(gè)人移動(dòng)終端的通信、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信、電 視、W及無(wú)線電廣播等。又例如，關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，也存在對(duì)洲際和國(guó)內(nèi)航班飛行中 Wi-Fi飯互聯(lián)網(wǎng)連接的逐漸增長(zhǎng)的需求。不幸的是，由于運(yùn)些應(yīng)用，一度存在對(duì)使用更多的 通信衛(wèi)星和增加運(yùn)些通信衛(wèi)星的各個(gè)帶寬容量的逐漸增長(zhǎng)的需求。此外，典型的衛(wèi)星波束 服務(wù)區(qū)域和應(yīng)用水平在衛(wèi)星上是固定的，并且一旦采購(gòu)衛(wèi)星并且將其放置在軌道上，則供 應(yīng)商通常不能對(duì)其做出改變。
[0005] 增加帶寬容量的已知方法利用了高水平頻率復(fù)用和/或點(diǎn)波束技術(shù)，其能夠支持 跨多個(gè)窄聚集點(diǎn)波束進(jìn)行頻率復(fù)用。然而，運(yùn)些解決方法通常利用輸入和輸出混合矩陣網(wǎng) 絡(luò)，運(yùn)一般需要在混合矩陣網(wǎng)絡(luò)中具有非常寬的帶寬混合元件。此外，運(yùn)還通常包括對(duì)運(yùn)些 混合矩陣網(wǎng)絡(luò)中的更大功率放大和處理的需求。不幸的是，已知混合元件通常致使跨接混 合矩陣網(wǎng)絡(luò)的端口產(chǎn)生可變、不受約束的相位分裂，從而需要經(jīng)過(guò)特殊處理W在與混合矩 陣網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的矩陣放大器中進(jìn)行正確地調(diào)整相位。具體地，諸如混合禪合器等的已知混 合元件通常是不能W非常寬的帶寬運(yùn)行的有限帶寬器件。
[0006] 具體地，在圖1中，示出了已知混合禪合器100的俯視立體圖。本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，混合禪合器100通常被稱之為"魔T"禪合器（也被稱為"混合T接頭"、"混 合T形禪合器"、或者"魔T形禪合器"）?；旌隙U合器100包括限定第一端口 104的第一波 導(dǎo)102、限定第二端口 108的第二波導(dǎo)106、限定第S端口 112的第S波導(dǎo)110、W及限定第 四端口 116的第四波導(dǎo)114。通常，第一波導(dǎo)102與第二波導(dǎo)106共線，并且第一波導(dǎo)102、 第二波導(dǎo)106、第=波導(dǎo)110、W及第四波導(dǎo)114在單個(gè)公共接頭118處匯合。混合禪合器 100是電（"E")與磁（"H") "T形"的組合，其中，第S波導(dǎo)110與第一波導(dǎo)102和第二波 導(dǎo)106形成E平面接合，并且第四波導(dǎo)114與第一波導(dǎo)102和第二波導(dǎo)106形成H平面接 合（junction，）。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，第一波導(dǎo)102與第二波導(dǎo)106被稱為混合禪合器100的"側(cè)" 臂或者"共線"臂。第S端口 112還被稱為H平面端口（即，求和端口（也被示出為X-端 口））或者平行端口，并且第四端口 116還被稱為E平面端口（即，差分端口（也被示出為 A-端口））或者串行端口。
[0007] 由于在各個(gè)端口 104、108、112、W及116之間分割功率的方式，所W混合禪合器 100被稱為"魔T形"。如果分別同時(shí)匹配E平面端口 112和H平面端口 116,則通過(guò)能量的 對(duì)稱、互易性、W及守恒，兩個(gè)共線端口（104和108)匹配并且彼此"魔法般地"隔離。
[000引在操作實(shí)施例中，進(jìn)入第一端口 104的輸入信號(hào)120分別在第S端口 112 (即，E平面端口）和第四端口 116(即，H平面端口）處產(chǎn)生輸出信號(hào)122和輸出信號(hào)124。同樣， 進(jìn)入第二端口 108的輸入信號(hào)126也分別在第=端口 112和第四端口 116處產(chǎn)生輸出信號(hào) 122和124,（但不同于輸出信號(hào)124)，其中，對(duì)應(yīng)于第二端口 108處的輸入信號(hào)126產(chǎn)生的 輸出信號(hào)122的極性相對(duì)于對(duì)應(yīng)于第一端口 104處的輸入信號(hào)120產(chǎn)生的輸出信號(hào)124的 極性為相反相位（即，180度異相位）。因此，如果分別將輸入信號(hào)120和126饋送至第一 端口 104和第二端口 108,則第四端口 116處的輸出信號(hào)124是對(duì)應(yīng)于第一端口 104的輸入 信號(hào)120和第二端口 108的輸入信號(hào)126的兩個(gè)獨(dú)立輸出信號(hào)的組合（即，總和），并且第 S端口 112處的輸出信號(hào)122是等于對(duì)應(yīng)于第一端口 104的輸入信號(hào)120與第二端口 108 的輸入信號(hào)126的兩個(gè)獨(dú)立輸出信號(hào)之差的組合信號(hào)。
[0009] 進(jìn)入第=端口 112的輸入信號(hào)128分別在第一端口 104和第二端口 108處產(chǎn)生輸 出信號(hào)130和132,其中，輸出信號(hào)130和132是相反的相位（即，彼此為180度的異相位）。 同樣，進(jìn)入第四端口 116的輸入信號(hào)134也分別在第一端口 104和第二端口 108處產(chǎn)生輸 出信號(hào)130和132 ;然而，輸出信號(hào)130和132為同相。產(chǎn)生的理想魔T形的完整散射矩陣 (其中，所有的單獨(dú)反射系數(shù)均被調(diào)整為零）則為：
[0011] 不幸的是，假定的該混合禪合器100是現(xiàn)實(shí)中并不存在的理想魔T形。為了正確運(yùn) 行，混合禪合器100必須整合某種類型的內(nèi)部匹配結(jié)構(gòu)（未示出），諸如H平面T形（即，第 四端口 116)內(nèi)的接線柱（未示出）和E平面（即，第S端口 112)內(nèi)可能的電感膜片（未 示出）。由于混合禪合器100內(nèi)需要在性質(zhì)上為頻率相關(guān)的某種類型的內(nèi)部匹配結(jié)構(gòu)，所W 產(chǎn)生的具有內(nèi)部匹配結(jié)構(gòu)的混合禪合器100僅在有限的頻率帶寬（即，窄帶寬上）內(nèi)正確 地運(yùn)行。
[0012] 因此，存在對(duì)解決運(yùn)些問(wèn)題的改善混合矩陣網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)混合元件的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 描述了一種具有內(nèi)部信號(hào)調(diào)整的功率分割和重組網(wǎng)絡(luò)（"PDRN")。作為實(shí)現(xiàn)PDRN 的實(shí)施例，PDRN可包括用于將具有第一幅度值的輸入功率信號(hào)分成八個(gè)中間功率信號(hào)的裝 置，其中，每個(gè)中間功率信號(hào)均具有近似等于第一幅度值的八分之一的中間幅度值。
[0014] 在實(shí)現(xiàn)PDRN的另一實(shí)施例中，PDRN可包括8乘8混合矩陣波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)（"8x8MWN")。 8x8MWN可包括第一 4乘4矩陣波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)（"4x4MWN")、第二4x4MWN、W及自第一 4x4MWN和 第二4x4MWN的多個(gè)波導(dǎo)行進(jìn)。每個(gè)4x4MWN均可包括第一、第二、第=、W及第四增強(qiáng)混合T 形禪合器（"EHT-禪合器")，其中，第一EHT-禪合器分別經(jīng)由4X4MWN的第一信號(hào)路徑和第 二信號(hào)路徑與第SEHT-禪合器和第四EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信，并且其中，第二EHT-禪 合器分別經(jīng)由4x4MWN的第S信號(hào)路徑和第四信號(hào)路徑與第SEHT-禪合器和第四EHT-禪 合器進(jìn)行信號(hào)通信。
[0015] 該多個(gè)波導(dǎo)行進(jìn)限定從第一 4x4MWN和第二4x4MWN至第九EHT-禪合器、第十 EHT-禪合器、第^^一EHT-禪合器、W及第十二EHT-禪合器的多個(gè)信號(hào)路徑。第九EHT-禪 合器經(jīng)由該多個(gè)信號(hào)路徑中的第一信號(hào)路徑和第二信號(hào)路徑與第一 4X4MWN的第四EHT禪 合器和第二4X4MWN的第SEHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信，并且第十EHT-禪合器經(jīng)由該多個(gè)信 號(hào)路徑中的第S信號(hào)路徑和第四信號(hào)路徑與第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN 的第四EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信。此外，第十一EHT-禪合器經(jīng)由該多個(gè)信號(hào)路徑中的第五 信號(hào)路徑和第六信號(hào)路徑與第一 4x4MWN的第四EHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪 合器進(jìn)行信號(hào)通信，并且第十二EHT-禪合器經(jīng)由該多個(gè)信號(hào)路徑中的第屯信號(hào)路徑和第 八信號(hào)路徑與第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第四EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào) 通信。
[0016] 在實(shí)現(xiàn)PDRN的又一實(shí)施例中，PDRN可包括用于將具有第一幅度值的輸入功率信 號(hào)分成八個(gè)中間功率信號(hào)的裝置，其中，每個(gè)中間功率信號(hào)均具有等于第一幅度值的約八 分之一的中間幅度值。PDRN還可包括用于處理中間功率信號(hào)的裝置和用于將中間功率信號(hào) 組合成單個(gè)輸出功率信號(hào)的裝置。
[0017] 而且，在實(shí)現(xiàn)PDRN的另一實(shí)施例中，PDRN還可包括兩個(gè)8x8MWN和與兩個(gè)8x8MWN 進(jìn)行信號(hào)通信的多個(gè)設(shè)備。第一 8x8MWN可包括第一 4x4MWN和第二4x4MWN、W及從第一 4x4MWN和第二4x4MWN至第九EHT-禪合器、第十EHT-禪合器、第^^一EHT-禪合器、W及第 十二EHT-禪合器的多個(gè)波導(dǎo)行程（run)。第九EHT-禪合器經(jīng)由第一信號(hào)路徑和第二信號(hào) 路徑與第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信，并 且第十EHT-禪合器經(jīng)由第S信號(hào)路徑和第四信號(hào)路徑與第一 4X4MWN的第四EHT-禪合器 和第二4X4MWN的第四EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信。此外，第十一EHT-禪合器經(jīng)由第五信號(hào) 路徑和第六信號(hào)路徑與第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器 進(jìn)行信號(hào)通信，并且第十二EHT-禪合器經(jīng)由第屯信號(hào)路徑和第八信號(hào)路徑與第一 4X4MWN 的第四EHT-禪合器和第二4x4MWN的第四EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信。與兩個(gè)8X8MWN進(jìn)行 信號(hào)通信的多個(gè)設(shè)備可包括直通式波導(dǎo)、移相器、固態(tài)放大器、W及行波管（"TWTA")放大 器。
[001引當(dāng)瀏覽下列圖和細(xì)節(jié)描述時(shí)，本發(fā)明的其他設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、方法、特征、W及優(yōu) 點(diǎn)將是或者將變得對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。旨在使所有運(yùn)樣的額外系統(tǒng)、方法、特征、 W及優(yōu)點(diǎn)被包括在該描述中、落在本發(fā)明范圍內(nèi)、受所附權(quán)利要求保護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 通過(guò)參考下列圖，將更好地理解本發(fā)明。圖中的部件無(wú)需按比例繪制，而是重點(diǎn)在 于說(shuō)明本發(fā)明的原理。在圖中，貫穿不同示圖，類似參考標(biāo)號(hào)指定相應(yīng)部分。
[0020] 圖1是已知混合禪合器的俯視立體圖。
[002。 圖2A是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)混合T形禪合器（"EHT-禪合器"）的實(shí)施例的俯 視立體圖。
[002引圖2B是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著圖2A中所示平面A-A'截取的第一、第二第立、 第四、W及第五阻抗匹配元件的后視圖。
[0023] 圖2C是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著圖2A中所示平面B-B'截取的第一、第二、第=、 第四、第六、W及第八阻抗匹配元件的側(cè)視圖。
[0024] 圖2D是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著圖2A中所示的平面B-B'截取的第一、第立、第 五、第六、W及第屯阻抗匹配元件的側(cè)視圖。
[00巧]圖沈是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著平面C-C'截取的第一、第屯、W及第八阻抗匹配 元件的俯視圖。
[0026] 圖2F是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著平面C-C'截取的第二、第S、第四、第五、第六、 第屯、W及第八阻抗匹配元件的仰視圖。
[0027] 圖3A是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的圖2A至圖沈中所示的第一阻抗匹配元件的實(shí)施例的 側(cè)視圖。
[002引圖3B是根據(jù)本發(fā)明的圖3A中所示的第一阻抗匹配元件的俯視圖。
[0029] 圖4A是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的具有四個(gè)EHT-禪合器的4乘4矩陣波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò) ("4x4MWN")的實(shí)施例的俯視圖。
[0030] 圖4B是根據(jù)本發(fā)明的圖4A中所示的4x4MWN的正視圖。
[0031] 圖4C是根據(jù)本發(fā)明的圖4A和圖4B中所示的4x4MWN的側(cè)視圖。
[0032] 圖4D是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的圖4A中所示的4x4MWN的第一橋接的實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0033] 圖4E是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的圖4A中所示的4x4MWM的第二橋接的實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0034] 圖4F是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的（圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、W及圖4E中所示的）4x4MWM 的第一橋接和第二橋接的實(shí)施例的立體俯視圖。
[003引圖5是根據(jù)本發(fā)明的圖4A至圖4D所示的4x4MWN的俯視圖，示出了第一輸入信號(hào) 進(jìn)入第一輸入端口、經(jīng)過(guò)4x4MWN、并且流出第一輸出端口和第二輸出端口的信號(hào)流。
[0036] 圖6A至圖抓是根據(jù)本發(fā)明的表示圖5中所示的4x4MWN的電路的電路圖。
[0037] 圖7A是根據(jù)本發(fā)明的圖5中所示的分別經(jīng)由第一信號(hào)路徑和第二信號(hào)路徑與第 五WHT-禪合器和第六EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信的4x4MWN的俯視圖。
[0038] 圖7B是根據(jù)本發(fā)明的圖7A中所示的4x4MWN的俯視圖。
[0039] 圖8A是根據(jù)本發(fā)明的圖7中所示的分別經(jīng)由第S信號(hào)路徑和第四信號(hào)路徑與第 屯EHT-禪合器和第八EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信的4X4MWN的俯視圖。
[0040] 圖8B是根據(jù)本發(fā)明的圖8A中所示的分別經(jīng)由第S信號(hào)路徑和第四信號(hào)路徑與第 屯EHT-禪合器和第八EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信的4X4MWN的側(cè)視圖。
[0041] 圖9A是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的具有內(nèi)部信號(hào)調(diào)整的功率分割和重組網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例的 俯視圖，內(nèi)部信號(hào)調(diào)整采用8乘8混合矩陣波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)（"8X8MWN")(采用圖8A和圖8B中所 示的 4x4MWN)。
[004引圖9B是圖9A中所示的8x8MWN的側(cè)視圖。
[0043] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的圖9A和圖9B中所示的PDRN的等效電路的電路圖。
[0044] 圖11是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的PDRN的實(shí)施例的框圖。
[004引 圖12是實(shí)現(xiàn)采用根據(jù)本發(fā)明所示的第一 8x8MWN和第二8x8MWN的PDRN的實(shí)施例 的俯視立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 描述了一種具有內(nèi)部信號(hào)調(diào)整的功率分割和重組網(wǎng)絡(luò)（"PDRN")。作為實(shí)現(xiàn)PDRN 的實(shí)施例，PDRN可包括用于將具有第一幅度值的輸入功率信號(hào)分成八個(gè)中間功率信號(hào)的裝 置，其中，每個(gè)中間功率信號(hào)均具有等于第一幅度值的約八分之一的中間幅度值。
[0047] 在實(shí)現(xiàn)PDRN的另一實(shí)施例中，PDRN可包括8乘8混合矩陣波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)（"8x8MWN")。 8x8MWN可包括第一 4乘4矩陣波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)（"4x4MWN")、第二4x4MWN、W及始于第一 4x4MWN 和第二4x4MWN的多個(gè)波導(dǎo)行程。每個(gè)4x4MWN均可包括第一、第二、第=、W及第四增強(qiáng)混 合T形禪合器（"EHT-禪合器"），其中，第一EHT-禪合器分別經(jīng)由4X4MWN的第一信號(hào)路 徑和第二信號(hào)路徑與第=EHT-禪合器和第四EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信，并且其中，第二 EHT-禪合器分別經(jīng)由4x4MWN的第S信號(hào)路徑和第四信號(hào)路徑與第SEHT-禪合器和第四 EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信。
[004引該多個(gè)波導(dǎo)行程限定從第一 4x4MWN和第二4x4MWN至第九EHT-禪合器、第十EHT-禪合器、第^^一EHT-禪合器、W及第十二EHT-禪合器的多個(gè)信號(hào)路徑。第九EHT-禪 合器經(jīng)由該多個(gè)信號(hào)路徑中的第一信號(hào)路徑和第二信號(hào)路徑與第一 4X4MWN的第四EHT-禪 合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信，并且第十EHT-禪合器經(jīng)由該多個(gè)信 號(hào)路徑中的第S信號(hào)路徑和第四信號(hào)路徑與第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN 的第四EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信。此外，第十一EHT-禪合器經(jīng)由該多個(gè)信號(hào)路徑中的第五 信號(hào)路徑和第六信號(hào)路徑與第一 4x4MWN的第四EHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪 合器進(jìn)行信號(hào)通信，并且第十二EHT-禪合器經(jīng)由該多個(gè)信號(hào)路徑中的第屯信號(hào)路徑和第 八信號(hào)路徑與第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第四EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào) 通信。
[0049] 在實(shí)現(xiàn)PDRN的又一實(shí)施例中，PDRN可包括用于將具有第一幅度值的輸入功率信 號(hào)分成八個(gè)中間功率信號(hào)的裝置，其中，每個(gè)中間功率信號(hào)均具有等于第一幅度值的約八 分之一的中間幅度值。PDRN還可包括用于處理中間功率信號(hào)的裝置和用于將中間功率信號(hào) 組合成單個(gè)輸出功率信號(hào)的裝置。
[0050] 而且，在實(shí)現(xiàn)PDRN的另一實(shí)施例中，PDRN還可包括兩個(gè)8x8MWN和與兩個(gè)8x8MWN 進(jìn)行信號(hào)通信的多個(gè)設(shè)備。第一 8x8MWN可包括第一 4x4MWN和第二4x4MWN、W及從第一 4x4MWN和第二4x4MWN至第九EHT-禪合器、第十EHT-禪合器、第^^一EHT-禪合器、W及第 十二EHT-禪合器的多個(gè)波導(dǎo)行程。第九EHT-禪合器經(jīng)由第一信號(hào)路徑和第二信號(hào)路徑與 第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信，并且第 十EHT-禪合器經(jīng)由第S信號(hào)路徑和第四信號(hào)路徑與第一 4x4MWN的第四EHT-禪合器和第 二4X4MWN的第四EHT-禪合器進(jìn)行信號(hào)通信。此外，第十一EHT-禪合器經(jīng)由第五信號(hào)路徑 和第六信號(hào)路徑與第一 4x4MWN的第SEHT-禪合器和第二4x4MWN的第SEHT-禪合器進(jìn)行 信號(hào)通信，