ASK收发器 【技术领域】
本项发明涉及一个ASK收发器(幅移键控收发器)，它的独特之处在于采用NRD波导(无辐射介质波导)实现60GHz的ASK收发器。
背景技术
NRD波导是一种新型的波导，它由上、下两块间距不大于使用频率的半波长的导电板和插入到这两块导电板之间的无辐射传输线构成。
在高于30G的频率上，NRD波导有比微波传输带线路低的传输损耗，而且较普通的波导制造容易，电路构成简单。
NRD波导由于它在毫米波段的低损耗特点和电路构成简单，适用于雷达、区域访问网络等应用。在双向通讯中，对NRD波导的需求比单向通讯要大，如广播。在那些采用模块实现接收和发射的应用中，也需要用到NRD波导。
【发明内容】
本项发明提供一个在60GHz频域内的，用于NRD波导(无辐射介质波导)的ASK收发器。由于上、下两块导电板之间的间距必须要小于60GHz频率的半波长，所以，NRD波导地高为2.55mm，宽为2.5mm。不同的毫米波段的收发器，可根据本发明的收发器来实现。
本项发明的ASK收发器包括：一个振荡器单元，它包括一个安装有一个耿氏二极管30的耿氏二级管基座5，用于60GHz频域波的振荡；发射单元，其中，振荡信号通过用于传输振荡波到调制单元和平衡混频器单元的3dB耦合器经第一循环器传输到有空气间隙的幅度键控调制单元，并获得调制的信号，经第一循环器调制的信号由第二循环器传输到天线；接收单元，其中，接收的信号传至天线并通过第二循环器传输到平衡式混频器的3dB耦合器的一个输入端口，然后传输的信号与来自振荡器单元通过180度弯曲的局部振荡波混合，这样就可从两个肖特基二极管基座处得到中频信号。
本发明的发射单元不包含ASK调制单元的肖特基二极管基座和第一循环器一个端口之间的空气间隙。
本发明的接收单元不包含接收单元的两个肖特基二极管基座和平衡式混频器单元的3dB耦合器之间的空气间隙。
【附图说明】
图1为本发明的非介质辐射波导ASK收发器的透视图；
图2为非介质辐射波导ASK收发器的顶视图；
图3为非介质辐射波导ASK收发器的工作原理框图；
图4为振荡器单元的透视图，包括一个耿氏二极管和它的安装基座、模抑制器和一个带式谐振器；
图5为模抑制器的透视剖视图，该模抑制器抑制TE型波和LSE型波；
图6为带式谐振器长度与中心频率的关系曲线图；
图7为3dB耦合器的示意图。其以相等的输出将产生自振荡单元的振荡波传输到接收单元的平衡性混频器单元传输单元的调制单元；
图8为中心频率的变化曲线，其对应于3dB耦合器的两个弯曲之间的距离；
图9为第一循环器的透视图，它传输振荡信号到调制单元，将调制后的信号输出并传输到天线，第二循环器将接收自天线的信号传输到平衡混频器；
图10为插在第一循环器和第二循环器间的铁氧体谐振器的透视图；
图11为无反射终结器的透视剖视图；
图12为调制单元的透视图，包括用于ASK调制的肖特基二极管基座；
图13为ASK调制单元，入射波和输出波流向的顶视图；
图14为ASK调制单元，入射波和输出波流向的截面图；
图15为在介质衬垫上安装一肖特基二极管的肖特基二极管基座的顶视图；
图16为平衡式混频器的顶视图，说明RF(接收频率)、LO(局部振荡)和IF(中频)的流向；
图17为采用平衡式混频器时的转换损耗特性曲线。
附图标记的详细说明：
1：上层导电板
2：下层导电板
3，21，23，25，32，33，35，40，41，42：NRD波导
4：杆状天线
5：耿氏二极管安装基座5，其上安装有耿氏二极管30
6：带式谐振器
7：无反射终结器
8，22，24，26，31：模式抑制器
9：180度弯曲
10：铁氧体谐振器，由铁氧体盘27，28，特氟纶管29组成第一循环器
11：前特氟纶，安装在调制单元的肖特基二极管基座与第一循环器的空气间隙处
12：肖特基二极管基座，调制单元的肖特基二极管安装在其上
13：后特氟纶，安装在调制单元的肖特基二极管基座的后面
14：铁氧体谐振器，构成第二循环器
15，16：后特氟纶，安装在平衡式混频器单元上的肖特基二极管基座后面
17，18：肖特基二极管基座，其上安装有平衡式混频器单元的肖特基二极管
19，20：前特氟纶，安装在两个肖特基二极管基座与平衡式混频器单元的3dB耦合器之间
27，28：铁氧体磁盘
29：特氟纶管
30：耿氏二极管
34：金属(铜)薄膜，具有在每λ/4长度单元中宽度不同的扼流形状
36，38，39：高介电常数薄片，用以在非辐射介质波导和绝缘衬垫之间的阻抗匹配
37：肖特基二极管
43：阻抗薄片，水平插入NRD波导
【具体实施方式】
图1和图2为本发明所描述的NRD波导的ASK收发器的透视图和顶视图。图3为NRD波导的ASK收发器的工作原理框图。以下，将参考这些附图详细地解释本发明的首选实现方案。
如图3所示，耿氏二极管30产生振荡信号，振荡信号经3dB耦合器传输到调制单元和平衡式混频器单元。为了经3dB耦合器传输振荡信号到ASK调制单元，振荡波通过第一循环器传输到有空气间隙的ASK调制单元，这样便得到调制波。调制信号通过第一循环器，由第二循环器传输给天线然后被发射。由天线接收的信号，经第二循环器传输到平衡式混频器单元的3dB耦合器的一个输入端口。来自振荡单元的振荡信号同局部振荡波混合得到IF。
如图4所示，耿氏二极管30被用来产生60GHz频域的振荡信号，耿氏二极管的基座5用来散发耿氏二极管30工作时产生的热量。给耿氏二极管加上偏置电压产生振荡信号，由带式谐振器6用馈送到NRD波导。图5所示的模式抑制器用来抑制可能产生的不需要的模。
图6是带式谐振器的矩形金属薄膜的长度与中心频率的关系曲线。矩形金属薄膜贴在一块厚度为0.3mm、介电常数为2.56的绝缘衬垫上。
图7说明，3dB耦合器是由两个弯曲半径为25mm的弯曲组成。如果输入具有a输出的波，那么耦合输出变成输入波的输出的一半。图8是两个弯曲之间的间隙与耦合频率之间的关系曲线。
上述的3dB耦合器将有相同输出的振荡波传送到发射单元和接收单元。在发射单元中，振荡波作为载波，而在接收单元中，作为局部振荡波。
图9是循环器的透视图，它用作第一循环器10，将通过3dB耦合器将发射信号传输到ASK调制单元，并输出调制后的信号。它也用作第二循环器14，将从第一循环器来的调制信号传送到天线4，也将从天线4的RF(接收的频率)传送到平衡式混频器15，16。
循环器是典型的单向器件，换句话说，由于循环器是非对称形式，可能会产生不需要的模。这些不需要的模会导致传输损耗的增加。为此，本发明中，在循环器的铁氧体谐振器10，14和NRD波导21，23，25，彼此以120度的间隔之间加入模抑制器22，24，26，以防止不需要的模引起的传输损耗的增加。
图10说明了铁氧体谐振器10，14的结构。它被插入到循环器中间，由铁氧体盘27，28，特氟纶管29组成。在60GHz时，铁氧体盘的直径为2.8mm，厚度为0.78毫米，特氟纶管的高度为1.69mm。
图11说明了无反射终结器的结构，它用于吸收可能产生于第一循环器和3dB耦合器的反射波。阻抗薄片43的长度是15mm，其上的凹槽的长度是10mm。反射损耗低于25dB。
图12为实现ASK调制的调制单元透视图。图13为调制单元和入射波及反射波流向顶视图。图14为调制单元和入射波及反射波的流向截面图。通过在NRD波导35和肖特基二极管基座12之间设置空气间隙，使吸收和反射之间有比较大的区别。前特氟纶厚度为1.5mm，高介电常数薄片厚度为0.14mm，后特氟纶厚度为1.5mm。
图15说明安装在厚度为0.3mm，介电常数为2.56的介质衬垫12上的肖特基二极管30。
图16说明平衡式混频器的组成。它由3dB耦合器和两个肖特基二极管17，18组成。如同ASK调制单元一样，前特氟纶19，20以空气间隙放置在肖特基二极管基座17，18和3dB耦合器的NRD波导之间。通过在肖特基二极管基座和前特氟纶之间插入高电介常数薄片38，39来实现阻抗匹配。后特氟纶15，16被安放在肖特基二极管激座17，18的后部。
图17是信号接收中，使用平衡式混频器的变换损耗与中频频率的关系曲线。从曲线上可以看出，如果中频频率低于800MHz，那么转换损耗则低于10dB。
如果上述调制单元的幅度键控调制器的结构中没有使用空气间隙，那么高质量的调制特性可以更宽的带宽上获得。
如果上述平衡式混频器的结构中，没有使用空气间隙，那么在1.2GHz频率下，转换损耗都会低于10dB。
工业实用性
毫米波波带现在已经成为诸如局域网、短距离无线通讯、和交通控制用传感器等等领域应用关注的中心，而且近来在这个频段上的应用越来越多。体积小、性能高的毫米波集成电路是构成上述毫米波带系统应用必不可少的。
本发明提供了一种切实可行的方法构成毫米波波带集成电路，更进一步的是，本发明在单个模块中实现了接收和发射双向通讯。