实现CCDP系统功能的双极化双工设计方法

  新一代通信系统的数据传输能力需求呈持续上升趋势。因此，回传系统的信道容量也必须改进，以适应相应增加的传输需求。解决方案之一是使用“共通道双极性”(co-channel dual-polar，CCDP)：在一个信道中可以使用垂直和水平两种极化方式互不干扰地传输两路频率相同的信号，从而将信道容量增加为原来的2倍。然而，在如今微波通信的工作频段越来越高，器件日趋小型化的要求下，CCDP方案的实现极具挑战：如何以更小的尺寸，更简单的结构设计保证优良性能，是当前产业界和学术界共同关注的问题。

  CCDP的微波通道设计一般是通过一个独立的正交模式转换器（OMT）连接两个独立的双工器。前者将不同极化方式的信号分隔开，而后者则将同一极化方式下不同频带的信号分隔开，从而实现极化分离以及频率复用。但是，正交模转换器中添加了各种膜片或者螺钉结构，器件结构较为复杂，不利于低成本加工和批量制造。另外，在较高频段工作的器件，即使较小的加工误差也会导致性能产生严重恶化。最后，无线通信应用中，大多数微波器件都需满足统一的接口排布方式，而OMT的物理端口一般却是正交的，导致在实现过程中不得不添加一些波导拐弯或者扭波导来满足接口要求，显著增加了系统的体积，也进一步增大了生产的复杂度和成本。

  西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室吴秋逸课题组首次提出了一种实现CCDP系统功能的双极化双工（Dual-Polarized Diplexers，DPDIP）的设计方法。通道滤波器直接连接在一个改进的转门角公共结（Turnstile Junction）上。无需独立的OMT即可实现与传统CCDP系统相同的功能。与CCDP系统相比，该方法无需附加在OMT上的不容易处理的拐弯波导或扭转器，以及单个双工器必需的公共结，从而实现极简设计。基于上述方法，给出了一种结构简单的工作于ka波段DPDIP器件。在指定频段内(36.49GHz~ 36.51GHz和36.22GHz ~ 36.23GHz)，回波损耗优于20dB。中心频率的插入损耗仅为1.75dB，工作频带内的插入损耗小于2.3dB。在相同极化的条件下，不同频率的两个通道之间的隔离度为70dB；在不同极化条件下，相同频率的两个通道之间的隔离度为30dB。相关研究成果以“Dual Polarized Diplexer Using Turnstile Junction”为题，发表于IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 69, no. 8, pp. 3804-3810, Aug. 2021, doi: 10.1109/TMTT.2021.3080694。吴秋逸副教授为本文的第一作者，西安电子科技大学硕士生杨飞为学生第一作者，杨毅民教授为论文的共同作者。

图1 CCDP系统框图    图2 DPDIP系统框图

图3 DPDIP器件

     (a)                       (b)

      (c)

图4 仿真与实测结果对比 （a）水平极化通道（b）垂直极化通道（c）水平极化通道与垂直极化通道之间的隔离度

　　

      审核编辑：彭静