[发明专利]多端口射频信号变换网络

说明书

本发明涉及信号变换网络，特别是涉及在线路上调节相位和幅度平衡的无源多端口射频信号变换网络。

许多无线通信系统，最明显的是移动和便携卫星系统要求用户单元上的圆形极化天线较小。诸如正交偶极天线、方或圆形微带接线天线或绞合交叉环形天线之类这些较小的圆形极化天线要求天线的两种受激模式有90°相移。诸如正交偶极天线和绞合交叉环形天线之类的大多数这类天线对于平衡馈电也是需要平衡-不平衡变换器(平衡-不平衡网络)的固有平衡结构。平衡-不平衡变换器将来自无线收发信机的不平衡传输系统变换成针对天线的平衡馈电系统。本领域中已知的大多数外部平衡-不平衡变换器和移相器/功率分配器过于庞大并引入过量的信号损耗。

可使用这些圆形极化天线的一些自定相方案以便在没有外部移相器的情况下产生圆形极化辐射。这是通过在相反方向将两种模式的谐振频率略微偏离额定频率进行的，以便该模式的输入阻抗的电抗分量适当地产生由一单个外加电压源造成的定相电流。沿对角线馈电的近似矩形的接线天线探测器是这类结构的一个实例，如同环路间长度不同的绞合交叉环形天线。然而，自定相天线在频带宽度上通常比外部定相天线(非自定相天线)更受限制。由于自定相天线的自定相对带宽的限定超过了对例如诸如阻抗匹配特性和方向图特性之类任何其它特性的限定，因此会限定天线的带宽。外部定相天线比自定相天线保留了更大的自由度以达到诸如较好的天线方向图之类其它天线性能的目标。较好的天线方向图在使移动或便携卫星收发信机具有较好全向性能的角度范围内获得更好的增益。

需要改善外部定相非自定相天线。需要非自定相天线外部提供平衡-不平衡网络和提供相移网络两种功能。为提供相移，需要一种紧凑、高性能和低成本的网络并需要在平衡和不平衡线路之间转换。从而可在消费市场上供应更紧凑的便携式卫星收发信机。

图1是变换网络的电等效电路示意图；

图2是根据变换网络第一实施例的同轴设备的透视图；

图3是根据变换网络第二实施例的微带设备的分解透视图；

图4是根据变换网络第三实施例的带状传输线设备的分解透视图；

图5和6是根据变换网络第四实施例的混合设备；和

图7是具有说明变换网络向其天线馈电的剖面图的无线收发信机的透视图。

结合附图阅读下面的详细描述时将使本发明的结构和特性变得更加显而易见。

图1是在单个、紧凑结构中设置有功率分配器、正交相移网络和平衡-不平衡变换器的变换网络的电学等效电路。一个施加到不平衡端口110上的不平衡信号在两个平衡端口120和130之间将分配成均等功率。在平衡端口130得到的信号分量相对于在平衡端口120得到的信号分量具有90°相移。通过名义上无衰减的变换网络可将施加到平衡端口120和130的适当定相的正交信号和在不平衡端口110输出的不平衡信号组合起来。

该变换网络在不平衡端口110采用扼流圈140并在相移平衡端口130采用两条不平衡相移传输线150和155。扼流圈140和不平衡馈线160为到两条不平衡相移传输线150和155的连接提供平衡-不平衡变换器(平衡-不平衡网络)。在图1的实例中，扼流圈140的长度最好是所感兴趣的频率的四分之一波长(λ/4)。该四分之一波长扼流圈可具有四分之一波长任何奇数倍(1/4、3/4、5/4等)的长度。另一方面，可将一个开端式扼流圈用于所有偶次谐波(1/2、1、3/2等)。

在相移平衡端口130的两条相移传输线150和155依据在相移平衡端口130所要求的相移数量具有长度L。发明人已经发现当两条传输线150和155中每一条的信号导线连接到平衡-不平衡变换器165的两个输出时和与两条传输线150和155的地电位连接到该平衡-不平衡变换器的一个附加节点145时，两条相移传输线150和155在平衡端口130提供相移和平衡输出。平衡-不平衡变换器的附加节点145为平衡-不平衡变换器165的平衡输出端口提供差分参考。由平衡-不平衡变换器的附加节点145提供的差分参考连接到两条不平衡传输线150和155的接地导体。虽然将由相移平衡端口130提供的例如90°相移馈送到正交天线，可提供任何所要求相移量的输出。可设置两或多对相移传输线以提供三个或多个平衡端口。最好不使用任何相移传输线直接连接相移为0°的平衡端口120，从而可在每个不平衡端口设置相移传输线对。

四分之一波长扼流圈140可以是所说明的同轴型或是带状传输线型。另外，扼流圈140可以交替为同轴、带状传输线或三板型四分之一波长扼流圈。通过在信号经传输线传播时延迟信号可实现相移。因此，通过相位延迟产生相移。