CN114124243B - 一种易加工的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种易加工的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器，属于双工器器件技术领域。本发明创新性的提出了在双工器中引入正交模耦合器，解决了现有频分双工器必须使用不同频段信号资源的限制，扩大了双工器的应用场景；同时采用E面90°扭波导与正交模耦合器的一个输出端口相连，使得双工器的两个输出端口具有相同的模式，避免了直接在双工器中引入正交模耦合器后输出端口在不连接扭波导时需要90°反转级联电路的局限，同时E面90°扭波导可利用传统E面剖分结构进行加工，便于扭波导的制备，易于实现双工器的大规模应用。

Description

一种易加工的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器
技术领域
本发明属于双工器器件技术领域，具体涉及一种易加工的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器。
背景技术
现在射频发射前端链路中基本采用收发共用天线，这一过程中必然涉及到双工器的使用。目前双工器按照工作类型主要分为两种：1）时分双工器，即发射和接受在时间上分开，互不冲突；但这类双工器在实际生活场景应用中存在较大的限制；2）频分双工器，主要是收发链路的工作频段不同，这样收发可以同时工作，只要选择不同的频段即可。但随着通信频率资源使用的饱和，频分双工器的应用也逐渐减小。
总所周知，无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，此种现象称为无线电波的极化。一般情况下，无线电波的极化方向决定于其电场矢量Ｅ的方向，因此电磁波的电场方向即被叫做其极化方向。如果电磁波的电场方向与地平面相互垂直，那么称其为垂直极化波；如果电场矢量Ｅ的方向与地平面相互平行，则称其为水平极化波。正交模耦合器，同时被称正交模变换器，是一种常用的能够在太赫兹波段内实现模式隔离电路结构，具有各端口匹配、隔离度高、***损耗小等优点，改善了传统耦合器的不足，而且基于模式正交性，其内的两个通信通道可在相同频率下传输相互隔离并且相互正交的信号，因此在大容量通信***中被广泛地应用于极化复用，以此实现两倍频率资源。
太赫兹波刚好介于微观量子理论与宏观经典理论之间。由于其所处的特殊位置，太赫兹波可以表现出许多有别于其他种类电磁辐射的独特特性，这些特性决定了太赫兹波在很多领域具有广泛良好的应用前景。但是在太赫兹频段，电路尺寸急剧减小，导致双工器加工困难。同时，目前的太赫兹频段正交模耦合器其两个输出端口是正交的，使得两路信号输出后，所连接的电路需要反转90度，这会极大的增加多电路级联的难度，甚至导致电路无法连接。
因此，如何实现太赫兹频段下的易加工的太赫兹频段正交模式隔离双工器的设计就成为了亟待解决的问题。
发明内容
针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种易加工的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器。本发明双工器基于正交模耦合器频率复用的优势，构建E面90°扭波导，使其与正交模耦合器的一端口相连，从而保证双工器的两个输出端口的信号传输模式相互正交，级联电路不需要进行90°反转，降低了电路级联的困难性；同时，整体器件可利用E面剖分结构进行加工。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种易加工的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器，包括正交模耦合器、E面90°扭波导和腔体滤波器；
所述正交模耦合器具有三端口，包括一个输入端口和两个输出端口，两个输出端口中传输的电磁波的模式相互正交；所述E面90°扭波导的一端与其中一个输出端口相连，使得经过E面90°扭波导后的电磁波与另外一个输出端口中电磁波的模式相同；E面90°扭波导的另一端和正交模耦合器的另一个输出端口均匀连接一个腔体滤波器；两个腔体滤波器的另一端均连接一个矩形波导，作为隔离双工器的输出端口。
进一步地，所述E面90°扭波导由一个输入波导、一个双方形过渡结构和一个输出波导组成，其中，输入波导和输出波导均为矩形波导，双方形过渡结构由两个相同正方形波导部分重叠组成，用于将H面波导中的垂直极化旋转45°，再将45°极化波转化为E面波导中的水平极化。
进一步地，所述E面90°扭波导输入波导和输出波导一个为垂直极化波导，另一个为水平极化波导，且两个波导的矩形截面尺寸相同。
进一步地，所述E面90°扭波导与正交模耦合器的连接处的电磁波极化模式相同。
进一步地，所述腔体滤波器为高矩形系数滤波器。
进一步地，所述高矩形系数滤波器的滤波系数应大于65%。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明创新性的提出了在双工器中引入正交模耦合器，解决了现有频分双工器必须使用不同频段信号资源的限制，扩大了双工器的应用场景；同时采用E面90°扭波导与正交模耦合器的一个输出端口相连，使得双工器的两个输出端口具有相同的模式，避免了直接在双工器中引入正交模耦合器后输出端口在不连接扭波导时需要90°反转级联电路的局限，同时E面90°扭波导可利用传统E面剖分结构进行加工，便于扭波导的制备，易于实现双工器的大规模应用。
2. 本发明双工器在两个输出端口集成了高矩形系数滤波器，进一步抑制了空间中的无用边带信号，提高了双工性能；同时具有高隔离度。
附图说明
图1为本发明隔离双工器的电路结构图。
图2为本发明E面90°扭波导的整体结构示意图。
图3为本发明E面90°扭波导中双方形过渡结构示意图。
图4为正交模耦合器的电气结构示意图。
图5为本发明隔离双工器的S参数仿真结果图。
图6为本发明隔离双工器的S极化隔离度仿真结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。
一种易加工的高隔离度太赫兹模式隔离双工器，其电路结构图如图1所示，包括正交模耦合器1、E面90°扭波导4、第一腔体滤波器5和第二腔体滤波器6；所述正交模耦合器1具有两个输出端口，第一输出端口为垂直模式输出端口2，第二输出端口为水平模式输出端口3，E面90°扭波导4的水平极化波导与正交模耦合器的水平模式输出端口3相连，第一腔体滤波器5与正交模耦合器的垂直模式输出端口2相连，第二腔体滤波器6与E面90°扭波导4的垂直极化波导相连；第一腔体滤波器5的另一端与一个矩形波导相连，作为隔离双工器的第一竖直输出端口7，第二腔体滤波器6的另一端与一个矩形波导相连，作为隔离双工器的第二竖直输出端口8。
其中，E面90°扭波导4的整体结构示意图如图2所示，从图2可以看出，所述E面90°扭波导由一个输入波导、一个双方形过渡结构和一个输出波导组成，其中，输入波导和输出波导均为矩形波导，输入波导和输出波导一个为垂直极化波导，另一个为水平极化波导，且两个波导的矩形截面尺寸相同；同时，E面90°扭波导与正交模耦合器的连接处的电磁波极化模式相同。图3为E面90°扭波导中双方形过渡结构示意图，双方形过渡结构由上下两个相互部分交叠的正方体波导组成，用于将H面波导中的垂直极化旋转45°，再将45°极化波转化为E面波导中的水平极化。同时，正方体波导的棱边倒角，其目的用于阻抗匹配。输入输出波导选择波导WR4.3，长边边长a为1.092mm，短边边长b为0.546mm，
整体电路的传输频率为170GHz到260GHz。信号从太赫兹正交模耦合器1输入端口进入，然后一分为二传输到垂直模式输出端口2和水平模式输出端口3，两端口相互垂直；其中水平模式输出端口3连接E面90°扭波导4的水平极化波导，信号经过E面90°扭波导4后变为垂直极化波从第二竖直输出端口8输出。
图4为正交模耦合器的电气结构示意图。正交模耦合器从结构上看，有三个物理端口，但是在电气上来看，直接与馈电喇叭相连的公共端口一般为圆波导口或方波导口，它为两个相互正交的极化波分别提供了一个电气端口，即TE10模或TE01模，因此正交模耦合器从电气形式上看为四端口器件。电端口a和电端口b分别独立传输各自的模式信号，一般为标准矩形波导口或者同轴端口组合而成。正交模耦合器的功能是为了实现两个相互正交的极化信号相互分离和合成，并且满足一定的隔离度要求。
利用HFSS软件对本发明隔离双工器进行建模和仿真模拟，其中，图5为隔离双工器的S参数仿真结果图，图6为隔离双工器的极化隔离度曲线图。从仿真结果图可以看出，该耦合器在180~220GHz频段，各端口回波损耗优于-17.8dB（一二三端口回波损耗分别为S11、S22、S33），两个模式的隔离度均优于50dB，性能良好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (6)

1.一种易加工的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器，其特征在于，包括正交模耦合器、E面90°扭波导和腔体滤波器；
所述正交模耦合器具有三端口，包括一个输入端口和两个输出端口，两个输出端口中传输的电磁波的模式相互正交，所述正交模耦合器的输入端口为矩形波导，在矩形波导内实现两种信号传输模式的耦合；所述E面90°扭波导的一端与其中一个输出端口相连，使得经过E面90°扭波导后的电磁波与另外一个输出端口中电磁波的模式相同；E面90°扭波导的另一端和正交模耦合器的另一个输出端口均匀连接一个腔体滤波器；两个腔体滤波器的另一端均连接一个矩形波导，作为隔离双工器的输出端口；所述隔离双工器可利用E面剖分结构进行加工。
2.如权利要求1所述的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器，其特征在于，所述E面90°扭波导由一个输入波导、一个双方形过渡结构和一个输出波导组成，其中，输入波导和输出波导均为矩形波导，双方形过渡结构由两个相同正方形波导部分重叠组成，用于将H面波导中的垂直极化旋转45°，再将45°极化波转化为E面波导中的水平极化。
3.如权利要求2所述的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器，其特征在于，所述E面90°扭波导输入波导和输出波导一个为垂直极化波导，另一个为水平极化波导，且两个波导的矩形截面尺寸相同。
4.如权利要求1所述的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器，其特征在于，所述E面90°扭波导与正交模耦合器的连接处的电磁波极化模式相同。
5.如权利要求1所述的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器，其特征在于，所述腔体滤波器为高矩形系数滤波器。
6.如权利要求5所述的高隔离度太赫兹正交模式隔离双工器，其特征在于，所述高矩形系数滤波器的滤波系数应大于65%。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105098297A (zh) * 2014-05-21 2015-11-25 南京天璇电子技术有限公司 紧凑结构t型正交模变换器及由其构成的波导双工器
CN105206910A (zh) * 2015-10-10 2015-12-30 中国电子科技集团公司第五十四研究所 Ka宽频带正交模耦合器
CN106299572A (zh) * 2016-08-24 2017-01-04 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种应用于太赫兹频段的新型波导极化模式转换膜片结构
CN206022632U (zh) * 2016-06-30 2017-03-15 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络
CN208738407U (zh) * 2018-08-27 2019-04-12 江苏贝孚德通讯科技股份有限公司 波导转弯过渡结构及正交模耦合器
CN210628460U (zh) * 2019-12-02 2020-05-26 航天恒星科技有限公司 一种双工器和通信设备
CN112490607A (zh) * 2020-10-27 2021-03-12 西安空间无线电技术研究所 一种基于膜片极化变换器的太赫兹扭波导及其实现方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8144052B2 (en) * 2008-10-15 2012-03-27 California Institute Of Technology Multi-pixel high-resolution three-dimensional imaging radar
EP3480884B1 (en) * 2017-11-06 2022-01-05 SWISSto12 SA An orthomode transducer
CN207602764U (zh) * 2017-12-18 2018-07-10 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于同轴十字转门耦合器的多频馈源网络

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105098297A (zh) * 2014-05-21 2015-11-25 南京天璇电子技术有限公司 紧凑结构t型正交模变换器及由其构成的波导双工器
CN105206910A (zh) * 2015-10-10 2015-12-30 中国电子科技集团公司第五十四研究所 Ka宽频带正交模耦合器
CN206022632U (zh) * 2016-06-30 2017-03-15 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种Ku频段收发共用线圆极化复用馈源网络
CN106299572A (zh) * 2016-08-24 2017-01-04 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种应用于太赫兹频段的新型波导极化模式转换膜片结构
CN208738407U (zh) * 2018-08-27 2019-04-12 江苏贝孚德通讯科技股份有限公司 波导转弯过渡结构及正交模耦合器
CN210628460U (zh) * 2019-12-02 2020-05-26 航天恒星科技有限公司 一种双工器和通信设备
CN112490607A (zh) * 2020-10-27 2021-03-12 西安空间无线电技术研究所 一种基于膜片极化变换器的太赫兹扭波导及其实现方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zhen Zhou ; Bo Zhang ; Zhongqian Niu ; Yong Fan.A_Design_of_Terahertz_Wave_Orthomode_Transducer_OMT.《2019 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT)》.2019, *

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