環(huán)行器/隔離器在微波通信中的應用

1 前言
當今世界已進(jìn)入信息化時(shí)代，靈活、多樣、方便的通信手段已使人類(lèi)居住的地球變成了一個(gè)村落。據日本電子工業(yè)振興會(huì )預測，2010年世界電子信息產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)將達34萬(wàn)億美元，年均增長(cháng)率為7.4%，其中通信設備工業(yè)市場(chǎng)將達到3636.5億美元，年均增長(cháng)率為6.6%；電子整機銷(xiāo)售年均增長(cháng)4.6%，電子元器件年均增長(cháng)率為6.7%。中國電子信息產(chǎn)業(yè)今后十年將保持3倍于國民生產(chǎn)總值增長(cháng)率即年均增長(cháng)率20%的速度發(fā)展，現代通信與網(wǎng)絡(luò )是重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。至2005年，通信產(chǎn)業(yè)業(yè)務(wù)收入1萬(wàn)億元，年增長(cháng)率23.3%；制造業(yè)收入達2.5萬(wàn)億元，年增長(cháng)率20%，年銷(xiāo)售收入1.5萬(wàn)億元，年增長(cháng)20%，出口1000億美元，年增長(cháng)率15%；

通信能力：光纜總長(cháng)250萬(wàn)公里，基本覆蓋全國城鄉，固定交換設備總容量超過(guò)3億門(mén)，移動(dòng)通信交換總容量超過(guò)3.6億戶(hù)?？梢?jiàn)國際國內通信產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)特別是國內市場(chǎng)多么的巨大。

10^－9μm～1mm的電磁場(chǎng)，其中包括了無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、光波及γ射線(xiàn)等。而無(wú)線(xiàn)電波又分為長(cháng)波、中波、短波和微波。作為通信手段，其過(guò)程如圖1所 示。其中聲音、圖像、數據等信息為第一載體，電磁波為第二載體，必須將第一載體加于第二載體上，通信才能實(shí)現。作為通信系統可分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩大類(lèi)，用無(wú) 線(xiàn)電波傳送的則為無(wú)線(xiàn)通信，而用長(cháng)、中、短波的無(wú)線(xiàn)通信稱(chēng)為普通無(wú)線(xiàn)通信；用微波進(jìn)行通信手段的則稱(chēng)為微波通信，它是現代無(wú)線(xiàn)通信的主力軍。

300MHz～300GHz的無(wú)線(xiàn)電波，其頻帶寬度為299.7GHz，占整個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻帶的99.9%，這是一個(gè)十分可貴的頻率資源。而微波又分為分米波、厘米波和毫米波頻段，其信道頻帶寬度分別為幾MHz、幾十MHz和上千MHz。若一路電視廣播占用4～8MHz的話(huà)，一部毫米波發(fā)射機可同時(shí)發(fā)送幾百套電視節目；若以一路電視所占用頻寬為1500路電話(huà)的頻帶寬度來(lái)計算的話(huà)，則毫米波通信系統可同時(shí)傳送幾十萬(wàn)路電話(huà)?？梢?jiàn)微波通信的通信潛力十分巨大。 /隔離器器件則是極為重要的一大類(lèi)高頻元器件。

2 環(huán)行器/隔離器在微波通信中的地位與作用
80%以上都用于軍事上，如精密制導雷達、艦載雷達、機載、遠程警戒預警雷達，導航和炮描雷達等都采用了相控陣天線(xiàn)。例如海灣戰爭中，美國威力顯赫的“愛(ài)國者”導彈主要依靠了相控陣雷達技術(shù)，而鐵氧體移相器則是相控陣技術(shù)的關(guān)鍵元件之一。在AV/MPQ導彈系統中使用了5161個(gè)X波段鐵氧體移相器，它可以同時(shí)監視100個(gè)目標，同時(shí)跟蹤8個(gè)目標，同時(shí)制導8枚導彈。冷戰結束后，美俄等發(fā)達國家，也實(shí)行了“軍轉民”戰略，微波鐵氧體器件開(kāi)始大量向民用方面轉移，所以在衛星通信、微波通信、微波能應用、工農醫療等方面獲得了廣泛應用，市場(chǎng)日益擴大。

3 應用與市場(chǎng)
3.1 微波通信的方式
3.1.1 衛星通信:由地球站、通信衛星、轉發(fā)器、接收站組成，其工作頻段有S、C、X、K波段，即將開(kāi)發(fā)的有V、Q和M波段。

3.1.2 微波接力通信:由始發(fā)站、中繼（接力）站和終端站組成，它是利用電磁波沿地面直線(xiàn)傳播，中繼站間的距離50km，工作頻段為150MHz至20GHz，其典型頻段是2GHz、4GHz、6GHz、7GHz、8GHz、9GHz、11GHz、12GHz和20GHz，費用低，頗受歡迎。

3.1.3 移動(dòng)通信它：是在移動(dòng)用戶(hù)間，移動(dòng)用戶(hù)與固定站或移動(dòng)站之間的通信，其業(yè)務(wù)是：無(wú)線(xiàn)通電話(huà)——便攜式或雙向無(wú)線(xiàn)電話(huà)；無(wú)線(xiàn)傳呼系統——單向、雙向；調度系統——車(chē)隊調度等；移動(dòng)電話(huà)；無(wú)線(xiàn)電數據包交換；工作頻段為超高頻、L、C和Ku波段等。

3.1.4 無(wú)線(xiàn)電系統包括點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)用戶(hù)無(wú)線(xiàn)電通信系統，特別適宜于農村和城市近郊，工作頻段是短波，特高頻，L、S、K波段等。

3.1.5 有線(xiàn)微波傳輸：它有同軸、波導等之分，特別是長(cháng)距離通信優(yōu)于微波中繼通信。

3.1.6 散射通信工作頻率為400～6000MHz，可靠性高達99.9%。
總之，微波通信的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)線(xiàn)增益高，方向性強，通信容量大，穩定性好，信噪比高，可靠性好，但網(wǎng)靈活性大，投資和維護費用低；若將模擬式轉換為數字式，更易于加密處理，抗干擾性更強，效率更高。上述各種微波通信方式都離不開(kāi)鐵氧體環(huán)行器、隔離器，凡微波發(fā)射、接收、傳輸系統中都有它的應用。

3.2 在微波通信中的應用
環(huán)行器/隔離器在現代通信中占有重點(diǎn)地位，起著(zhù)其他元器件不可替代的作用?，F就它在移動(dòng)通信和微波中繼通信中的具體應用，著(zhù)重介紹如下。

3.2.1 在移動(dòng)通信中的應用
移動(dòng)通信系指移動(dòng)用戶(hù)之間、移動(dòng)通用戶(hù)與固定站之間或移動(dòng)臺之間的一種通信，如圖2所示。

移動(dòng)通信已經(jīng)歷了模擬語(yǔ)音移動(dòng)通信（第一代）、數字語(yǔ)音移動(dòng)通信（第二代）如GSM、CDMA兩 代，現已進(jìn)入了能覆蓋全球的多媒體通信——第三代，其主要特點(diǎn)之一是可以實(shí)現全球漫游，使任意時(shí)間、任意地點(diǎn)、任意人之間的交流成為可能；將來(lái)還要發(fā)展到 第四代——高速移動(dòng)通信。這些系統都屬于無(wú)線(xiàn)通信之列，它們都要采用微波作為傳輸手段，因此微波鐵氧體環(huán)行器、隔離器是不可缺少的基本器件。

隔離器在移動(dòng)通信中的應用主要是在基臺（站）和移動(dòng)臺系統中。而在基臺和移動(dòng)臺中主要作收、發(fā)信機的天線(xiàn)共用裝置（雙工器或多工器），在發(fā)射和接收系統中作功率放大器、開(kāi)關(guān)放大器的輸入和輸出隔離以及在測量系統中起去耦作用，里已有較好論述，在此不再論及，但就一些應用實(shí)例以及在當前數字式手持電話(huà)的應用作一介紹。 1）中繼器和基臺無(wú)線(xiàn)設備 LCX）原理作成列車(chē)隧道通信系統時(shí)，當隧道很長(cháng)時(shí)要在隧道內增設幾個(gè)中繼器才能實(shí)現有效通信，圖3a、b分別示出了直接放大式中繼器（外用、內用）組成方框圖。在這兩個(gè)中繼器中均要使用環(huán)行器作功率分配與合成器、雙工器。

在基臺無(wú)線(xiàn)設備中，由于移動(dòng)臺和波道很多，必須對互調作充分、仔細考慮。當基臺分散配置時(shí)，一個(gè)移動(dòng)臺將會(huì )收到幾個(gè)發(fā)射天線(xiàn)所發(fā)出的強弱不同的信號會(huì )產(chǎn)生頻率相互調制，干擾有用信號的接收；各波道間也必然會(huì )產(chǎn)生互調產(chǎn)物。為此在發(fā)信系統中采用了集中基臺方式，如圖4所示。這時(shí)共用一個(gè)發(fā)射天線(xiàn)，利用橋接電路和環(huán)行器實(shí)現了一付基臺發(fā)射天線(xiàn)可供64個(gè)波道使用，而且在每一個(gè)發(fā)信機線(xiàn)路上使用了一個(gè)隔離器。在基臺接收系統中，由于每一波道的分配損失太大，利用一付天線(xiàn)不能達到全部波道共用的要求，所以采取一付天線(xiàn)16個(gè)波道共用的方式，如圖5所示，而每一收信機線(xiàn)路中又使用了一個(gè)隔離器。

2）手持式數字電話(huà)系統
隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對其環(huán)行器/隔離器的基本要求則是高性能（低插入損耗、高隔離度、寬頻帶、高功率及高的溫度穩定性等）、小型輕量、低成本，尤其是用于手機中的器件，小型輕量與低成本顯得特別重要。用于手持式數字電話(huà)系統的環(huán)行器/隔離器同樣是作天線(xiàn)共用器和發(fā)射功率放大器輸出隔離去耦，如圖6、圖7所示。

微波中繼（接力）通信是利用微波頻段的無(wú)線(xiàn)電波傳遞信息的。由于大地對微波要強烈吸收，電離層又不能反射，所以沿地面是直視傳播，其傳播距離稱(chēng)為視距。所謂視距離是指當天線(xiàn)高度一定時(shí)微波直接傳播的距離。中繼線(xiàn)標準距離為2500公里，插在中間的主要微波站為主站，線(xiàn)路兩端的為終端站，主站為雙向性的，其設備比終端站多一倍，站間距離為50公里。 /隔離器主要用于發(fā)、收信設備的高頻系統（圖8）中，其中包括發(fā)信輸出單元、混頻單元、發(fā)信本振（圖8a）以及收信單元、收信本振（圖8b）。環(huán)行器均是接在單向器（隔離器，即在環(huán)行器的第三端上接以匹配負載）的形式，主要起級間隔離作用。