增強混合t形耦合器的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請涉及于2014年6月24日由發(fā)明人PaulJ.Tatomir和JamesΜ.Barker在 同一天提交的題為"PowerDivisionAndRecombinationNetworkWithInternalSignal Adjustment"的美國專利申請序列號14/313, 301，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體上涉及衛(wèi)星通信系統(tǒng)，并且更具體地通常涉及在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用 的混合T形耦合器。
【背景技術(shù)】
[0004] 在當今的現(xiàn)代社會中，衛(wèi)星通信系統(tǒng)已變得越來越普遍。如今在圍繞地球的各個 軌道中有許多類型的通信衛(wèi)星用以發(fā)送和接收大量的信息。遠程通信衛(wèi)星被用于微波無線 電中繼和移動應(yīng)用，如，例如，與船只、車輛、飛機、個人移動終端的通信；因特網(wǎng)數(shù)據(jù)通信； 電視；和無線電廣播。作為另一實例，對于因特網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，還存在對洲際和國內(nèi)航班上的 飛行中的 1Wi-Fi?因特網(wǎng)連接性的日益增長的需求。令人遺憾地，由于這些應(yīng)用，不斷地需 要利用更多的通信衛(wèi)星和增加這些通信衛(wèi)星中的每個的帶寬能力。此外，典型的衛(wèi)星波束 服務(wù)區(qū)域和應(yīng)用水平固定在衛(wèi)星上，并且供應(yīng)商一旦購得衛(wèi)星并將其放入軌道中之后，通 常就不能對它們進行改變。
[0005] 增加帶寬能力的已知方法是利用高水平（高位）頻率復(fù)用和/或點波束技術(shù)，使 得頻率復(fù)用能夠跨越多個狹窄集中的點波束。然而，這些方法通常利用輸入和輸出的混合 矩陣網(wǎng)絡(luò)，這通常需要在混合矩陣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)具有非常寬的帶寬的混合元件。這通常還包括對 這些混合矩陣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的更大功率放大和控制的需要。令人遺憾地，已知的混合元件通常導(dǎo) 致跨越混合矩陣網(wǎng)絡(luò)的多個端口存在可變的和不受拘束的相分裂，這需要特殊處理以便在 與混合矩陣網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的矩陣放大器內(nèi)正確地定相。具體地，如混合耦合器的已知混合元 件通常是在非常寬的帶寬下運行不好的有限帶寬裝置。
[0006] 具體地，在圖1中，示出已知的混合耦合器100的俯視立體圖。本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員理解到，混合耦合器100通常稱為"魔T"耦合器（還被稱為"混合T接頭"、"混合T形耦 合器"、或"魔T耦合器")。混合耦合器100包括：第一波導(dǎo)102,限定第一端口 104 ;第二波 導(dǎo)106,限定第二端口 108 ;第三波導(dǎo)110,限定第三端口 112 ;以及第四波導(dǎo)114,限定第四 端口 114。通常，第一波導(dǎo)102和第二波導(dǎo)106是同線的并且第一波導(dǎo)102、第二波導(dǎo)106、 第三波導(dǎo)110、和第四波導(dǎo)114在單個公共接頭118中匯合?；旌像詈掀?00是電（"E"） 和磁（"H"）的結(jié)合"T"，其中第三波導(dǎo)110與第一波導(dǎo)102和第二波導(dǎo)106兩者形成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Η平面接合。應(yīng)理解，第一 波導(dǎo)102和第二波導(dǎo)106稱為混合耦合器100的"側(cè)"或"同線"臂。第三端口 112還被稱 為Η平面端口、求和端口（還示出為Σ-端口）、或并行端口，并且第四端口 116還被稱為Ε 平面端口、差分端口（還示出為A-端口）、或串行端口。
[0007] 混合耦合器100被稱為"魔T"，這是因為功率在各個端口 104、108、112、和116之 間分割的方式。如果Ε平面和Η平面端口 112和116分別同時匹配，則然后通過對稱性、相 互性、和能量守恒，兩個同線端口（104和108)被匹配，并且彼此"神奇地"隔離。
[0008] 在操作的實例中，進入第一端口 104中的輸入信號120分別在第三端口 112(即， Ε平面端口）和第四端口 116(即，Η平面端口）處產(chǎn)生輸出信號122和124。相似地，進入 第二端口 108中的輸入信號126同樣分別在第三端口 112和第四端口 116處產(chǎn)生輸出信號 122和124,（但是與輸出信號124不同），與第二端口 108處的輸入信號126相對應(yīng)產(chǎn)生 的輸出信號122的極性關(guān)于與第一端口 108處的輸入信號120相對應(yīng)產(chǎn)生的輸出信號124 的極性是反相的（即，有180度的相位差）。因此，如果輸入信號120和126兩者分別被饋 入第一端口 104和第二端口 108,那么第四端口 116處的輸出信號124是與第一端口 104 和第二端口 108處的相應(yīng)輸入信號120和126相對應(yīng)的兩個單獨的輸出信號的組合（即， 總和），并且第三端口 112處的輸出信號122是組合的信號，該組合的信號等于與第一端口 104和第二端口 108處的相應(yīng)輸入信號120和126相對應(yīng)的兩個單獨的輸出信號之差。
[0009] 進入第三端口 112中的輸入信號128分別在第一端口 104和第二端口 108處產(chǎn) 生輸出信號130和132,其中兩個輸出信號130和132是反相的（S卩，彼此有180度的相位 差）。相似地，進入第四端口 116中的輸入信號134同樣分別在第一端口 104和第二端口 108處產(chǎn)生輸出信號130和132 ;然而，輸出信號130和132是同相的。于是，理想的魔T產(chǎn) 生的全部散射矩陣（其中所有的各個反射系數(shù)已經(jīng)調(diào)整為零）是
[0010]
[0011] 令人遺憾地，這個混合耦合器1〇〇被假定為理想的魔T，這是真實不存在的。為了 正確地起作用，混合耦合器100必須結(jié)合某些類型的內(nèi)部匹配結(jié)構(gòu)（未示出），如Η平面T(S卩，第四端口 116)內(nèi)的接線柱（post)(未示出）和Ε平面（S卩，第三端口 112)內(nèi)的很可 能是電感性膜片（未示出）。因為混合耦合器100內(nèi)需要某些類型的內(nèi)部匹配結(jié)構(gòu)，這生來 是依賴于頻率的，所以產(chǎn)生的具有內(nèi)部匹配結(jié)構(gòu)的混合耦合器100將僅在有限的頻率帶寬 上（即，窄帶寬上）正確地運行。
[0012] 因此，存在對于改善混合矩陣網(wǎng)絡(luò)和解決這些問題的相應(yīng)的混合元件的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 現(xiàn)在描述一種增強的混合T形耦合器（"EHT耦合器"），EHT耦合器。EHT耦合器 包括第一波導(dǎo)、第二波導(dǎo)、第三波導(dǎo)、和第四波導(dǎo)。第一波導(dǎo)限定第一端口并且第二波導(dǎo)限 定第二端口。相似地，第三波導(dǎo)限定第三端口并且第四波導(dǎo)限定第四端口。第一波導(dǎo)、第 二波導(dǎo)、第三波導(dǎo)、和第四波導(dǎo)在單個公共接頭處中匯合，并且第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)是同線 的。第三波導(dǎo)與第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)兩者形成E平面接合，并且第四波導(dǎo)與第一波導(dǎo)和第 二波導(dǎo)兩者形成Η平面接合。
[0014]ΕΗΤ耦合器還包括位于公共接頭中的第一阻抗匹配元件。第一阻抗匹配元件包括 基部和尖端。第一阻抗匹配元件的基部位于第一波導(dǎo)、第二波導(dǎo)、和第三波導(dǎo)的共面公共 波導(dǎo)壁處，并且第一阻抗匹配元件的尖端從第一阻抗匹配元件的基部朝向第四波導(dǎo)向外延 伸。
[0015] 根據(jù)下面的附圖和詳細描述，本發(fā)明的其他的裝置、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)勢 對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將是或變得顯而易見。意圖是將包括在本說明書內(nèi)的所有這樣的另 外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)勢包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)并且由所附權(quán)利要求保護。
【附圖說明】
[0016] 本發(fā)明可以通過參照以下附圖更好地理解。附圖中的部件并不一定是按照比例 的，而是強調(diào)闡釋本發(fā)明的原理。在附圖中，貫穿不同的視圖相同參考數(shù)字表示相對應(yīng)的部 分。
[0017] 圖1是已知混合耦合器的俯視立體圖。
[0018] 圖2A是根據(jù)本發(fā)明的增強型混合T形耦合器（"EHT耦合器"）的實施方式的實 例的俯視立體圖。
[0019] 圖2B是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著圖2A中所示的平面A-A'截取的第一阻抗匹配 元件、第二阻抗匹配元件、第三阻抗匹配元件、第四阻抗匹配元件、和第五阻抗匹配元件的 后視圖。
[0020] 圖2C是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著圖2A中示出的平面B-B'截取的第一阻抗匹配 元件、第二阻抗匹配元件、第四阻抗匹配元件、第六阻抗匹配元件、和第八阻抗匹配元件的 側(cè)視圖。
[0021] 圖2D是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著圖2A中示出的平面B-B'截取的第一阻抗匹配 元件、第三阻抗匹配元件、第五阻抗匹配元件、第六阻抗匹配元件、和第七阻抗匹配元件的 側(cè)視圖。
[0022] 圖2E是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著平面C-C'截取的第一阻抗匹配元件、第七阻抗 匹配元件、和第八阻抗匹配元件的頂視圖。
[0023] 圖2F是示出了根據(jù)本發(fā)明的沿著平面C-C'切割的第二阻抗匹配元件、第三阻抗 匹配元件、第四阻抗匹配元件、第五阻抗匹配元件、第六阻抗匹配元件、第七阻抗匹配元件、 和第八阻抗匹配元件的底視圖。
[0024] 圖3A是根據(jù)本發(fā)明的在圖2A至圖2E中示出的第一阻抗匹配元件的實施方式的 實例的側(cè)視圖。
[0025] 圖3B是根據(jù)本發(fā)明的在圖3A中示出的第一阻抗匹配元件的頂視圖。
[0026] 圖4A是根據(jù)本發(fā)明的具有四個EHT耦合器的4X4矩陣波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)（"4x4MWN"）的 實施方式的實例的頂視圖。
[0027] 圖4B是根據(jù)本發(fā)明的在圖4A中示出的4x4MWN的前視圖。
[0028] 圖4C是根據(jù)本發(fā)明的在圖4A和圖4B中示出的4x4MWN的側(cè)視圖。
[0029] 圖4D是根據(jù)本發(fā)明的在圖4A中示出的4x4MWM的第一橋接的實施方式的實例的 側(cè)視圖。
[0030] 圖4E是根據(jù)本發(fā)明的在圖4A中示出的4x4MWM的第二橋接的實施方式的實例的 側(cè)視圖。
[0031] 圖4F是根據(jù)本發(fā)明的4x4MWN(在圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、和圖4E中示出的）的 第一橋接和第二橋接的實施方式的實例的立體頂視圖。
[0032] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的在圖4A至圖4D中示出的4x4MWN的頂視圖，示出了第一輸入 信號進入第一輸入端口中、通過4x4MWN并從第一輸出端口和第二輸出端口輸出的信號流 動。
[0033] 圖6A至圖6D是根據(jù)本發(fā)明的在圖5中示出的4x4MWN的代表的電路的電路圖。
[0034] 圖7A是根據(jù)本發(fā)明的圖5中的示出的4x4MWN分別通過第一信號路徑和第二信號 路徑與第五EHT耦合器和第六EHT耦合器信號通信的頂視圖。
[0035] 圖7B是根據(jù)本發(fā)明的在圖7A中示出的4x4MWN的頂視圖。
[0036] 圖8A是根據(jù)本發(fā)明的在圖7中示出的4x4MWN分別經(jīng)由第三信號路徑和第四信號 路徑與第七EHT耦合器和第八EHT耦合器信號通信的頂視圖。
[0037] 圖8B是根據(jù)本發(fā)明的在圖8A中示出的4x4MWN分別經(jīng)由第三信號路徑和第四信 號路徑與第七EHT耦合器和第八EHT耦合器信號通信的側(cè)視圖。
[0038] 圖9A是根據(jù)本發(fā)明的功率分割和重組網(wǎng)絡(luò)的實施方式的實例的頂視圖，該功率 分割和重組網(wǎng)絡(luò)利用8X8的混合矩陣波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)（"8x8MWN"）進行內(nèi)部信號調(diào)整，其中8X8 的混合矩陣波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)利用在圖8A和圖8B中示出的4x4MWN。
[0039] 圖9B是圖9A示出的8x8MWN的側(cè)視圖。
[0040] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的在圖9A和圖9B中示出的TORN的等效電路的電路圖。
[0041] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的TORN的實施方式的實例的框圖。
[0042] 圖12是根據(jù)本發(fā)明示出利用第一 8x8MWN和第二8x8MWN的TORN的實施方式的實 例的頂部立體圖。
【具體實施方式】
[0043]現(xiàn)在描述一種增強的混合T形耦合器（"EHT耦合器"），EHT耦合器。EHT耦合器 包括第一波導(dǎo)、第二波導(dǎo)、第三波導(dǎo)、和第四波導(dǎo)。第一波導(dǎo)限定第一端口并且第二波導(dǎo)限 定第二端口。相似地，第三波導(dǎo)限定第三端口并且第四波導(dǎo)限定第四端口。第一波導(dǎo)、第二 波導(dǎo)、第三波導(dǎo)、和第四波導(dǎo)在單個公共接頭處中匯合并且第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)是同線的。 第三波導(dǎo)與第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)兩者形成E平面接合，并且第四波導(dǎo)與第一波導(dǎo)和第二波 導(dǎo)兩者形成Η平面接合。
[0044]ΕΗΤ耦合器還包括位于公共接頭處的第一阻抗匹配元件。第一阻抗匹配元件包括 基部和尖端。第一阻抗匹配元件的基部位于第一波導(dǎo)、第二波導(dǎo)、和第三波導(dǎo)的共面公共 波導(dǎo)壁處，并且第一阻抗匹配元件的尖端從第一阻抗匹配元件的基部向著第四波導(dǎo)向外延 伸。
[0045] 轉(zhuǎn)向圖2Α，示出根據(jù)本發(fā)明的ΕΗΤ耦合器200的實施方式的實例的頂視立體圖。 ΕΗΤ耦合器200包括：第一波導(dǎo)202,限定第一端口 204 ;第二波導(dǎo)206,限定第二端口 208 ; 第三波導(dǎo)210,限定第三端口 212 ;以及第四波導(dǎo)214,限定第四端口 215。通常，第一波導(dǎo) 202和第二波導(dǎo)206是同線的并且第一波導(dǎo)202、第二波導(dǎo)206、第三波導(dǎo)210、和第四波 導(dǎo)214在單個公共接頭218處匯合。與圖1的混合耦合器100相似，ΕΗΤ耦合器200是電 ("Ε"）和磁（"Η"）接頭的組合（稱為"Τ"），其中第三波導(dǎo)210與第一波導(dǎo)202和第二波 導(dǎo)206兩者形成Ε平面接合，并且第四波導(dǎo)214與第一波導(dǎo)202和第二波導(dǎo)206兩者形成Η 平面接合。此外，可以理解到，第一波導(dǎo)202和第二波導(dǎo)206被稱為ΕΗΤ耦合器200的"側(cè) 面"或"同線"臂。第四端口215還被稱為Η平面端口、求和端口（還示出為Σ-端口）、或 并行端口，并且第三端口 212還被稱為Ε平面端口、差分端口（還示出為Δ-端口）、或串行 端口。在這個實例中，第一波導(dǎo)202、第二波導(dǎo)206、和第四波導(dǎo)214的公共波導(dǎo)管寬壁均限 定共面公共波導(dǎo)壁220。第三波導(dǎo)210包括前窄壁205、后窄壁207、前寬壁209、和后寬壁 211〇
[0046] 與圖1的混合耦合器100不同，ΕΗΤ耦合器200還可以包括第一阻抗匹配元件222、 第二阻抗匹配元件224、第三阻抗匹配元件226、第四阻抗匹配元件228、第五阻抗匹配元件 230、第六阻抗匹配元件232、第七阻抗匹配元件234、和第八阻抗匹配元件236。第一阻抗 匹配元件222可以包括尖端238和基部240,其中尖端238可以是圓錐形的，并且基部240 可以是逐漸的三維過渡形狀的物體，其將第一阻抗匹配元件222的物理幾何形狀從共面公 共波導(dǎo)壁220逐漸過渡至圓錐形的尖端238?？蛇x地，基部240還可以是這樣的圓錐形狀 結(jié)構(gòu)，即允許第一阻抗匹配元件222從基部240處的更平坦的并且更寬的圓錐結(jié)構(gòu)過渡至 尖端238處的更尖更高并且更窄的圓錐結(jié)構(gòu)。此外，代替圓錐結(jié)構(gòu)（如錐形），第一阻抗匹 配元件222、尖端238、和/或基部240還可以是在基部240處更寬并且在尖端238的末端 處更尖的其他類似結(jié)構(gòu)形狀