一种多入多出腔体输出多工器，通过在结构上将多个多工器腔体与和合路结构一体化设计，精确计算多工器与合路结构尺寸，合理设置通道滤波器的耦合矩阵，优化多工器及合路结构的相位，实现多入多出腔体输出多工器的电特性设计。避免了传统设计中用隔离器，多工器二次级联等问题，从而有效提高电特性，降低产品的整体体积、质量，大大的简化了系统设计，具有可以在不同信道间灵活使用功率放大器，输出组合灵活等诸多优点，解决了宽带通信卫星转发器灵活应用的难题。应用的难题。应用的难题。
【技术实现步骤摘要】
一种多入多出腔体输出多工器及设计方法
[0001]本申请涉及一种多入多出腔体输出多工器及设计方法，属于微波滤波器、多工器领域。
技术介绍
[0002]输出多工器是卫星有效载荷转发器系统的重要组成部分，通常用以实现高功率信道的组合功能，其性能直接影响着转发器通道的通信品质。随着卫星事业的迅速发展，促进了宽带通信卫星(HTS卫星)的发展，与传统的固定业务通信卫星(FSS卫星)相比较，其具有多点波束覆盖、频率复用、高增益、抗干扰性能优越等诸多优点。多入多出输出多工器是有效载荷的关键部件，其主要功能是对射频通道进行分路、滤波与合路。
[0003]为了适应HTS卫星的发展需求，多入多出输出多工器开始步入人们的视线，其可以将不同多路信号分解器(DeMUX)输出的多个窄带信号任意合成，并进行输出。返向输出多工器通常包括一个输入端口，以及多个输出端口，多工器需要合路的输出端口通过隔离器与其他需要合路的输出端口连接，实现合路。传统设计无法实现多输入端口的分路
‑
滤波
‑
合路，且整体结构复杂，体积重量较大。
技术实现思路
[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种多入多出腔体输出多工器，针对空间大功率宽带通信系统，实现多路宽带信号的分路、滤波再合成是主要功能。本专利技术为一体化设计提出的多入多出输出多工器，可以通过电路综合、结构排列、仿真优化等手段在不降低设计效率和设计精度的前提下，去掉隔离器，并且仅需要设计一次信道滤波器，从而有效降低输出多工器整体的体积、质量和风险系数。产品具有体积更小，损耗小、质量轻、风险系数低，集成度高，并且不同信道可以灵活使用功率放大器，输出组合灵活等诸多优点。解决了宽带通信卫星灵活应用信道的难题。
[0005]本申请采用如下的技术方案：
[0006]一种多入多出腔体输出多工器，包括：至少两个多工器腔体，多工器腔体包括多分支波导、与多分支波导耦合的多个通道滤波器，多分支波导设有输入端口；不同多工器腔体的通道滤波器侧面并靠在一起，不同多工器腔体的需要合路的通道滤波器相对，且相对的需要合路的通道滤波器的输出端口连接同一合路器。
[0007]所述多工器腔体与合路器之间设有相位垫片。
[0008]宽带信号分别从所述多工器腔体的输入端口输入到多工器腔体内，通过多分支波导，由多个通道滤波器进行滤波器分路，分路后的窄带信号再根据应用要求实现频率合成，多入多出腔体输出多工器实现信号的分路、滤波和合路功能，多入多出腔体输出多工器包含了多个输入端口、多个输出端口及多路通道滤波器。
[0009]所述多工器腔体内部设计有多个通道滤波器对信号进行滤波，通道滤波器按照波束频率划分，可以把一个宽带信号按照频率划分为多个窄带信号。
[0010]不同所述多工器腔体的输入信号为互不相关的宽带信号，输入信号频率有交叠或各不相同。当信号从输入端口进入多工器腔体内部时，通过多分支波导分路进入通道滤波器内部进行滤波，部分信号从输出端口直接输出，部分信号通过合路器和其它频率信号进行合路后再从输出端口输出。
[0011]所述多工器腔体个数为2～5个，从每个通道滤波器的输入端口输入的宽带信号为2～5路，从输出端口输出的信号为2～16路。
[0012]每个所述多工器腔体包含的通道滤波器个数为2～10个；每个合路器连通2～4路的通道滤波器，即合路器合成2～4路通道滤波器的窄带信号。
[0013]所述通道滤波器为带倒角的方形谐振腔体或圆形谐振腔体，每个通道滤波器的谐振腔体个数选择3～5个，谐振腔体间产生耦合窗。谐振腔体选在同一平面上择水平或垂直或斜方向排列。
[0014]通道滤波器是由多个谐振器级联而成，本专利技术中的谐振器采用了腔体结构形式，所以叫谐振腔体。
[0015]所述多分支波导内设计有补偿柱，位于多分支波导侧壁正对于通道滤波器的谐振腔体。
[0016]相并靠的两个所述多工器腔体在一个结构件正反面加工而成。多工器腔体的输入端口为水平方向，多工器腔体的输出端口为垂直方向。输入端口和输出端口为波导形式，选择标准波导或减高波导，多入多出腔体输出多工器选择立式或者卧式安装。
[0017]所述通道滤波器的谐振器选择采用波导滤波器或介质滤波器或同轴滤波器。
[0018]一端耦合所述多分支波导、一端连接合路器的通道滤波器的输入耦合量与输出耦合量相等。
[0019]所述通道滤波器两端口的谐振腔室进行反向失谐，通道滤波器一端的谐振腔室的频率高于通道滤波器的中心频率，通道滤波器另一端的谐振腔室的频率低于通道滤波器的中心频率。
[0020]一般的，所述通道滤波器两端的谐振腔室的频率低于或高出通道滤波器的中心频率的量为变化值，变化值为通道滤波器带宽的30
‑
70％。
[0021]各路所述通道滤波器的中心频率为3GHz～50GHz。
[0022]一种多入多出腔体输出多工器的设计方法，包括：
[0023]S1:通道滤波器的耦合矩阵的输入耦合量等于输出耦合量，并结合滤波器综合方法，获得通道滤波器的输入和输出耦合矩阵；
[0024]S2:结合通道滤波器的输入和输出耦合矩阵、通过特征模求解器计算得到通道滤波器的中心频率，根据通道滤波器的中心频率，对通道滤波器两端口的谐振腔室进行反向失谐，获得通道滤波器两端口的谐振腔的频率；
[0025]S3:由本征模求解方式得到通道滤波器的谐振腔体之间的腔间耦合窗，在商用仿真软件HFSS中建立具有该腔间耦合窗的两腔的模型，通过特征模求解器计算出两腔之间的耦合量，两腔之间的耦合量等于耦合系数与设计带宽的乘积，即：Coup＝M
ij
×
B
w
，其中M
ij
为对应耦合系数，具体的M
ij
为通道滤波器的耦合矩阵第i行第j列的耦合系数；B
w
为设计带宽；Coup为两腔之间的耦合量；
[0026]利用对应耦合矩阵计算获得通道滤波器的输入输出耦合窗口，调整耦合窗大小，
使仿真的群时延与耦合矩阵计算出的群时延相等，得出滤波器的输入输出窗口耦合窗口尺寸；
[0027]S4:根据步骤S1
‑
S3的计算结果，对通道滤波器进行整体仿真，根据仿真结果，设计多工器的具体结构。
[0028]综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
[0029](1)通过多入多出输出多工器设计技术把分路、滤波、合路等多个功能集合于一体，与传统技术相比省去了隔离器及合路时使用的滤波单元。
[0030](2)通过多入多出输出多工器设计技术实现了系统灵活使用功率放大器，输出组合灵活的需求，转发器系统可以根据实际使用状态调整应用状态，实现系统柔性设计，根据使用状况提升了频率、功率的使用效率。
[0031](3)一体化设计使整个物理结构非常紧凑，尺寸更小、质量更轻。
[0032](4)通过多入多出输出多工器设计技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多入多出腔体输出多工器，其特征在于：包括至少两个多工器腔体，每个多工器腔体均包括多分支波导(111)、与多分支波导(111)耦合的多个通道滤波器(112)，多分支波导(111)设有输入端口(7)；不同多工器腔体的通道滤波器(112)侧面并靠在一起，不同多工器腔体的需要合路的通道滤波器(112)相对，且相对的需要合路的通道滤波器(112)的输出端口连接同一合路器。2.根据权利要求1所述的一种多入多出腔体输出多工器，其特征在于：所述多工器腔体与合路器之间设有相位垫片(6)。3.根据权利要求1所述的一种多入多出腔体输出多工器，其特征在于：不同所述多工器腔体的输入信号为互不相关的宽带信号，输入信号频率有交叠或各不相同。4.根据权利要求1所述的一种多入多出腔体输出多工器，其特征在于：所述通道滤波器(112)包括多个谐振腔体，谐振腔体为带倒角的方形谐振腔体或圆形谐振腔体，谐振腔体间产生耦合窗。5.根据权利要求1所述的一种多入多出腔体输出多工器，其特征在于：所述多分支波导(111)内设有补偿柱(5)，补偿柱(5)位于多分支波导(111)正对于通道滤波器(112)谐振腔体的侧壁。6.根据权利要求1所述的一种多入多出腔体输出多工器，其特征在于：相并靠的两个所述多工器腔体分别位于一个结构件的正面和反面。7.根据权利要求1所述的一种多入多出腔体输出多工器，其特征在于：一端耦合所述多分支波导(111)、一端连接合路器的通道滤波器(112)的输入耦合量与输出耦合量相等。8.根据权利要求7所述的一种多入多出腔体输出多工器，其特征在于：所述通道滤波器(112)两端口的谐振腔室进行反向失谐，通道滤波器(112)一端的谐振腔室的频率高于通道滤波器(112)的中心频率，通道滤波器(112)另一端的谐振腔室的频率低于通道滤波...
【专利技术属性】
技术研发人员：李军，夏亚峰，周颖，许飞，李世康，张恒，王佳，董坤坤，郭洪英，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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