波導型去鏡像濾波器以及使用該濾波器的單邊帶接收器、分頻器和邊帶分離接收器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明關于波導型去鏡像濾波器以及使用該濾波器的單邊帶接收器、分頻器和邊 帶分離接收器。
【背景技術】
[0002] 外差式接收系統(tǒng)是已知的，其從天文對象和大氣小分子接收頻譜。例如，最近的研 究結果正確定包括氣體和灰塵的稀薄星際物質產生恒星；且稀薄星際物質發(fā)射在毫米或亞 毫米的振蕩頻率帶內的電磁波，該振蕩頻率由與該星際物質的分子的旋轉運動相關聯的每 一個分子種類來確定。這些電磁波被觀察已知得到關于恒星產生和演變的研究結果。已知 用于觀察電磁波的設備是無線電望遠鏡。例如為了通過使用超導體絕緣體超導體（SIS)來 觀察臭氧頻譜發(fā)射，已經知道了用于在大氣層中測量臭氧的系統(tǒng)。
[0003] 天文對象的電磁波和大氣分子是極難察覺到的且需要被放大。但是，不容易放大 電磁波，因為來自接收器的噪聲達到了用于信號處理的相當的水平。此外，放大設備很難得 至IJ，其可以直接放大在稱為毫米和亞毫米帶的頻帶的波。因此，在頻率上稍微與電磁波信號 (射頻信號或RF信號）不同的局部振蕩器信號（L0信號）被生成；以及電磁波信號和局部 振蕩器信號被混在一起以得到這些頻率的差。這使得高頻帶內的信號被轉換成在低頻帶內 的容易處理的中間頻率信號（IF信號）。這是稱為上述的外差式接收系統(tǒng)，且用于該系統(tǒng)的 頻率轉換器稱為混合器。
[0004] 使用該混合器的外差式接收系統(tǒng)輸出兩個頻帶（高頻波和低頻波），其中L0信號 的頻率（fj被配置為是IF信號的中心。該IF帶稱為邊帶；且特別的在高頻波側的邊帶 稱為上邊帶（USB)，而在低頻波側的邊帶稱為下邊帶（LSB)(見圖16)。兩個IF帶從混合器 中得到，頻率正好相同。這稱為雙邊帶（DSB)模式。為了獨立觀察波，IF帶被分成USB和 LSB。這稱為單邊帶（SSB)模式。該觀察是通過使用USB信號和LSB信號之一來執(zhí)行的，例 如僅USB信號被使用。在這種情況中，通過使用濾波器來消除LSB帶。經過濾波器的信號 被放大并被觀察。應當被觀察的帶（例如USB)稱為信號帶，而應當被消除的帶（例如LSB) 被稱為鏡像帶（imageband) 〇
[0005] 為了有效觀測來自天文對象和大氣分子的頻譜，必須有效消除來自應當被觀測的 信號的鏡像帶的噪聲和干擾。由于天文對象的頻譜強度根據接收器的邊帶比（信號帶與鏡 像帶之間的敏感度比）而變化，單邊帶接收器很明顯能精確測量頻譜。一般已知的單邊帶 接收器是使用利用光學元件的Martin-Puplett型頻率濾波器的準光學接收器。
[0006] 同樣已知的單邊帶接收器是使用帶阻濾波器消除來自外差式接收器的鏡像帶的 接收器（例如見專利文獻1和非專利文獻1)。這種用于消除鏡像帶的帶阻濾波器也稱 為去鏡像濾波器。專利文獻1公開了用于通過平衡雙超導體混合器分離雙邊帶的系統(tǒng) (2-backshort)。去鏡像濾波器是用于消除不必要的信號或抑制電磁干擾的基本組件之一。 已經開發(fā)了使用波導的一些組鏡像濾波器。該波導是在毫米和亞毫米帶中使用的傳輸線之 o
[0007] 圖17示出了指出非專利文獻1中公開的傳統(tǒng)波導型去鏡像濾波器的結構示例的 說明圖。圖17(a)示出了主要部分的立體圖，以及圖17(b)示出了主部分的度量示例。該 度量以毫米（_)單位指示的。如圖17中所示，傳統(tǒng)波導型去鏡像濾波器100包括主軌跡 101，其寬寬度表面具有置于其上的多個共振器103,其間隔大約四分之三個管間波長，共振 器用作具有一個半管間波長的長度的波導。主軌跡101通過虹膜105連接到每個共振器 103。主軌跡101是寬度為2. 54mm且虹膜105的開口寬度是1. 10mm，方向朝向圖17(b)示 出的主軌跡的背面。
[0008] 圖18指出了構成圖17的去鏡像濾波器的兩個波導塊之一的外形。在該圖中，附圖 標記101、103和105分別指與圖17(b)的軌跡101、共振器103和虹膜105差不多的組件。 圖19是示出使用圖17的去鏡像的臭氧測量系統(tǒng)的結構示例的框圖（見非專利文獻1)。該 臭氧測量系統(tǒng)通過在喇叭天線與SIS混合器之間設置圖17的去鏡像濾波器來增加鏡像信 號消除比。
[0009] 現有技術文獻
[0010] 專利文獻
[0011] 專利文獻1 :日本未審查專利申請公開號2004-343654
[0012] 非專利文獻
[0013] 非專利文南犬 1 :Asamaya，Shin'ichiro、HideoOgawa、YoshinoriYonekura,Kazuji Suzuki、AkiraMizuno,HiroyukiIwashita和TakashiNoguchi."WaveguideBand-Stop FilterasanImageRejectionFilterforMeasurementofStratospheric Ozone.''InternationalJournalofInfraredandMillimeterWaves,vol. 24. 11 期? 2003 年 11 月：1833-1839.

【發(fā)明內容】

[0014] 本發(fā)明要解決的問題
[0015]圖17中示出的具有完整結構的波導塊需要在微米級的切割精度以適用于毫米和 亞毫米帶。但是不容易滿足該切割精度要求。更具體地，滿足該切割精度要求遇到問題例 如額外切割和組裝。因此，期望波導型去鏡像濾波器適用于大批量制造。
[0016] 圖17中示出的傳統(tǒng)波導型去鏡像濾波器反射阻帶內的無線電波，且這導致由于 反射波和該系統(tǒng)中的干擾導致的駐波。在特別是毫米或亞毫米遠程感測期間，該系統(tǒng)中的 駐波損壞得到的數據；因此，不必要的頻率分量需要在無線電波吸收器處被終止，導致該去 鏡像濾波器的結構更復雜。
[0017] 在上述環(huán)境中設計了本發(fā)明且本發(fā)明用于提供波導型去鏡像濾波器，其適用于大 批量制造并抑制阻帶內的反射波導致的特性降級。本發(fā)明還提供使用上述的去鏡像濾波器 的單邊帶接收器、分頻器和邊帶分離接收器。
[0018] 解決該問題的方式
[0019] (1)本發(fā)明提供去鏡像濾波器，包括波導型90度混合耦合器，其具有用于接收毫 米或亞毫米帶內的輸入信號的輸入端口、用于將該輸入信號一分為二并分別輸出該分開的 信號的第一和第二輸出端口，其中該一個信號偏離另一個信號90度相位，以及用于輸出該 信號的分路端口； 一對帶通濾波器：波導型第一帶通濾波器，其一端與該第一輸出端口連 接，以及波導型第二帶通濾波器，其一端與第二輸出端口連接；以及一對無線電波吸收終 端：連接到第一帶通濾波器的另一端的第一無線電波吸收終端和連接到第二帶通濾波器的 另一端的第二無線電波吸收終端。
[0020] 本發(fā)明提供單邊帶接收器，包括去鏡像濾波器；用于輸出外差式接收的局部振蕩 器信號的局部振蕩器；具有兩個輸入端口和一個輸出端口的親合器，其中一個輸入端口被 連接到去鏡像濾波器且另一個輸入端口連接到局部振蕩器，其中該耦合器將已經通過該去 鏡像濾波器的輸入信號耦合到局部振蕩器信號并從輸出端口輸出這些信號；以及連接到輸 出端口的混合器，其中該混合器混合已經通過去鏡像濾波器的輸入信號和局部振蕩器信號 并輸出中間頻率信號，以及其中去鏡像濾波器被配置成外差式接收策略以攔截該外差式接 收中涉及的USB帶和LSB帶中的一者。
[0021] (3)本發(fā)明提供波導型分頻器，包括波導型前混合耦合器，具有用于接收輸入信號 的前輸入端口，和用于分別輸出分開的輸入信號的前第一和前第二輸出端口，其中一個信 號偏離另一個信號90度相位，以及用于輸出該信號的前分路端口；一對帶通濾波器：波導 型第一帶通濾波器，其一端與前第一輸出端口連接，以及波導型第二帶通濾波器，其一端與 前第二輸出端口連接；波導型后混合耦合器，具有后輸入端口、后第一和后第二輸出端口以 及后分路端口，其中該后輸入端口與第一帶通濾波器的另一端連接以及后分路端口與第二 帶通濾波器的另一端連接；以及連接到后第一輸出端口的無線電波吸收終端。
[0022] (4)本發(fā)明提供使用分別用于USB和LSB的上述兩個分頻器的邊帶分離接收器，其 中前分頻器的前分路端口連接到后分頻器的前輸入端口，邊帶分離接收器，包括兩個分頻 器：前分頻器，其允許USB通過一對帶通濾波器，和后分頻器，其允許LSB通過一對帶通濾波 器；局部振蕩器，用于輸出用于外差式接收的局部振蕩器信號；USB混合器，其一個輸入被 連接到USB分頻器的后第二輸出端口；USB去鏡像濾波器，其一端連接到USB混合器的另一 輸入，并被配置用于攔截USB帶的背短（backshort);設置在USB去鏡像濾波器的另一側的 USB耦合器，用于發(fā)送局部振蕩器信號到USB混合器；LSB混合器，其一個輸入被連接到LSB 分頻器的后第二輸出端口；LSB去鏡像濾波器，其一端被連接到LSB混合器的另一輸入并被 配置用于攔截LSB帶的背短；以及設置在LSB去鏡像濾波器的另一側的LSB耦合器，用于發(fā) 送局部振蕩器信號給LSB混合器。
[0023] 本發(fā)明的效果
[0024] 本發(fā)明的去鏡像濾波器（1)包括90度混合耦合器、一對帶通濾波器以及一對無線 電波吸收終端；因此該濾波器容易被處理并適合大批量制造。此外，由于去鏡像濾波器的一 對無線電吸收終端吸收應當被攔截的頻帶內的反射波，因此去鏡像濾波器可以抑制不想要 的帶的反射導致的特性降級。
[0025] 單邊帶接收器（2)包括去鏡像濾波器、用于耦合已經通過去鏡像濾波器的輸入信 號和局部振蕩器信號的耦合器、以及混合器；因此該接收器容易被處理并可以通過抑制反 射得到大邊帶比（去鏡像比）。此外，由于該接收器使用無源波導電路；因此該接收器可以 最小化非周期變化并可以即使在長期使用后也可以穩(wěn)定保持邊帶比。
[0026] 分頻器（3)包括前和后混合耦合器、一對帶通濾波器以及無線電波吸收終端；因 此該分頻器容易被處理并可以被配置為無源波導電路，結果是該分頻器可以長期穩(wěn)定保持 其特性。
[0027] 邊帶分離接收器（4)包括USB和LSB分頻器、一對混合器、一對去鏡像濾波器和一 對耦合器；因此該接收器容易被處理并可以通過抑制反射而實現大邊帶比。
[0028] 本發(fā)明將進一步詳細描述。
[0029] 在本發(fā)明中，可以由波導電路來實現90度混合耦合器；帶通濾波器；以及無線電 波吸收終端。波導電路是無源電路并可以帶來優(yōu)點，例如最小化非周期變化并提供穩(wěn)定特 性。此外，這些波導電路可以與其他波導電路相比相對簡單實現其結構；因此這些電路容易 被切割并適用于大批量制造。這同樣適用于耦合器和混合器。
【附圖說明】
[0030][圖1]圖1是示出本發(fā)明的去鏡像濾波器的結構組件以及這些組件如何連接的框 圖；
[0031][圖2]圖2是示出本發(fā)明的去鏡像濾波器的頻率特性的示意圖；
[0032][圖3]圖3示出了本發(fā)明的去鏡像濾波器的示意性詳細結構的外部立體圖；
[0033][圖4]圖4是示出圖3的去鏡像濾波器中的90度混合耦合器的頻率特性的圖；
[0034][圖5]圖5是示出圖3的去鏡像濾波器中的BPF的頻率特性的圖；
[0035] [圖6]圖6是示出圖3的去鏡像濾波器的頻率特性的圖；
[0036][圖7]圖7是示出本發(fā)明的實施方式的單邊帶接收器的結構的框圖；
[0037][圖8]圖8提供在圖7的單邊帶接收器的每個部分的信號的示例頻率特性的圖；
[0038] [圖9]圖9示出了圖7的單邊帶接收器的立體外部視圖；
[0039] [圖10]圖10是示出了本發(fā)明的實施方式的波導型分頻器的基礎結構的框圖；
[0040] [圖11]圖11提供了示出圖10的基礎塊的頻率特性的圖；
[0041][圖12]圖12是示出本發(fā)明的實施方式的波導型分頻器的結構的