環(huán)行器/隔離器在微波通信中的應用

1 前言
當今世界已進入信息化時代，靈活、多樣、方便的通信手段已使人類居住的地球變成了一個村落。據(jù)日本電子工業(yè)振興會預測，2010年世界電子信息產(chǎn)業(yè)市場將達34萬億美元，年均增長率為7.4%，其中通信設備工業(yè)市場將達到3636.5億美元，年均增長率為6.6%；電子整機銷售年均增長4.6%，電子元器件年均增長率為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)總值增長率即年均增長率20%的速度發(fā)展，現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡是重點發(fā)展領域之一。至2005年，通信產(chǎn)業(yè)業(yè)務收入1萬億元，年增長率23.3%；制造業(yè)收入達2.5萬億元，年增長率20%，年銷售收入1.5萬億元，年增長20%，出口1000億美元，年增長率15%；

通信能力：光纜總長250萬公里，基本覆蓋全國城鄉(xiāng)，固定交換設備總容量超過3億門，移動通信交換總容量超過3.6億戶?？梢妵H國內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)市場特別是國內(nèi)市場多么的巨大。

10^－9μm～1mm的電磁場，其中包括了無線電波、紅外線、光波及γ射線等。而無線電波又分為長波、中波、短波和微波。作為通信手段，其過程如圖1所 示。其中聲音、圖像、數(shù)據(jù)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，通信才能實現(xiàn)。作為通信系統(tǒng)可分為有線和無線兩大類，用無 線電波傳送的則為無線通信，而用長、中、短波的無線通信稱為普通無線通信；用微波進行通信手段的則稱為微波通信，它是現(xiàn)代無線通信的主力軍。

300MHz～300GHz的無線電波，其頻帶寬度為299.7GHz，占整個無線電頻帶的99.9%，這是一個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，一部毫米波發(fā)射機可同時發(fā)送幾百套電視節(jié)目；若以一路電視所占用頻寬為1500路電話的頻帶寬度來計算的話，則毫米波通信系統(tǒng)可同時傳送幾十萬路電話?？梢?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/微波通信">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。例如海灣戰(zhàn)爭中，美國威力顯赫的“愛國者”導彈主要依靠了相控陣雷達技術，而鐵氧體移相器則是相控陣技術的關鍵元件之一。在AV/MPQ導彈系統(tǒng)中使用了5161個X波段鐵氧體移相器，它可以同時監(jiān)視100個目標，同時跟蹤8個目標，同時制導8枚導彈。冷戰(zhàn)結束后，美俄等發(fā)達國家，也實行了“軍轉民”戰(zhàn)略，微波鐵氧體器件開始大量向民用方面轉移，所以在衛(wèi)星通信、微波通信、微波能應用、工農(nóng)醫(yī)療等方面獲得了廣泛應用，市場日益擴大。

3 應用與市場
3.1 微波通信的方式
3.1.1 衛(wèi)星通信:由地球站、通信衛(wèi)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 移動通信它：是在移動用戶間，移動用戶與固定站或移動站之間的通信，其業(yè)務是：無線通電話——便攜式或雙向無線電話；無線傳呼系統(tǒng)——單向、雙向；調度系統(tǒng)——車隊調度等；移動電話；無線電數(shù)據(jù)包交換；工作頻段為超高頻、L、C和Ku波段等。

3.1.4 無線電系統(tǒng)包括點對點、一點對多點用戶無線電通信系統(tǒng)，特別適宜于農(nóng)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 有線微波傳輸：它有同軸、波導等之分，特別是長距離通信優(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)點是：無線增益高，方向性強，通信容量大，穩(wěn)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(shù)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鐵氧體環(huán)行器、隔離器，凡微波發(fā)射、接收、傳輸系統(tǒng)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(xiàn)代通信中占有重點地位，起著其他元器件不可替代的作用?，F(xiàn)就它在移動通信和微波中繼通信中的具體應用，著重介紹如下。

3.2.1 在移動通信中的應用
移動通信系指移動用戶之間、移動通用戶與固定站之間或移動臺之間的一種通信，如圖2所示。

移動通信已經(jīng)歷了模擬語音移動通信（第一代）、數(shù)字語音移動通信（第二代）如GSM、CDMA兩 代，現(xiàn)已進入了能覆蓋全球的多媒體通信——第三代，其主要特點之一是可以實現(xiàn)全球漫游，使任意時間、任意地點、任意人之間的交流成為可能；將來還要發(fā)展到 第四代——高速移動通信。這些系統(tǒng)都屬于無線通信之列，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。

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

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

2）手持式數(shù)字電話系統(tǒng)
隨著移動通信技術的不斷發(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(wěn)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(shù)字電話系統(tǒng)的環(huán)行器/隔離器同樣是作天線共用器和發(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線電波傳遞信息的。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，其傳播距離稱為視距。所謂視距離是指當天線高度一定時微波直接傳播的距離。中繼線標準距離為2500公里，插在中間的主要微波站為主站，線路兩端的為終端站，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(tǒng)（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。