CN111276815A - 一种毫米波双圆极化双向数传模块及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种毫米波双圆极化双向数传模块及装置，包括毫米波调制解调收发器、基片集成波导90度电桥、正交半模波导激励缝隙和正交模合成波导圆极化辐射器；基片集成波导90度电桥与毫米波调制解调收发器连接，正交半模波导激励缝隙和所述基片集成波导90度电桥连接，正交模合成波导圆极化辐射器和正交半模波导激励缝隙连接。本发明通过将毫米波调制解调收发器、基片集成波导90度电桥、正交半模波导激励缝隙和正交模合成波导圆极化辐射器集成在电路板上，达到较高的定向增益，通过较小电路尺寸实现短程超高速无线数字信号双向传输。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波短程数字传输技术领域，具体地，涉及一种毫米波双圆极化双向数传模块及装置。
背景技术
无线宽带数字通信技术给工业应用和日常生活中具有广泛的应用，互联网的发展兴起众多的数据业务，对于宽带无线数据传输的需求也呈指数增长。传统的无线传输技术，如蓝牙、WiFi、Zigbee等在日常生活中带来极大的便利，但这些技术带宽较窄，难以满足一些新兴的宽带高速数据传输业务，如高达几Gbps的高清视频流传输应用，同时这些传统技术频段低、波长较长，难以在一些狭小空间尺寸内布置和传输。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毫米波双圆极化双向数传模块及装置，将毫米波收发电路与双圆极化天线一体化集成，解决狭小空间内信号极化对准和稳定传输的问题。
第一方面：本申请提供了一种毫米波双圆极化双向数传模块，包括毫米波调制解调收发器、基片集成波导90度电桥、正交半模波导激励缝隙和正交模合成波导圆极化辐射器；基片集成波导90度电桥与所述毫米波调制解调收发器连接，所述正交半模波导激励缝隙和所述基片集成波导90度电桥连接，所述正交模合成波导圆极化辐射器和所述正交半模波导激励缝隙连接。
在第一方面的可选实施方式中，所述毫米波调制解调收发器还包括发射电路和接收电路，所述发射电路用于将高速基带数字信号调制成毫米波数字信号传输至基片集成波导90度电桥，所述接收电路用于接收基片集成波导90度电桥输出的毫米波数字信号并解调为高速基带数字信号。
第二方面，本发明提供了一种毫米波双圆极化双向数传装置，包括依次设立于电路板上的毫米波调制解调收发器、基片集成波导90度电桥、正交半模波导激励缝隙和正交模合成波导圆极化辐射器；所述基片集成波导90度电桥与所述毫米波调制解调收发器连接，所述正交半模波导激励缝隙和所述基片集成波导90度电桥连接，所述正交模合成波导圆极化辐射器和所述正交半模波导激励缝隙连接。
在第二方面的可选实施方式中，所述毫米波调制解调收发器还包括发射电路和接收电路，所述发射电路用于将高速基带数字信号调制成毫米波数字信号传输至基片集成波导90度电桥，所述接收电路用于接收基片集成波导90度电桥输出的毫米波数字信号并解调为高速基带数字信号。
在第二方面的可选实施方式中，所述基片集成波导90度电桥包括上下层金属、高频介质板、金属化通孔，所述上下层金属覆盖于高频介质板两侧，所述金属化通孔设置于上下层金属及高频介质板构成的整体上。
在第二方面的可选实施方式中，所述基片集成波导90度电桥的两个端口通过微带传输线与毫米波调制解调收发器连接。
在第二方面的可选实施方式中，所述基片集成波导90度电桥末端设置有夹角为90度的开口窄缝隙。
在第二方面的可选实施方式中，所述正交半模波导激励缝隙和正交模合成波导圆极化辐射器为一体化金属结构，固定在所述基片集成波导90度电桥上方。
本发明将毫米波收发电路与双圆极化天线实现一体化集成，达到较高的定向增益，通过较小电路尺寸实现短程超高速无线数字信号双向传输，解决了狭小空间的信号传输、天线旋转和任意角度摆放情况下（如自由旋转关节等）的信号极化对准和稳定传输问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
图1是本发明提供的毫米波双圆极化双向数传模块电路示意图
图2是本发明提供的毫米波双圆极化双向数传装置俯视图
图3是本发明提供的毫米波双圆极化双向数传装置侧视图
图4是本发明提供的毫米波双圆极化双向数传装置立体图
图5是本发明实施例的天线端口反射系数S11频响曲线
图6是本发明实施例的天线增益频响曲线
图7是本发明实施例的模块间收发互传归一化传输频响曲线；
图标：1-毫米波调制解调收发器；2-基片集成波导90度电桥；3-正交半模波导激励缝隙；4-正交模合成波导圆极化辐射器；5-高频介质板；6-金属化通孔；7-微带传输线；8-上下层金属；9-开口窄缝隙。
具体实施方式
为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，一种毫米波双圆极化双向数传模块，包括毫米波调制解调收发器1、基片集成波导90度电桥2、正交半模波导激励缝隙3、正交模合成波导圆极化辐射器4。毫米波调制解调收发器1，发射电路部分将发送的高速基带数字信号通过ASK或OOK制式直接调制到毫米波载频上并发送；接收电路部分接收毫米波频段宽带调制信号并进行检波解调，输出接收的高速基带数字信号。基片集成波导90度电桥2在宽带范围内对毫米波调制信号进行相等幅度、相位相差90度的发射分配和接收合成。正交半模波导激励缝隙3，通过基片集成波导缝隙形成差分电流实现基片集成波导到金属波导转换，两个垂直90度的半模金属波导缝隙形成电场激励圆形波导辐射器4的TE11模。
正交模合成波导圆极化辐射器4通过垂直的波导缝隙激励两个极化正交的TE11模，通过基片集成波导90度电桥2进行毫米波调制信号分配和合成，可以对收发形成左右旋双圆极化传输。
参考图5-7，本实施例提供的工作于V波段的60GHz的毫米波双圆极化双向数传模块，发射和接收基带数字信号传输码率最高可达5Gbps，模块天线通过正交TE11模式合成实现收发双圆极化分离，传输带宽达到6.5GHz，模块信号传输时波导圆极化天线之间角度可自由旋转，无需极化对齐，天线口径为8mm，圆波导天线增益9dbi，可以在狭小空间内实现高频宽带信号传输。
参考图2-4，本发明提供的第二实施例，包括依次设立在电路板上的毫米波调制解调收发器1、基片集成波导90度电桥2、正交半模波导激励缝隙3、正交模合成波导圆极化辐射器4。毫米波调制解调收发器1的毫米波收发信号端口与基片集成波导90度电桥2端口连接，毫米波调制解调收发器1的发射电路将输入的0-5Gbps 差分高速基带数字信号通过ASK调制方式与内部本振源混频，从而将数字信号调制到60GHz的毫米波载波上进行信号发送，毫米波收发器调制解调收发器1的接收电路部分通过非相干包络检波和比较，对接收到的毫米波数字调制信号进行解调，并以差分电平的形式将基带数字信号输出。
发射的毫米波调制信号通过基片集成波导90度电桥2实现信号分配，得到幅度相等、相位差90度的两路发射信号，两路发射信号在圆波导中以两个正交的TE11模合成右旋圆极化（RHCP）；接收的毫米波调制信号由左旋圆极化(LHCP)模式经过基片集成波导90度电桥2在接收输出口合成。
基片集成波导90度电桥2、正交半模波导激励缝隙3、正交模合成波导圆极化辐射器4构成的毫米波双圆极化双向数传装置的圆极化天线部分，基片集成波导90度电桥采用印刷电路板工艺实现，方便与毫米波调制解调收发器1互联和集成，该部分基片集成波导90度电桥结构由高频介质板5、上下层金属8和金属化通孔6构成，基片集成波导90度电桥的两个端口通过微带传输线7直接与毫米波调制解调收发器1相连，另外两个端口直接通过基片集成波导末端的夹角为90度的开口窄缝隙9对其上方的一组垂直的正交半模波导激励缝隙3进行激励。
正交半模波导激励缝隙3和正交模合成波导圆极化辐射器4使用一体的金属结构加工，直接压合在基片集成波导90电桥2所在的印刷电路板上，圆形波导内存在极化简并旋转的TE11模，两个垂直的半模波导激励缝隙可以在正交模合成波导圆极化辐射器4内形成两个正交的TE11模电磁场，同时具有良好的隔离特性；由90度电桥对激励的信号进行的90度相移，使得两个正交的TE11模式的电磁场相位相差90度，从而形成左旋或者右旋圆极化波，本实施例中发射信号经过90度电桥后在圆波导内合成右旋圆极化，并通过正交模合成波导圆极化辐射器4末端开口辐射至空间中，接收的左旋圆极化信号在两个半模波导缝隙处的场相位相差90°，通过90度电桥接收端端口处实现同相合成，实施例发射和接收使用单独的端口和不同的极化实现双向传输，两个极化共用正交模合成波导圆极化辐射器4口径。
图5-7给出了本发明实施例的端口反射、增益曲线和传输响应，从结果看出模块传输1dB带宽达到5GHz，其3dB带宽超过6.5GHz。本毫米波双圆极化双向数传模块及装置通过基片集成波导90度电桥，降低了毫米波信号损耗，提升了极化合成的功率分配的幅度平衡性和正交性，并降低了电路加工的PCB工艺敏感度，改善了天线的轴比性能；本发明工作在毫米波频段，支持双向收发，传输带宽达到6.5GHz以上，可以传输高达5Gbps的宽带数字信号；本发明模块天线增益高，尺寸小，模块间可以在狭小空间内旋转任意角度摆放并进行高速数字信号传输，易于与其他电路集成。
Claims (8)
1.一种毫米波双圆极化双向数传模块，其特征在于：包括毫米波调制解调收发器、基片集成波导90度电桥、正交半模波导激励缝隙和正交模合成波导圆极化辐射器；所述基片集成波导90度电桥与所述毫米波调制解调收发器连接，所述正交半模波导激励缝隙和所述基片集成波导90度电桥连接，所述正交模合成波导圆极化辐射器和所述正交半模波导激励缝隙连接。
2.根据权利要求1所述的毫米波双圆极化双向数传模块，其特征在于：所述毫米波调制解调收发器还包括发射电路和接收电路，所述发射电路用于将高速基带数字信号调制成毫米波数字信号传输至基片集成波导90度电桥，所述接收电路用于接收基片集成波导90度电桥输出的毫米波数字信号并解调为高速基带数字信号。
3.一种毫米波双圆极化双向数传装置，其特征在于：包括依次设立于电路板上的毫米波调制解调收发器、基片集成波导90度电桥、正交半模波导激励缝隙和正交模合成波导圆极化辐射器；所述基片集成波导90度电桥与所述毫米波调制解调收发器连接，所述正交半模波导激励缝隙和所述基片集成波导90度电桥连接，所述正交模合成波导圆极化辐射器和所述正交半模波导激励缝隙连接。
4.根据权利要求3所述的毫米波双圆极化双向数传模块，其特征在于：所述毫米波调制解调收发器还包括发射电路和接收电路，所述发射电路用于将高速基带数字信号调制成毫米波数字信号传输至基片集成波导90度电桥，所述接收电路用于接收基片集成波导90度电桥输出的毫米波数字信号并解调为高速基带数字信号。
5.根据权利要求3所述的毫米波双圆极化双向数传装置，其特征在于：所述基片集成波导90度电桥包括上下层金属、高频介质板、金属化通孔，所述上下层金属覆盖于高频介质板两侧，所述金属化通孔设置于上下层金属及高频介质板构成的整体上。
6.根据权利要求3所述的毫米波双圆极化双向数传装置，其特征在于：所述基片集成波导90度电桥的两个端口通过微带传输线与毫米波调制解调收发器连接。
7.根据权利要求3所述的毫米波双圆极化双向数传装置，其特征在于：所述基片集成波导90度电桥末端设置有夹角为90度的开口窄缝隙。
8.根据权利要求3所述的毫米波双圆极化双向数传装置，其特征在于：所述正交半模波导激励缝隙和正交模合成波导圆极化辐射器为一体化金属结构，固定在所述基片集成波导90度电桥上方。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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