專利名稱：接收和發(fā)送微波的電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接收和發(fā)送微波的電路和方法。
這些發(fā)送和接收微波的電路平常用在通信系統(tǒng)中，用在例如用地球同步衛(wèi)星中繼信號的那些通信系統(tǒng)中。這些電路常常要求能發(fā)送強大的功率，而又能接收弱小的功率。
在這些系統(tǒng)中，為了避免接收的信號受到發(fā)送的信號干擾，發(fā)送的頻率和接收的頻率是不一樣的。另外，在每一個信道上，還包含濾波裝置，這樣它就可以接收或發(fā)送要求的頻率的信號，而又去掉其他信道的頻率的信號。當接收和發(fā)送同時進行時，更要特別注意這些信號之間的分隔。
在這些系統(tǒng)中，常常包含波導電路，一個波導源和一個分別在發(fā)送和接收頻段有高抑制率的天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)。因而它們龐大的體積不能適合所有的應用場合，特別是當這些通信系統(tǒng)的每個用戶終端都要安裝收發(fā)信機的情況。
特別是，這些發(fā)送和接收微波的電路常常是用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的民用與專業(yè)的應用中。
例如，為了所謂“多媒體”應用開發(fā)了一種通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中，包括近地軌道或中等軌道衛(wèi)星的星座分布，近地軌道高度為800到1500km之間，中等軌道高度為6000到12000km之間。這個軌道被稱為“近地或中等”，是對高度為36000km的地球同步衛(wèi)星的位置而說的。這些衛(wèi)星保證地面上用戶之間的通信。用這些方法傳送的通信是各種多媒體類型的傳送，也就是說，它涉及電視信號，音頻，視頻信號，各種數(shù)值數(shù)據(jù)，程序，電話或傳真信號，等等。就與地球同步衛(wèi)星通信中繼相比來說，降低衛(wèi)星的高度會減少通信的距離，從而減少了信號的傳播的延遲，這樣就便于這個系統(tǒng)中的交互作用。另外，采用這樣的星座分布可以優(yōu)化覆蓋面積，例如，給人口稠密的地帶提供信息源，而地球衛(wèi)星則給赤道附近提供信息源。
一個地面上的用戶，只能當一個衛(wèi)星在該用戶的“可視”范圍的時候才能夠和這個衛(wèi)星通信；這個時間一般只有二十分鐘左右。因此需要，一方面用戶的天線在衛(wèi)星經(jīng)過它的上空時上跟蹤衛(wèi)星和，另一方面，當先前一個衛(wèi)星離開他的視場時，用戶可以瞬間地換接，與進入他的視場的下一個衛(wèi)星的通信。在同一時間，為了一個不管時間多么短的服務中斷進行交互通信時，瞬間地換接尤為必要。為了解決這個問題，通常一個發(fā)送和接收裝置有兩付天線，一付天線移動地跟蹤與用戶通信的衛(wèi)星，另一付天線準備指向下一個衛(wèi)星的視野的開頭部分。
用在這樣的通信系統(tǒng)的發(fā)送和接收裝置，特別是它們的天線和相應的電路，需要特別輕巧，以求能在建筑物的頂上方便地移動和安裝(特別是在個人住宅頂上)，并且避免影響美觀。
另一方面，兩套發(fā)送和接收裝置及其相應的電路，與一個共同的聚焦透鏡配套是方便的。在這種情況，這兩套裝置及其電路一起都要裝在一個有限的空間中，這樣就更需要降低這些裝置和電路的體積和重量。
在這種條件下，很難預料采用笨重而粗大的波導工藝。因此要求一種廣泛使用的所謂“微帶”的平面工藝。然而用這種工藝，為了解決熟知的發(fā)送和接收之間的隔離問題，導致降低連接的質(zhì)量或迫使加大天線的尺寸。在專利EP 0.744.831中就說到在這些裝置中的這種情況。
需要提供一種濾波器，這種濾波器在接收頻段，由強烈的衰減(或抑制)率而降低發(fā)送的頻率的信號，在發(fā)送頻段，用同樣的方法降低接收的頻率的信號?？墒?，這種具有高抑制率和低噪聲的濾波器是難以用平面工藝實現(xiàn)的。
本發(fā)明就是要排除這些不便。
本發(fā)明可以用平面工藝簡單地實現(xiàn)微波發(fā)送和/或接收的低噪聲電路，同時還具有在發(fā)送和接收電路之間的良好隔離。
根據(jù)本發(fā)明的微波發(fā)送和接收電路，其特征在于接收電路至少有兩級連接到輻射裝置的濾波和放大，并且分別包含，一個平面濾波器，這個濾波器對發(fā)送頻率的抑制率是為了消除發(fā)送頻率所需要的總的抑制的一部分，建議是較小的一部分，此外一個放大器，這個放大器的增益等于電路總的增益的一部分，上述濾波器和放大器用來連續(xù)地進行濾波和放大。
這一級濾波器的抑制率要被選擇成不讓雜散的發(fā)送信號使放大器產(chǎn)生非線性畸變。
由另外的至少一級平面濾波器和放大器得到追加的抑制率。
在輻射裝置中，濾波器帶來的噪聲主要是連接到這個輻射裝置的第一級濾波器帶來的噪聲，由另一個(或另一些)濾波器帶來的噪聲實際上是可以忽略的，因為它是與在這個輻射裝置和其他的濾波器之間的放大器的增益成比例地減弱的。
這樣，第一級濾波器的抑制率是不大的，噪聲電平也就不大。
具有不大的抑制率的濾波器可以用比高抑制率的濾波器更簡單和省錢的方法實現(xiàn)。
特別是，可以用廉價的基片，就如在軟的有機材料，如PTFE基體制作的基片，而高抑制率濾波器通常一直要用鋁做基片。
建議發(fā)送電路如果用模擬的方法實現(xiàn)，就是說如果至少用兩級連接到輻射裝置，分別包含一個平面濾波器，這個濾波器的抑制率等于為了消除接收頻率所需的抑制率的一部分(建議一個小部分)和，另一方面，包含一個放大器，放大器的增益僅僅是電路總的增益的一部分(建議一個小部分)。
這里指出“平面工藝”意思是指一種工藝，其中的元件用平面的形式實現(xiàn)。特別是采取所謂“微帶”工藝。在這種情況，基片的厚度是0.5到2mm，底部接地平面粘貼在金屬機箱的底部。還可以用一種所謂“懸掛的三層板”工藝。在這種情況，采用0.15到0.5厚的基片，非金屬底部表面固定在兩金屬殼之間。用這種技術(shù)，大部分的微波能量在基片的上面和底下的空氣中傳播，這樣引起的損耗比微帶技術(shù)的損失更小。但是它的尺寸是比較大。
從實現(xiàn)這些電路方面看，這兩種工藝實際上是相同的，僅僅是有效介電常數(shù)εe不同。因此波長也就不同，波長與有效介電常數(shù)εe聯(lián)系的公式如下λ=cf·ϵe]]>其中c為光速，f為頻率。
本發(fā)明的其他的特性和優(yōu)點，將由于參照以下的附圖來敘述某些實施例，而顯得明白起來。


圖1是表示一個根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送和接收裝置在具有一組非地球同步衛(wèi)星的通信系統(tǒng)中應用的示意圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個含兩套發(fā)送和接收裝置的用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的天線的示意圖，圖3是本發(fā)明的發(fā)送和接收裝置的一部分的示意圖，圖3a和3b是和圖3相似，但又有變化的示意圖，圖4是本發(fā)明的發(fā)送和接收裝置的斷面示意圖，圖5是本發(fā)明的發(fā)送和接收裝置的示意圖，圖6表示接收電路的一個實施例。
在圖1表示的通信系統(tǒng)中，一組衛(wèi)星10，12沿一個在高于地球表面16，高度大約為1000到1500km的軌道14上旋轉(zhuǎn)。每個衛(wèi)星含發(fā)送和接收裝置，以提供地面上的用戶和通信站之間通信聯(lián)系，通信站提供指定服務，比如數(shù)據(jù)庫服務。圖1中還表示一個用戶的終端18，這個用戶借助衛(wèi)星12與另一個用戶或地面站(未表示出)建立相互通信。相互通信的特性由在衛(wèi)星12的天線22和用戶18的天線24之間的電磁波路徑上標出的雙向箭頭20表示。
天線24安裝在比如一座個人住宅的頂部。它有一個聚焦面26，比如像圖2表示的那樣球面，和兩個可在天線24的聚焦面26上移動的輻射元件28和30。
當輻射元件30處于等候的位置時，輻射元件28跟蹤用戶看到的衛(wèi)星12。輻射元件30停留在指向下一個衛(wèi)星出現(xiàn)的區(qū)域。當衛(wèi)星12離開這個天線的視場和下一個衛(wèi)星進入這個視場時，用輻射元件30替換元件28進行通信。元件28到元件30的換接可在瞬間實現(xiàn)。
在圖1表示的例子中，一個在用戶18家中的控制裝置32跟蹤衛(wèi)星，控制信號的發(fā)送和接收，或許還能把信號解密。這個控制裝置連接一個微機34或類似的帶存儲器的裝置，存儲器中記錄與衛(wèi)星位置有關(guān)的信息，在每一個瞬間，可以根據(jù)這些信息控制馬達，帶動輻射元件28和30，使它們精確地指向衛(wèi)星。
如果使用微機，還可以同時用來接收和發(fā)送程序。
在多媒體應用的例子中，由一個連接器或分配器36聯(lián)接一條電話或傳真線路38，和一部電視或無線電話接收機40。
在圖2中更詳細地表示具有輻射元件28和30的天線24。在這個實施例中，一個可以在一個立體角范圍內(nèi)接收微波輻射的固定透鏡42，它的立體角的大小足夠收集在用戶視野內(nèi)傳送的相繼的衛(wèi)星的信號。這個透鏡把從一個球面上接收到的輻射聚焦，輻射元件28和30在所述地面上移動。這個透鏡由兩根支柱支持，在圖2中只看到標號為44的一根。
輻射元件28和30可以在聚焦球面26上移動。為了這個要求，每個元件由兩個馬達和兩條臂帶動。為簡單起見，指畫出用在輻射元件28的馬達和臂。
輻射元件28由固定在底部支架48的第一個馬達46帶動，這個馬達的輸出軸使臂50旋轉(zhuǎn)，臂50的末端是第二個馬達52，馬達52有驅(qū)動一條前臂54，前臂54的末端是輻射元件28。帶動輻射元件28的馬達46和52是由微機34或類似的裝置送來的信息控制的。
每個輻射元件28，30都有相應的發(fā)送和接收電路，這些電路將參照圖5來說明。
因為終端18是廣泛使用的產(chǎn)品，自然應是輕巧玲瓏而又廉價的。這是由于發(fā)送和接收裝置是移動的，而且要放在一個比如天線24那樣的一個小空間中，要求輕巧玲瓏。
輕巧玲瓏而又廉價還要和必需的高性能兼容，特別是在發(fā)送和接收高比特率的信息及同時發(fā)送與接收情況下。由此看來，發(fā)送和接收信號的隔離是一個難題，尤其是和要求以上所說的輕巧玲瓏而又廉價。
在本例子中，接收頻段Rx從11.7GHz到12.45GHz(可以擴展到12.55GHz)，發(fā)送頻段Tx從14GHz到14.3GHz。發(fā)射功率只有幾瓦，大約2W到3W左右。
本發(fā)明的輻射元件是一個平面元件。在圖3表示的例子中，它有一個被兩條平行線62和62切割地圓形蓋板60。這個蓋板60帶有互成90°的兩個微帶端口66和68。這兩個端口由兩個互成90°相位差的信號激發(fā)。端口66是接收端口，連接到一個低噪聲放大器70。端口68是發(fā)送端口，連接到一個功率放大器72。
激發(fā)端口66和68的信號相互有90°相位差，使發(fā)送和接收的信號以相反的方向成圓形極化。發(fā)送和接收信號的正交極化，加上信號頻段的區(qū)別，得到約20dB(分貝)的隔離。輻射元件采用平面工藝，降低了它的成本，體積和重量。而且，用兩個有方向性的端口，減少了元件的數(shù)目，省去寬帶混合集成方向耦合器或環(huán)行器的需要。這些元件用在圖3a(環(huán)行器)和圖3b(方向耦合器)的變例中。
在圖3a的示例中，一個被切割過的圓形平面蓋板74有一個端口通過一個環(huán)行器76連接到功率放大器721的輸出(發(fā)送電路)。端口78也連接到接收信道，即，通過同一個環(huán)行器76接到一個低噪聲放大器701。雖然在成本和體積方面略有遜色，但是它的優(yōu)點是制作簡單。
在圖3b的示例中，一個不切割的圓形平面輻射元件80有兩個正交的端口82和84，分別連接到一個混合集成方向耦合器90的終端86和88，耦合器90還另外有兩個終端92和94。終端92連接到低噪聲放大器702的輸入，終端94連接到功率放大器722的輸出。90°混合集成方向耦合器把終端92和94的正交線性極化轉(zhuǎn)換成在終端86和88的按相反方向的圓形極化。因而在端口82和84的信號是相反方向的圓形極化。90°混合集成方向耦合器最好是寬帶類型的。在它的末端還有一條或幾條附加的微帶支路96。
雖然和圖3的實施例比較，這個變例的體積是大一點?？墒撬泄ぷ骺煽亢驮诎l(fā)送與接收信號之間提供很滿意的絕緣的優(yōu)點。
現(xiàn)在參考圖4說明發(fā)送和接收裝置的一個實施例，這個實施例是建議有平面蓋板的圖3的一個實施例。它也適用于圖3a和圖3b的變例。
在這個例子中，有兩個重疊的平面蓋板98和100。每個蓋板的形狀都對應于如圖3所示的情況，也就是一個被切割的圓形。然而蓋板的大小是不一樣的。底部的蓋板的尺寸適合對接收頻段諧振，頂部的蓋板的尺寸較小，適合對發(fā)送頻段諧振(頻率較高)。
這兩個蓋板相互間的安排是這樣的，它們有共同的中心軸(垂直于它們的平面)，它們的切割線是平行的。
端口102在底部蓋板98的下面。圖4中只看到一個端口。這些端口是用微帶或懸浮式三層板工藝做的。它們與低噪聲或功率放大器及濾波相連接，在本例子中的濾波器和匹配裝置也是用微帶或懸浮式三層板工藝做的。
這些蓋板和端口安裝在一個向著頂部開放的圓柱諧振腔110內(nèi)，諧振腔有一個底部112。
諧振腔110把發(fā)送和接收的微波束限制在指向衛(wèi)星12的狹窄錐體內(nèi)。
諧振腔的底部連接到一個通道114，通道114的軸垂直于圓柱諧振腔110的軸116。這個通道內(nèi)安裝一片基底118，基底118上面裝有接入線路110，另外還裝有用微帶或三層板做的濾波電路和匹配電路120?；咨厦妫谕ǖ?14內(nèi)與諧振腔110相反方向的一端，還有一些有源器件，例如一些放大器的一些晶體管122。通道114中有晶體管122的一端與電路120之間用一片密封片124隔開，晶體管122是由平面微帶工藝制作，最好是平面懸浮式三層板工藝制作。
通道114的一端有一個接收信號用的端子128和一個發(fā)送信號用的端子130。
諧振腔110頂部的開口132用一個“teflon(鐵弗龍)”或ABC塑料紙作的保護罩134密封。
在一個變例中(未畫出)這些端口是做在蓋板上，例如標號98所示的那樣。
同樣可以只有一個蓋板，把這些端口都做在這個蓋板上或離開這個蓋板。
現(xiàn)在參照圖5說明根據(jù)本發(fā)明的濾波和放大電路，這些電路可以使噪聲最小，特別是由濾波級產(chǎn)生的噪聲最小，還可以降低電路低本。還有，損耗也減小了。
發(fā)送和接收是同時進行時，用濾波方法消除在接收電路中的發(fā)送頻率的信號以及消除在發(fā)送電路中的接收頻率的信號應該很有效。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在每個電路上，有一些平面濾波器和一個放大器以及一個多級濾波器。最靠近輻射元件的濾波器的衰耗或抑制，其數(shù)值是為了消除要抑制的頻率所需的衰耗的一部分。在一個例中，為了消除發(fā)送(或接收)頻率所需的總的抑制率大約是50dB，第一(或最后)級濾波器的抑制率大約是14dB。該后一個數(shù)值是根據(jù)接收方面的第一晶體管(放大器)的飽和點(或者發(fā)送方面放大器的末級晶體管的噪聲系數(shù))，發(fā)送功率，或波源(輻射元件)的兩個端口之間的絕緣的綜合計算出來的。
第一級放大得到的放大率是總增益的一部分。
這樣，由輻射元件看到的噪聲降低了。實際上這些噪聲主要是最接近這個輻射元件的放大級和濾波級帶來的。反之，有那些遠離這個輻射元件的放大級和濾波級帶來的噪聲只是衰耗后再起作用，因為這些噪聲與在這個輻射元件和產(chǎn)生這些噪聲的濾波器之間的那些放大級的增益成比例地減少。
另外，具有中度抑制的平面濾波器可以用適當?shù)某杀緦崿F(xiàn)，因為可以采用比較便宜的可重復使用的基底。事實上已經(jīng)知到，平面微帶(或懸浮式三層板)工藝制作高抑制率的濾波器需要相當昂貴的鋁基底，如在下文中看到的，制作低抑制率的濾波器可以用比較便宜的基底，如PTFE基底。
在圖5表示的一個例子中，接收電路分成兩部分，第一部分140是在輻射元件的蓋板144的端口142和一條電纜146的端點之間，第二部分148在電纜146的另一端點和接收電路的解調(diào)器(未畫出)之間。
端口142直接連接到第一個對接收頻率是帶通而對發(fā)送頻率是帶阻的第一濾波器150的輸入端。對于發(fā)送頻率，這個濾波器表現(xiàn)有一個適度的抑制率，14dB。對于接收頻率，有一個低的衰耗(或損失)，大約是0.2dB。第一濾波器150連接到第一放大器152的輸入端，在本例中這個放大器152只有一個晶體管。在該例中第一濾波器150的增益是8dB。應當指出，正如在以下參照圖6可以看到，8dB的增益不是晶體管能達到的最大增益，但是降低噪聲而使增益受到的損失最小。
接收電路的第一部分140還包含第二對濾波和放大級，它有一個濾波器154，其輸入端連接到第一個放大器152的輸出端，還有第二個放大器156，在本例中它也是只有一個晶體管組成。濾波器154對于發(fā)送頻率有10dB的抑制率，對于接收頻率只有0.2dB的低抑制。放大級156有一個10dB的增益。
在本例中，在放大級156的輸出端，雜散的發(fā)送頻率信號小于10dB。
電纜146——在本例中它引起1.5dB的衰耗——連接到濾波和放大的第二部分148，這部分148包含第三對濾波器158和放大器160。濾波器158接收由電纜146提供的信號并將一信號提供給第三放大器160。濾波器158對于發(fā)送頻率有26.5dB的衰耗，對于接收頻率只有1.8dB的衰耗。放大器級160由兩個晶體管組成，放大器級160的增益是18dB。
在放大級160的輸出端得到完全濾掉雜散的發(fā)送信號的一個信號。這個輸出端按常規(guī)的方法連接到一個混頻器162，混頻器的另一輸入端接收一個10.75GHz的本機振蕩器信號。混頻器162的輸出端通過一個低通濾波器166連接到一個接收解調(diào)器上。
每個濾波器的雜散頻率衰耗量所依據(jù)的是相關(guān)放大器的增益，使得這樣的衰耗足夠消除由雜散的發(fā)送信號引起的畸變，或者是雜散的發(fā)送信號引起的放大器的晶體管飽和，(或壓縮)。因此需要把每個濾波器安裝在相應的放大器之前。“之前”是指使濾波器比在同一對的放大器更加接近輻射元件。
接收電路總體的噪聲系數(shù)基本上是第一級濾波器150和放大器152的噪聲系數(shù)。
同軸電纜146，以及發(fā)送電路上的相應同軸電纜170和172形成一條圍繞馬達的環(huán)，可以依照臂的移動伸縮。
在本例中，接收電路的第二部分148(以及發(fā)送電路的相應部分)，靠近天線的底部，就是說靠近底座48(圖2)。
接收電路的第一部分142用所謂“無調(diào)整混合集成(hybride sansreglage)”工藝實現(xiàn)，也就是這些有源元件，例如晶體管，沒有外殼，直接安裝基底上，而且基底提供的平面的導體例如用光刻方法制造。這種方法可以進一步降低噪聲系數(shù)，也就是增加信噪比。也減少了重量和體積。
另一方面，線路的部分148安裝在天線的座上，可用一般的集成電路工藝制作。例如所謂“MMIC”(微波單片集成電路)。正如曾經(jīng)指出那樣，這一級148引起的噪聲在總的噪聲中占不大的份量。同樣地，高抑制率的濾波器158的(在本例中是26.5dB)損耗避免了級160的晶體管的非線性化或畸變，與部分140相比并不苛刻。
在部分140，基片是Rogers公司提供的RO 3006或RO 4003基片。它們是由一種軟的有機材料基體做成的，比如PTEF(聚四氟乙烯)，用微玻璃纖維增強，并且滲入陶瓷微粒以增加介電常數(shù)和減小體積?；囊幻驽兩香~膜作為接地面，另一面也鍍銅膜，在上面光刻出電路。發(fā)送電路和接收電路相仿。蓋板144的發(fā)送端口180連接到第一濾波器182的輸出端，濾波器182的輸入端連接到放大級184的輸出端。濾波器182對接收頻率的衰耗是14dB，對發(fā)送頻率是0.2dB。放大器184的增益是8dB。
放大器184的輸入端連接到接收放大級188的輸出端的信號的濾波器186的輸出端。濾波器186對接收頻率的衰減是10dB，對發(fā)射頻率的衰減是0.2dB。放大級188的增益是8dB。
發(fā)送電路的另一部分也安裝載天線底座上，在支架48附近(圖2)，這部分包含一個濾波器190，這個濾波器由轉(zhuǎn)換開關(guān)173連接到接到電纜170或172。濾波器190接收從放大級192輸出的信號，放大級192由四個晶體管組成。濾波器190對接收頻率的衰耗是30dB，對發(fā)送頻率是1.8dB。放大器192的增益是32dB。
放大器192的輸入端經(jīng)過一個濾波器196連接到一個混頻器194的輸出端?；祛l器有兩個輸入端，按照常規(guī)的方法，一個輸入端接到一個發(fā)送調(diào)制器(未畫)，另一個輸入端接到一個13.05GHz的本機發(fā)送振蕩器。
這個發(fā)送電路各級的劃分的優(yōu)點是，由于濾波器182的低抑制率和放大級184的小的增益，使直接接到端口180的末級表現(xiàn)的損耗小。
電纜172連接到與第三輻射元件(未畫)相關(guān)的電路。換而言之，發(fā)送電路部分的轉(zhuǎn)換開關(guān)173，濾波器190，放大器192，濾波器196和混頻器194對兩個輻射元件是共同的。然而，這個電路的另外的部分，就分別接到每一個輻射元件上。
圖6中表示一個特別簡單而有效的接收電路的第一部分140的實施例。發(fā)送電路的第一部分(182，184，186，188)可以按照類似的方式實現(xiàn)；就不再詳細說明了。
這些實施例的重要特點是濾波器150和154。
這些濾波器對于接收頻率表現(xiàn)為低損耗的通帶特性，對于發(fā)送頻率表現(xiàn)為高衰耗的阻帶特性。
每個濾波器包含至少一個用刻蝕片制作的平面導電元件，在本例中是一個垂直于傳輸電流的刻蝕片200的刻蝕片。這里有包含濾波器150，它它包含一條垂直于金屬刻蝕片200的第一長方形金屬刻蝕片202，它終止于常規(guī)的開路。濾波器150還包含第二金屬刻蝕片204或從線路200引出的短線段。短線段204終止于一個“偽短路線”，這個偽短路線由一大的寬的電容206模擬。在后面一種情況，可以免得通過(一些)金屬通孔與地連接。
短線段202終止于一開路，它的長度1要求在它連接主電路200處對于發(fā)送頻率表現(xiàn)為開路，對于接收頻率則表現(xiàn)為短路。
這個長度1必需是相當于接收頻率的波長λ的λ/2的倍數(shù)，又是相當于發(fā)送頻率的波長λ的λ/4的倍數(shù)。
為了達到這個要求，長度1做成等于λd/4，這里λd是對應于頻率fd的波長，fd是發(fā)送頻段的頻率ft和接收頻段的頻率fr的差ft-fr。頻率fd，ft和fr的選擇要求滿足下列各式ft＝(2m+1)fdfr＝2m fd上式中的m是一個正整數(shù)。
長度1因此是發(fā)送頻率的λ/4的倍數(shù)，是接收頻率的λ/2的倍數(shù)。在這樣的條件下，元件202構(gòu)成對接收頻率的短路和對發(fā)送頻率的開路。
末端有一個大的寬的電容206的短線段204模擬在連接處204-206的短路，它的長度1′必需選擇得使這個元件對于發(fā)送頻率構(gòu)成短路，對于接收頻率構(gòu)成開路。選擇一個λd/4的1′，這里λd相應于頻率fd＝ft-fr并且ft＝2m fdfr＝(2m-1)fd所有的實施例都達到要求的效果，即對發(fā)送頻率的高衰減，和接收頻率的傳送不受干擾。
本例子中的Rx頻段是從11.7GHz到12.45GHz，Tx頻段是從14GHz到14.3GHz，在短線段204末端是一個偽短路的情況，頻率fd，ft和fr的選擇如下fr＝11.75GHzft＝14.1GHz
fd＝ft-fr＝2.35GHzfr＝5fdft＝6fd對于末端開路的元件202，頻率fd，ft和fr的選擇要求fr是fd的偶倍數(shù)，ft是fd的奇倍數(shù)。
注意濾波元件202可以不要濾波元件204-206而單獨使用，或者，濾波元件204-206可以不要濾波元件202而單獨使用，或者，最后如圖所示，可以兩種濾波元件同時使用。
放大器級152包含晶體管208和極化電極以及阻抗匹配蝕刻片。在本例中晶體管208是富士通公司(Fujitsu)的FHX13X。它的柵極通過矩形蝕刻片210連接到線路200上。柵極的偏壓加在一片方形蝕刻片212上，漏極的偏壓加在一片方形蝕刻片214上。
放大器級152要通過一個電容216連接到濾波級154上，以達到匹配和隔開在終端212和214上的偏壓。
晶體管208的源極通過一個電感器220接地，電感器由一個線圈或一段微帶或?qū)Ь€組成，提供反饋作用。電感器220的電感值優(yōu)選到使噪聲最小。降低噪聲會減小增益，但是這種影響不大，不致降低放大的性能。
權(quán)利要求
1.一個接收(或發(fā)送)微波的電路，該電路包含接收(或發(fā)送)微波的輻射裝置(60；74；80；144)，消除由輻射裝置發(fā)送(或接收)的不同頻率的微波的濾波裝置，和放大接收(或發(fā)送)的微波的裝置，特征在于該電路至少包含連接到輻射裝置的兩級濾波器和放大器(150，152，158，160；182，184，190，192)，并且分別包含一個平面(150，158；182，190)濾波器，該濾波器對于發(fā)送(或接收)的頻率的抑制率是為了消除發(fā)送(或接收)頻率的信號所需的總的抑制率的一部分，建議是一小部分，還包含一個放大器(152，160；184，192)，該放大器的增益是電路總的增益的一部分，上述濾波器和放大器用來連續(xù)地進行濾波和放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一個電路，其特征是第一(或最后)級(150，152；182，184)的平面濾波器(150；182)直接連接到輻射裝置上。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，特征在于第一(或最后)級(150，152；182，184)的平面濾波器(150；182)的衰減和這一級的放大器(152；184)的增益的數(shù)值使放大器不致被雜散的發(fā)送(或接收)的信號造成畸變，這些雜散信號是沒有被相應的濾波器消除的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任何一個的電路，其特征是為了消除發(fā)送(或接收)頻率所需的總的抑制率大約是50dB(分貝)，第一(或最后)級(150，152；182，184)的濾波器(150；182)的抑制率大約是14dB。
5.根據(jù)上述的權(quán)利要求中的任何一個的電路，其特征是第一(或最后)級(150，152；182，184)的放大器(152；184)至少包含一個晶體管，這一級是混合集成的形式，這個晶體管包含一個無封裝的半導體管芯，該管芯安裝在制作平面濾波器的基底上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一個電路，其特征是最遠離輻射裝置的級(158，160；190，192)是一種集成電路形式，例如MMIC(單片微波集成電路)形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的一個電路，其特征是輻射裝置是可移動的，第一(或最后)級(150，152；182，184)也是可移動的，而以集成電路形式實現(xiàn)的級是不可移動的。
8.根據(jù)上述的權(quán)利要求中的任何一個的電路，其特征是第一(或最后)級(150，152；182，184)的平面濾波器(150；182)的基底有一柔軟的有機材料的基體，如PTFE(聚氟乙烯)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的一個電路，其特征是基底含玻璃纖維以增加機械強度，和一些陶瓷之類的填料。
10.根據(jù)上述的權(quán)利要求中的任何一個的電路，其特征是它包含三個濾波器和放大器級(150，152，154，156，158，160；182，184，186，188，190，192)和最遠離輻射裝置的濾波器(158；190)，濾波器(158；190)的衰減率大于其他的兩級。
11.根據(jù)權(quán)利要求5和10的一個電路，其特征是中間的濾波器和放大器級(152，154；156，158)是晶體管的混合集成的形式，這個晶體管包含安裝在制作平面濾波器的基底上的一個無封裝的半導體管芯。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的一個電路，其特征是中間的和第一(或最后)級(150，152；182，184)都做在同一片基底上。
13.根據(jù)上述的權(quán)利要求中的任何一個的電路，其特征是第一(或最后)級(150，152；182，184)的放大器(152；184)包含一個場效應晶體管(208)，而且特征還在于一條連接源極的連接線(220)形成一個反饋電感，選擇電感的值使噪聲最小。
14.根據(jù)上述的權(quán)利要求中的任何一個的電路，其特征是接收頻率在11.7GHz到12.55GHz頻段，發(fā)送頻率在14GHz到14.3GHz頻段。
15.根據(jù)上述的權(quán)利要求中的任何一個的電路，其特征是發(fā)送和接收的微波是正交極化的，特別是以相反方向的圓形極化。
16.根據(jù)上述的權(quán)利要求中的任何一個的電路，其特征是平面濾波器由微帶或懸浮式三層板的工藝實現(xiàn)的。
17.根據(jù)上述的權(quán)利要求中的任何一個的電路的用途，一個地面通信系統(tǒng)的終端包含一個發(fā)送和接收裝置用來和其他的地面終端或一個通過一組非同步衛(wèi)星提供服務的站通信。
18.一個通過輻射裝置接收(或發(fā)送)微波的方法，這個方法過濾消除由輻射裝置發(fā)送(或接收)不同頻率的微波，和放大被接收的(或要發(fā)送的)微波，特征在于濾波和放大是連續(xù)地進行的，從輻射裝置開始，第一(或最后)級的濾波使用一個平面濾波器，這個濾波器的抑制率是為了消除整個系統(tǒng)的發(fā)送(或接收)的頻率的信號所需要的抑制率的一部分，第一(或最后)級的放大器的增益是所需的總增益的一部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征是第一(或最后)濾波級是根據(jù)第一級(150，152；182，184)的放大器(152；154)的飽和點(或末級放大的噪聲系數(shù))、需要發(fā)送的功率、和輻射裝置的兩個端口之間的絕緣決定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個接收(或發(fā)送)微波的電路,這個電路包含一個用來接收(或發(fā)送)的輻射裝置(144),消除由輻射裝置接收(或發(fā)送)的不同頻率的信號的濾波裝置,和放大被接收(或發(fā)送)的微波信號的裝置。這個電路包含連接到輻射裝置的第一級(或末級)(150,152;182,184),這一級包含一個平面濾波器(150;182),這些濾波器傳送(或接收)的抑制率被限制到為了消除發(fā)送(或接收)頻率的信號所需要的總抑制率的一部分,建議是很小的一部分,這里的放大器(152;184)的增益同樣是電路總的增益的一部分。第一級(或末級)平面濾波器最好直接連接到輻射元件上。從輻射裝置看到的噪聲被降低了。
文檔編號H04B1/52GK1272258SQ9980075
公開日2000年11月1日 申請日期1999年5月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月15日
發(fā)明者杰拉德·塞利, 比特利斯·皮恩特, 雅克·格拉菲爾, 讓－蓋·塔特林, 蒂利·帕拉 申請人:阿爾卡塔爾公司