作者 姜汝丹1，2 汪波1 1.京信通讯技能(广州)有限公司南京研制中心(江苏 南京 210014) 2.南京京迪通讯设备有限公司(江苏 南京 210014)
姜汝丹(1982-)，男，硕士，工程师，首要研讨方向：微波天线、微波与卫星通讯的天馈子体系。汪波(1989-)，本科，工程师，首要研讨方向：微波无源器材。
摘要：本文介绍了一种依据带通滤波器和环行器构建的频分复用的多工器，提出了工程规划及仿真流程，经过8GHz微波频段的2+1频分复用(FD)的多工器实例进行验证，完成311.32 MHz收发距离、28 MHz信号带宽的三工收发，且仿真与测验成果较为符合，规划办法合理、有用。
0 导言
微波通讯是现在世界上常用的无线通讯手法之一，广泛使用于数据传输、广播电视传送、卫星通讯、移动通讯等范畴。跟着微波通讯需求的增加，由微波天线组成的点对点或点对多点的通讯网络越来越密布，微波体系之间发生相互搅扰的潜在危险越来越大。因而，通讯网络期望所运用的设备数量要尽或许的少、功用尽或许的丰厚、一起室外全体体积尽或许的小，也便是期望尽量使一跳收发信机能够一起运用更多的信道和频谱资源，也便是期望在射频前端集成有频分复用的多工分合路器。尤其是关于大容量、长距离的微波传输体系，整个链路需求较多的信道数来确保传输容量。
传统的多工分合路器，一般都是选用耦合电桥加双工器/滤波器多级级联而成，这样的多工器结构比较杂乱，乃至为了补偿耦合电桥的传输插损，每个通道需求多个滤波器/双工器和多个耦合电桥，形成物理尺度较大、插损也较大，相应的本钱也比较高，尤其是运用耦合电桥，因其耦合量的存在形成一部分能量的丢失，并且很难完成一套设备具有收/发双工的双向传输功用，从而使体系的射频装备要翻倍。
立足于工程规划和优化，本文介绍了依据一种带通滤波器和环行器构建的频分复用的多工器[1,2]的工程实例及其规划仿真流程，不只全体结构紧凑，选用较少的器材完成收/发双工以及空间分集功用，使整个子体系的插损功能更优，并且功能杰出、工艺和本钱较优，并使用于实践工程产品。
1 多工器的根本结构
通讯体系中的多工器，其效果首要是区分宽带信号为若干窄带信号或许信道，一起由于微波网络的互异性，还要在同一部件内别离发射和接纳频段。多工器网络最常见的结构[2]有混合电桥耦合型结构、环行器耦合型结构、定向滤波器型结构、多支节耦合型结构等型式。考虑到工程使用及模块化规划的理念，本文选用的结构为环行器耦合型多工器。
如图1所示，最根本的环行器耦合型多工器，其每个信道由一个环行器和一个带通滤波器组成，环行器的单向性使其能够方便地进行模块化的集成规划，且信道滤波器之间能够做到无相互影响，结构较为简略、紧凑。每个信道的插入损耗为信道滤波器的插入损耗与信道途径上的一切环行器插入损耗之和，较混合电桥耦合型结构多工器有较小的链路插损，且比多支节耦合型多工用具有简练的规划和灵敏的频率规划等特色。
由于环行用具有方向性，经过挑选不同的分支端口，能够完成接纳或是发射信道，即构成频率复用的分路器或许合路器。
2 8GHz频段 2+1 FD多工器的规划
相关于10 GHz以上乃至毫米波频段的较大的雨衰特性，8 GHz频段为微波传输体系常用频段，尤其在主干网的点对点长距离、大容量传输有着广泛的使用。依照世界通讯联盟(ITU)的频段区分，如图2所示，8 GHz频段(7.725-8.500 GHz)在±275 MHz频段内，最多八个前向和八个回来频道的射频频道装备，每个频道最大可包容29.65 MHz带宽的信号，其收发距离为311.32 MHz[3]。
依据微波传输体系的使用需求，本文规划的8 GHz频段2+1 FD多工器其结构拓扑如图3所示，其间三个信道为接纳信道、三个信道为发射信道。依据结构拓扑，本文中的三工器的规划能够将详细器材的功能指标独立去耦，即独自对环行器和带通滤波器进行器材级规划，所以在体系级仿真软件AWRDE(AWR Design Environment)中进行建模。
美国NI公司的AWR规划环境高频软件[4]是一款微波/射频方面器部件和体系级规划的仿真东西，兼有电路和电磁场建模仿真，关于较为杂乱的微波无源子体系的仿真和优化具有较高的功率和准确性。考虑到总端口的环行用具有较好的方向性，收/发信道可去耦，即可别离对接纳和发射信道进行拆分，在AWRDE中进行建模，如图4所示。
值得特别注意的时，带通滤波器的功能指标是多工器的规划要点和难点。在惯例的140 Mbit/s容量或同步数字系列比特率的数字固定无线体系中，8 GHz频段体系作业的信号带宽为28 MHz，所以对每个信道的带通滤波器，需考虑温漂影响和相邻信道的“途径失真”[2,5]影响：即对相邻信道的给定频率的按捺超越40~50 dB，则简直对反射呼应没有影响;而若给定频率的按捺在5~10 dB之间，则将引起其通带内起伏和群时延的极大改变，引起信号带内失真。以发射信道[即图4(b)所示模型]为例，如图5所示，对其进行仿真，能够看出不同邻道按捺程度的对相邻信道的影响，每个信道的传输特性，除了自身信道滤波器的奉献外，还包含后接信道的反射特性，尤其是当按捺度不行时，每个信道的右侧会被相邻的更高频信道的左边影响，从而使信道内发生畸变。
比较于多支节耦合型多工器杂乱的规划和优化流程[2,5]，环行器耦合型多工器规划要点聚集到了信道滤波器的规划上，经过规划和优化信道滤波器完成多工器的体系功能。微波传输体系使用的多工器一般的作业温度要求是-5 ℃~+45 ℃，即50度的温变规模;另一方面，8 GHz频段的体系作业的信号带宽为28 MHz，相关于频谱规划的29.65 MHz的信道距离，两边共只要1.65 MHz的规划余量，由此针对滤波器自身的规划选型即要求高Q值且高热稳定性的类型，本文选用的作业形式为TE01δ的介质谐振器构成的腔体滤波器。关于单模介质腔体滤波器的规划[2,5-7]自身有较老练的办法和规划，其仿真东西有包含HFSS、uwave等商用软件，而关于多工器规划而言，首要是确认信道滤波器的功能要求，所以本文不再赘述介质滤波器的规划。依据仿真的状况，如图6所示，发射信道的信道滤波器规划功能要求无载Q值>12000，其功能大致为：-1 dB带宽26.5 MHz、-3 dB带宽30 MHz、且距离±29.65 MHz的按捺要求>55 dB。
3 样机及测验成果
依据仿真状况，如图3拓扑建立8 GHz频段2+1 FD多工器，其间环行器选用隔离度23 dB的结型环行器，信道滤波器选用七腔TE01δ单模介质滤波器，经过低损射频跳线完成体系建立，样机如图7所示，其低频带为发射信道，高频带为接纳信道，其仿真成果如图8所示，收/发链路中中心信道(即Ch2和Ch2’)的测验成果如图9所示，经过比照成果根本符合、仿真与测验的一致性较好;仅仅由于仿真链路中的损耗较为抱负(未核算跳线的插损和失配性插损)，而实践样机的插损会略大一些，但关于一般的微波传输体系而言，一跳收发链路的插损小于8.5 dB，可满意使用需求。
4 结语
本文介绍了一种使用在微波传输体系中的带通滤波器和环行器构建的多工器，完成311.32 MHz收发距离、28 MHz信号带宽的2+1 频分复用/收发三工，在AWRDE软件中进行体系建模与规划，经过实践样机进行比对，其仿真与测验成果较为符合，由此规划办法合理、有用。
参考文献：
[1]京信通讯体系(我国)有限公司. 一种频率复用和空间分集多工器[P]. CN203826520U, 2014.
[2]R.J. Cameron等著, 王松林等译. 通讯体系微波滤波器[M]. 北京:电子工业出版社, 2012.10.
[3]ITU-R F.386-9. 作业于8 GHz(7725-8500MHz)频段的固定无线体系的射频频道装备[S]. 2013/02.
[4]NI AWR Design Environment. http://www.awrcorp.com/
[5]R.J.Cameron, Ming Yu. Design of Manifold-Coupled Multiplexers[J]. IEEE Microwave Magazine, 2007, 10:46-59.
[6]京信通讯体系(我国)有限公司. 腔体介质滤波器[P]. CN101630768 A, 2010.
[7]NEC Corporation. Filter with Dielectric Resonators [P]. US4757289, 1988.
本文来源于《电子产品世界》2018年第11期第57页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
