[发明专利]射频信号合成器

说明书

一种射频(RF)信号合成器，包括：轴对称周期波导装置，其具有圆筒以及同轴地设置在所述圆筒内的中心导体。所述中心导体由一对正交对称平面限定。短路壁闭合所述圆筒的端部并与所述中心导体电耦合。磁回路耦合元件相对于所述一对正交对称平面的第一对称平面设置在所述圆筒内。多个输入端口延伸穿过所述短路壁中的相应开口，每个输入端口将信号馈送给对应的磁回路耦合元件。输出端口配置用于输出来自所述多个输入端口的信号的合成功率，所述输出端口设置在所述合成器远离所述短路壁的一侧。

技术领域

本申请的各方面一般涉及功率合成器，尤其涉及用于天线阵列的射频信号功率合成器。

背景技术

人口密集地区中的无线通信系统面临着可用射频(radio frequency，RF)无线电频谱利用紧张的问题。移动网络运营商的经济效率导致在能量效率和成本的限制内比特率吞吐量所需的RF功率电平增加。

在天线阵列中实现基本上高电平的RF功率是一项导致众多问题的技术挑战。例如，合成器的输入数量通常受到每个输入可实现的耦合量的限制，其又受到合成器的电磁特性的限制。这种情况的示例是平面(印刷)合成器，所述平面(印刷)合成器基于RF变换器的两个初级和单个次级绕组之间的磁耦合。随着初级线圈的数量(即，输入数量)增加，次级线圈的面积和/或匝数必须增加。这反过来影响合成器的自谐振频率，对初级线圈的数量提供了自然限制。硬件实现通常将输入数量限制为两个。由于合成器中有相当数量的输入，所以需要将多个2×1合成器级联到更大的网络中，从而导致相当大的插入损耗。

混合波被广泛应用于天线技术中。采用混合波的唯一已知合成器基于与最低主混合波的电耦合。这种情况下的主要技术问题是电探针的物理耦合度不足，并且将多于一对电探针放置在混合波的最大场中较为困难。这导致过长耦合探针占据多于一个周期的轴对称周期波导或准周期结构(axially symmetric periodic waveguide or quasiperiodicstructure，ASPS)，因此使得合成器的轮廓尺寸过大。电探针的限制在于其需要具有反相位的源信号。

因此，期望提供一种解决上述问题中至少一些问题的RF信号功率合成器。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的射频信号功率合成器。这个目的通过独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求中可以发现进一步有利的修改。

根据本发明的第一方面，上述和其它目的以及优点通过射频(RF)信号功率合成器获得。所述合成器包括轴对称周期波导装置。所述轴对称周期波导装置包括圆筒以及同轴地设置在所述圆筒内的中心导体。所述中心导体由一对正交对称平面限定。短路壁闭合所述圆筒的端部并与所述中心导体电耦合。至少一对磁回路耦合元件相对于限定所述中心导体的所述一对正交对称平面的第一对称平面设置在所述圆筒内。多个输入端口延伸穿过所述短路壁中相应开口，所述多个输入端口中的每个将信号馈送给所述至少一对磁回路耦合元件的对应一个。输出端口设置在所述合成器远离所述短路壁的一侧，所述输出端口配置用于输出来自所述多个输入端口的信号的合成功率。所公开实施例的各个方面使得能够采用若干个相对低的电源在天线阵列中实现基本上高电平的RF功率。

在根据第一方面所述的射频信号合成器的第一种可能的实现方式中，所述圆筒包括(或者是)导电圆筒，并且所述至少一对磁回路耦合元件承载在电介质卡上。使用磁回路耦合元件能够实现比用电探针在物理上可实现的更大耦合量，并且使闭合回路完全位于其对应隔室的体积内。

在根据第一种可能的实现方式所述的射频信号合成器的第二种可能的实现方式中，所述短路壁将所述中心导体与所述导电圆筒电耦合。电耦合可以包括机械连接、电阻耦合或电容耦合。使用短路壁将中心导体与导电圆筒电耦合可以提供更紧凑的外形尺寸并使制造变容易。