CN119495953A - 极化旋转器 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及一种极化旋转器(200A、200B)和包括该极化旋转器(2802)的通信设备(2800)。在一方面，极化旋转器(200A、200B)包括第一部分(202、208)；以及连接到第一部分(202、208)的第二部分(204、210)，其中第一部分(202、208)和第二部分(204、210)具有(i)具有样条曲线轮廓的第一形状(406)或(ii)通过组合部分矩形(1740)和多个具有不同半径的部分圆(1734、1736、1738)而形成的第二形状(1732)。极化旋转器更有效，并且可以实现更好的带宽控制和显著改善的阻抗匹配。

Description

极化旋转器

技术领域

各种示例实施例总体涉及通信领域，并且具体地涉及一种极化旋转器和包括该极化旋转器的通信设备。

背景技术

下一代回程网络的架构应该能够提供新兴应用所需的日益增长的数据速率需求，例如自动驾驶车辆、先进的工业自动化和控制系统、重型云计算、尖端人工智能、全息传输和密码术。在全球范围内积极追求第六代(6G)移动通信系统是完全合理的，因为它承诺提供多种优势。然而，要建设下一代网络，开发所有必要的射频(RF)网络组件至关重要。

因此，几个侧重于开发这些组成部分的项目已经开始。其中一个项目旨在评估在毫米波波段(D波段)运行的卫星链路的可行性。这涉及对D波段目前可用的射频技术进行全面评估，以及分析6G卫星系统的潜力。在电信行业，工作在D波段的射频模块，包括收发器、滤波器、放大器和天线，都是经过实验表征的。这些模块是专门为支持6G技术而设计的。另一个项目旨在确定从5G的吉比特每秒(Gbps)演进到6G通信的太比特每秒(Tbps)的关键技术推动因素。

发明内容

总体上，本公开的示例实施例提供了一种极化旋转器和包括该极化旋转器的通信设备。例如，由本公开的示例实施例提供的极化旋转器可以允许更好的带宽控制、容易加工和改进的阻抗匹配。

在第一方面，提供了一种极化旋转器。极化旋转器可以包括第一部分；以及连接到第一部分的第二部分，其中第一部分和第二部分是(i)具有样条曲线外形的第一形状或(ii)通过将部分矩形和多个具有不同半径的部分圆组合而形成的第二形状。

在一些示例实施例中，第一部分和第二部分可以是第一形状，并且可以彼此围绕垂直平面旋转对称。

在一些示例实施例中，样条曲线可以是由多个子函数限定的闭合曲线，并且多个子函数中的子函数可以限定样条曲线的段。

在一些示例实施例中，可以通过基于多个点对多个二次多项式函数进行内插来确定样条曲线。在一些示例实施例中，多个二次多项式函数中的二次多项式函数可以由多个系数和多个正整数幂变量限定。

在一些示例实施例中，样条曲线可以经过多个点或位于基于多个点确定的多边形内。

在一些示例实施例中，用于确定样条曲线的多个点的数目可以包括在十五至二十五之间。

在一些示例实施例中，第一部分和第二部分可以具有第二形状并且彼此轴对称。

在一些示例实施例中，不同半径可以在远离部分矩形的方向上逐渐减小。

在一些示例实施例中，多个部分圆的数目可以是三个。

在一些示例实施例中，第一距离可以在多个部分圆中的第一部分圆的第一中心和部分矩形的边缘之间。在一些示例实施例中，第二距离可以在多个部分圆中的第二部分圆的第二中心和第一中心之间。在一些示例实施例中，第三距离可以在多个部分圆中的第三部分圆的第三中心和第二中心之间。在一些示例实施例中，第一距离、第二距离和第三距离可以相同，也可以不同。

在一些示例实施例中，部分矩形和多个部分圆的中心可以沿着水平轴对齐，使得部分矩形和多个部分圆的中心在垂直轴上没有位移。

在一些示例实施例中，部分矩形可以具有圆角。在一些示例实施例中，对应于部分矩形的完整矩形的长度和宽度可以相同，也可以不同。

在一些示例实施例中，第一部分圆的第一半径可以约为0.55毫米。在一些示例实施例中，第二部分圆的第二半径可以约为0.28毫米。在一些示例实施例中，第三部分圆的第三半径可以约为0.17毫米。

在一些示例实施例中，第一距离可以约为0.62毫米。在一些示例实施例中，第二距离可以约为0.34毫米。在一些示例实施例中，第三距离可以约为0.20毫米。在一些示例实施例中，整个矩形的长度可以约为1.15毫米。在一些示例实施例中，整个矩形的宽度可以约为0.43毫米。

在一些示例实施例中，极化旋转器可以包括连接第一部分和第二部分的波导部。

在一些示例实施例中，第一部分和第二部分可以是第一形状，并且极化旋转器的厚度可以约为0.3毫米。

在一些示例实施例中，第一部分和第二部分可以是第二形状，并且极化旋转器的厚度可以约为0.52毫米。

在一些示例实施例中，第一部分和第二部分中的每个可以具有金属外壳。在一些示例实施例中，金属外壳的内部可以是真空或空气。

在一些示例实施例中，极化旋转器可以在毫米波段中工作。

在一些示例实施例中，极化旋转器的工作带宽可以从大约125千兆赫(GHz)到大约180GHz。

在一些示例实施例中，极化旋转器可以在输出处相对于在极化旋转器的输入处的初始极化角度将电磁波的极化角度旋转45度。

在一些示例实施例中，极化旋转器是一件式加工部件。

在第二方面，提供了一种通信设备。该通信设备可以包括极化旋转器。

应当理解，本公开内容部分不旨在标识本公开的实施例的关键或基本特征，也不旨在用来限制本公开的范围。通过下面的描述，本公开的其他特征将变得容易理解。

附图说明

现在将参考附图描述一些示例实施例，其中：

图1A-图1B示出了可以实现与本公开的一些示例实施例相关的一些示例旋转器；

图1C-图1F示出了可以实现与本公开的一些示例实施例相关的一些示例用例；

图2A-图2B示出了根据本公开的一些示例实施例的示例极化旋转器；

图3A-图3B示出了根据本公开的一些示例实施例的示例样条曲线；

图4A-图4E示出了根据本公开的一些示例实施例的示例样条曲线函数和旋转器结构；

图5A-图5B示出根据本公开的一些示例实施例的示例内部和外部样条曲线轮廓；

图6示出了根据本公开的一些示例实施例的包括样条形状旋转器的电磁传播仿真的示例；

图7A-图7E示出了根据本公开的一些示例实施例的样条形状的电场电磁仿真；

图8A-图8B示出了根据本公开的一些示例实施例的由样条形状旋转器执行的180GHz处的电场(E场)仿真旋转；

图9示出了根据本公开的一些示例实施例的D波段中的回波损耗|S1(1),1(1)|仿真；

图10示出了根据本公开的一些示例实施例的D波段中的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真；

图11A-图11B示出了根据本公开的一些示例实施例的回波损耗随旋转角偏差的变化；

图12示出了根据本公开的一些示例实施例的E波段中的回波损耗仿真(共极化)；

图13示出了根据本公开的一些示例实施例的E波段中的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真；

图14示出了根据本公开的一些示例实施例的5.5GHz-8.5GHz频带中的回波损耗仿真(共极化)；

图15示出了根据本公开的一些示例实施例的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真；

图16示出了根据本公开的一些示例实施例的样条形状旋转器加工部件；

图17A-图17B示出了根据本公开的一些示例实施例的示例多段旋转器架构；

图18A-图18D示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器的示例不同视图；

图19A-图19E示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器E场仿真共极化模式；

图20A-图20B示出了根据本公开的一些示例实施例的垂直极化的物理旋转；

图21示出了根据本公开的一些示例实施例的D波段中的回波损耗仿真(共极化)；

图22示出了根据本公开的一些示例实施例的D波段中的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真；

图23示出了根据本公开的一些示例实施例的E波段中的回波损耗仿真(共极化)；

图24示出了根据本公开的一些示例实施例的E波段中的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真；

图25示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器回波损耗仿真(共极化)；

图26示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|的仿真；

图27示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器加工部件；以及

图28示出了根据本公开的一些示例实施例的包括极化旋转器的示例通信设备。

在整个附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。

具体实施方式

现在将参考一些示例实施例来描述本公开的原理。应当理解，这些实施例仅为说明的目的而描述，并且帮助本领域技术人员理解和实现本公开，而不建议对本公开的范围进行任何限制。本文描述的本公开可以以除了下面描述的方式之外的各种方式来实现。

在以下说明书和权利要求书中，除非另有限定，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。

在本公开中，对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表明，所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但不一定每个实施例都包括该特定的特征、结构或特性。此外，这些短语不一定是指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，旨在结合其他实施例实施这种特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围之内，无论是否明确描述。

可以理解的是，尽管本文可以使用术语“第一”和“第二”等来描述各种元素，但是这些元素不应受这些术语的限制。这些术语只是用来区分不同的元素。例如，第一元素可以被称为第二元素，类似地，第二元素可以被称为第一元素，而不脱离示例实施例的范围。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个所列术语的任何和所有组合。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不旨在限制示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，当在本文使用时，术语“包括”、“包含”和/或“具有”指定所陈述的特征、元素和/或组件等的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、组件和/或其组合。如本文所使用的，“至少下列之一：<两个或更多个元素的列表>”和“<两个或更多个元素的列表>中的至少一个>”和类似的措辞，其中两个或更多个元素的列表由“和”或“或”连接，表示至少任何一个元素，或至少任何两个或更多个元素，或至少所有元素。

为了获得超高速通信的要求，一种很有前途的方法是开发超过100GHz的太赫兹频率。这允许灵活的射频收发器或天线阵列具有多频段和宽带能力。这是因为与5G相比，可以利用的频谱要宽得多。此外，与工作在传统频段的微波相比，D波段天线的波束宽度较窄，这最大限度地减少了小区之间的射频干扰，并实现了密集站点部署，便于频率信道的重用。6G中需要的重要设备之一是极化旋转器，因为这是许多射频子系统的强制性要求。

电磁(EM)波是由幅度和相位表征的矢量量。在无线回程网络中，这些电磁波通常是线性极化的，其中极化发生在垂直或水平方向，或同时发生在这两个方向。因此，称为旋转器的射频设备需要改变波的极化角度，并尽可能以最有效的方式(阻抗匹配、传输损耗和交叉极化辨别)根据工程要求旋转它。

未来的6G回程无线网络预期将处理比目前5G网络大得多的数据量，并提供更高的数据速率。运营6G网络的一个非常有前途的解决方案是使用D波段，其工作带宽超过40％，从而使通道能够增加承载数据的容量。从现在起，工作带宽(％)的限定为其中f_L表示工作频带的开始频率，f_H表示结束频率，并且f_C表示中心频率。

因此，有需要提出一种设计在超高频下工作的宽带RF旋转器的解决方案，特别关注D波段以实现6G网络。本公开的实施例提供了一种更有效的极化旋转器。例如，极化旋转器可以通过工作在高频和宽带的设备来改变线性极化电磁波的极化角度，专注于未来6G应用的D波段，从而可以实现更好的带宽控制和显著改善的阻抗匹配。

出于说明性目的，下面将参考图1A-图27描述本公开的极化旋转器的原理和示例实施例。然而，应当注意的是，给出这些实施例是为了使本领域技术人员能够理解本公开的创造性概念并实现本文提出的解决方案，而不旨在以任何方式限制本申请的范围。

参考图1A-图1B，其示出了可以实现与本公开的一些示例实施例相关的一些示例旋转器。如图1A和图1B所示，旋转器102和旋转器104是工作在毫米波段的宽带极化旋转器。旋转器102是对称的，并且旋转器104也是对称的。旋转器102和旋转器104能够以相同的性能旋转垂直和水平极化波，同时保持高水平的交叉极化辨别。此功能对于回程应用中的交叉极化干扰消除(XPIC)非常重要。

参考图1C-图1F，图1C-图1F示出了可以实现与本公开的一些示例实施例相关的一些示例用例。应该理解的是，以下用例将重点关注垂直极化，然而，当使用水平极化操作时，性能水平相同。

如图1C所示，用例100C是极化旋转器的用例，并且当需要在一个天线和一个室外单元(ODU)之间旋转极化时出现。在用例100C中，天线接收垂直极化波，并且可以将其发送到具有特定极化角度的ODU。由于各种原因，可能需要在进入ODU之前进行极化旋转，例如，ODU没有相对于天线对称安装的机械问题，或者当其输入矩形波导没有线性定位时。极化旋转的另一个原因是为了解决间隙问题。不管使用极化旋转器的技术原因是什么，保持低水平的交叉极化(水平极化)以增强交叉极化辨别属性是至关重要的。

在某些情况下，可能需要以特定的旋转方向安装ODU，以避免击中塔架或导致连接到ODU的射频电缆出现问题。在这种情况下，可以使用极化旋转器在极化进入ODU之前旋转极化，从而允许ODU安装在所需的方向上，同时保持正确的极化。

如图1D所示，用例100D示出了RF旋转器的另一应用。在用例100D中，RF旋转器被集成到平板或平面缝隙波导天线中。这种天线因其外形小、重量轻、增益高等优点，近年来引起了人们的极大兴趣。然而，缝隙阵列天线经常会遇到栅瓣问题。为了解决这个问题，一种解决方案是将极化旋转45度角。由于这种类型的天线有望用于6G的D波段，因此对高性能和易于制造的极化旋转器的需求将会出现。

在各种射频组件中都需要RF旋转器。在ODU中广泛使用的发送器/接收器(收发器模块)中，可能需要在功率链处理的输入和/或输出处旋转波极化。如图1E所示，用例100E显示垂直极化在进入ODU之前已经旋转，并且收发器在进行一些RF处理之前必须再次垂直地重新排列它。如图1F中所示，用例100F示出了正交模换能器(OMT)将两个正交极化分裂/组合到相同的物理路径中，例如波导。在某些情况下，为了优化OMT设计，必须旋转其中一个极化。这可以由各种因素来证明是合理的，例如对紧凑性、间隙、加工问题、RF性能的需要，或者因为极化旋转使得能够从较宽的波导段转换到较薄的波导段，反之亦然，从而在OMT设计中提供了更大的灵活性。

从参考图1A-图1F的讨论可以看出，D波段和宽带极化旋转器的问题可能是旋转在操作模式(垂直和水平)中对称的一个线性电磁波的极化角。因此，一般而言，本公开解决的问题可能是通过工作在高频和宽带的设备来改变线极化电磁波的极化角，关注于D波段以用于未来的6G应用。在一些示例实施例中，RF设备可以具有原始形状，以集成容易的制造工艺和加工公差，并且应该是单个部件，以避免复杂的组装过程，从而保持高紧凑性。在一些示例实施例中，RF设备可以保持优良的射频属性，例如回波损耗、传输损耗和交叉极化辨别。

此外，本公开的解决方案可以获得最佳的RF关键性能数字，例如回波损耗(RL)、传输损耗和交叉极化辨别。此外，本公开的解决方案可以被制造为具有低厚度的单个部件，以避免复杂的组装过程和可能由于多个部件的组装或过于尖锐的形状而导致RF传输下降的不希望的谐振频率的产生。这是因为在制造过程中，即使是与所需几何形状的微小偏差也会导致旋转器的射频性能显著降低。因此，本公开被精心设计以最小化对容差误差的敏感性，并确保鲁棒且可靠的操作，尤其是在波长非常小的D波段中。

参考图2A-图2B，其示出了根据本公开的一些示例实施例的示例极化旋转器。如图2A所示，极化旋转器200A包括部分202和部分204。部分202连接到部分204。在一些示例实施例中，部分202和部分204可以使用部分206连接。在一些示例实施例中，部分206可以是波导部。

部分202和部分206是具有样条曲线外形的第一形状。在一些示例实施例中，部分202和部分204中的每个可以具有金属外壳。金属外壳的内部可以是真空或空气。

在一些示例实施例中，极化旋转器可以在毫米波段中工作。极化旋转器的工作带宽可以从大约125GHz至大约180GHz。

在一些示例实施例中，可以通过多项式函数的内插来对样条(spline)曲线的外形(或轮廓)进行建模。多项式函数可以包括系数和正整数幂变量。这些多项式函数的组合可以生成大范围的可能坐标，从而产生大量的潜在轮廓。随后可以使用数学算法来优化这些分布，以确保每个幅度和相位分量最适合于整个频带上的阻抗匹配。由于有大量的排列可用，解决方案的固有属性可以实现平衡的输入/输出阻抗匹配。将参考图3-图16描述样条曲线及其建模的细节，因此在此不对其进行讨论。

如图2B所示，极化旋转器200B包括部分208和部分210。部分208连接到部分210。在一些示例实施例中，部分208和部分210可以使用小且对称的波导段212来连接。

部分208和部分210是通过组合部分矩形和具有不同半径的多个部分圆而形成的第二形状。在一些示例实施例中，第二形状的外形(轮廓)被称为多段(multi-section)。

用于确定多段的方法可以包括生成多个谐振频率，当这些谐振频率组合时，可以创建类似于多载波频谱的宽工作带宽。所选形状可以包括具有不同半径的几个圆。有了适当的尺寸，这些圆平行共振，并在频域中间隔开。由此产生的效果是通过极其简单的外形设计实现了广泛的工作带宽。将参考图17-图29描述多段及其建模的细节，因此在此不对其进行讨论。

通过实现图2A-图2B的实施例，极化旋转器更有效，因此它可以允许更好的带宽控制和显著改进的阻抗匹配。在一些示例实施例中，极化旋转器可用于毫米波段，尤其是在需要高达45％的工作带宽的宽频率范围的D波段中。此外，极化旋转器可以通过避免复杂的外形和选择单部件设计来设计为易于制造。

应当理解，在解决工作在150GHz左右甚至更高频率的RF设备所需的固有复杂的制造工艺方面，样条形状和多段形状都是简单和有效的。可以表明，用CST微波工作室的时间域解算器进行的射频仿真对样条形状和多段旋转器的性能进行了评估。该电磁仿真软件可以提供高精度的仿真结果，以验证本公开的解决方案。

参考图3A-图3B，其示出了根据本公开的一些示例实施例的示例样条曲线。样条曲线可以是由多个子函数限定的闭合曲线，并且多个子函数中的子函数限定样条曲线的段。在一些示例实施例中，可以通过基于多个点对多个二次多项式函数进行内插来确定样条曲线。在一些示例实施例中，多个二次多项式函数中的二次多项式函数可以由多个系数和多个正整数幂变量限定。

例如，如图3A所示，点302、点304和点306是三个固定点。该样条曲线可以是包括多个子函数的函数或曲线，其中每个子函数应用于函数域中的不同区间。例如，曲线308和曲线310可以由多项式来确定，例如形式为y＝a₂x²+a₁x+a₀的两个二次多项式，其中a₂,a₁和a₀是常数。样条曲线可以采取不同的形式，如曲线312和曲线314所示。二次多项式的内插可以在坐标或节点之间进行。如图3B所示，十字320表示结。二次多项式322可以由这些结确定。

根据分配给系数的值(例如a₂,a₁和a₀)，样条曲线曲线可能会采用太多不同的形状。这可能会产生重大影响，因为它在设计多样性方面提供了很大的自由度。

由于需要处理许多多个频率分量，宽频带中的阻抗匹配可能是一项具有挑战性的任务。在射频组件的物理维度中，电磁波可能会对波长和这一点产生明显的反应或明显地依赖于波长。即使射频设备能够完美地适应特定的频段，其射频性能也会由于其不适当的尺寸而在频带外退化。

多项式曲线的控制系数的可能排列的大范围将试图在频域上最好地与适当的阻抗匹配特性相匹配。因此，样条曲线法旨在利用其固有的较大设计自由度来解决宽带阻抗匹配问题，从而寻求在整个目标频段内极其平滑的变化。

参考图4A-图4E，其示出了根据本公开的一些示例实施例的示例样条曲线函数和旋转器结构。样条曲线可以经过多个点，或者位于基于多个点确定的多边形内。在一些示例实施例中，用于确定样条曲线的多个点的数目可以包括在十五至二十五之间。例如，如图4A所示，可以使用优化算法来为通过迭代过程确定为样条曲线建立点的数目(例如点401、点402、点403和点404等)，例如确定15-25个点。应当理解的是，点数和迭代过程的个数仅用于说明目的，没有任何限制。

RF规范的目标可以是在尽可能宽的频带上优化回波损耗值、传输损耗和交叉极化辨别。在一些示例实施例中，部分202和部分204可以是第一形状，并且彼此围绕垂直平面旋转对称。例如，一旦限定了样条曲线，就可以通过围绕垂直轴镜像形状，然后围绕水平面旋转镜像的形状来获得旋转器结构。例如，如图4B所示，可以通过绕轴408镜像部分406，然后绕轴410旋转镜像部分416来获得部分406。

样条形状旋转器的主要部件可以由图3的先前描述来限定。然而，为了创建实际的RF旋转器，应该获得非不连续的形状/轮廓。因此，如图4C中的部分412所示，使用小的对称波导段来连接两个对称的样条形状。需要部件412来保持电连续性。

然后，所得到的平滑形状可用于制造物理RF旋转器(如图4D和图4E中所示)，该物理RF旋转器具有比传统RF旋转器更低的厚度且更容易制造。样条形状旋转器的连续和原始轮廓可能是防止由于阶跃、截面改变或波导内的不同部分的错误组合而出现不希望的谐振频率的重要特征。它的一个优点也是它的厚度很小。例如，在D波段中优化后，图4E中的厚度414可以仅为0.3毫米。

参考图5A-图5B，其示出了根据本公开的一些示例实施例的示例内部和外部样条曲线轮廓。图5比较了内部和外部样条曲线轮廓。在外部轮廓中，样条曲线平滑地穿过所有点并与它们接触。相反，在内部样条曲线轮廓中，样条曲线保留在由点形成的框架内。样条曲线旋转器的优点是自由度比系数的个数大。这一解释与这类曲线的内插属性有关。一旦限定了系数，就可以通过两种不同的方式执行内插，即遵循内部轮廓或选择外部轮廓。这意味着单一样条形状设计可以进行优化，以获得更好的射频性能，或通过遵循任一轮廓来避免加工问题。

如图5A所示，曲线502示出了外部样条曲线，并且曲线504示出了内部样条曲线。差异可能看起来不是太大，但当两个轮廓直接重叠时(如图5B所示)，设计自由度变得清晰得多。通过使用内部样条曲线轮廓和外部样条曲线轮廓作为射频设计的指南，可以预期实际加工轮廓在统计上落在这些限制范围内。这可能有助于最小化由于制造过程中的加工偏差而可能发生的潜在RF劣化。这在D波段应用中可能是一个优势，其中180GHz的波长为1.67毫米，并且对加工问题非常敏感。

参考图6，其示出了根据本公开的一些示例实施例的包括样条形状旋转器的示例电磁传播仿真。极化旋转器可以在输出处相对于在极化旋转器的输入处的初始极化角将电磁波的极化角旋转45度。在一些示例实施例中，极化旋转器可以是一件式加工部件。

例如，已经在图5中限定了样条形状旋转器结构。该仿真可以产生两个正交和线性极化。也就是说，一个垂直极化波沿着y轴，由进入圆形波导的箭头602表示。一个水平极化波沿着x轴并且由箭头604限定。由于极化是正交的，所以它们是90度的异相。研究案例是垂直极化从0度(y轴)向正x轴旋转45度。样条形状旋转器放置在22.5度作为转换旋转角度。

如前所述，本公开的目的之一是提供一种技术解决方案，该技术方案能够为未来的回程网络提供高性能，关注于D波段。因此，在图7A-图7E中示出了125GHz(起始频率)和180GHz(结束频率)的样条形状旋转器的E场的仿真。仿真工作在共极化模式和交叉极化模式下。所有的仿真都是由CST微波工作室集成的时域求解器完成的。

参考图7A-图7E，其示出了根据本公开的一些示例实施例的样条形状的电场电磁仿真。对于D波段(36％)仿真，在单尺度色带中，内部箭头(诸如箭头702和箭头704)表示由较大的箭头706限定的电场的仿真垂直方向。这可以确保矢量的正确定向，以及能量的适当传递。此外，由于仿真显示在远间隔频率样本(125GHz和180GHz)上的性能是一致的，因此明显实现了所需的宽带操作。可以显示更多的频率样本，但在任何情况下都没有观察到不需要的极化旋转。

关于图7C中的交叉极化模式，如两个较大的箭头(如箭头712和箭头714)所示，内部箭头(如箭头708和箭头710)完全180度异相，这将抵消提供高值交叉极化辨别的能量传输。

如图7E所示，D波段中的宽带性能也可以通过在宽范围的频率样本上发生的矢量抵消来证明，类似于共极化操作。本公开的另一个证据是没有穿过旋转器中心的能量，这与工作原理一致。在图7E中，实心箭头(诸如箭头718或箭头720)遵循穿过中心的能量零点的角度，其在180GHz处与22.5度正确匹配(改变了标度以改进视觉分析)。

参考图8A-图8B，图8A-图8B示出了由样条形状旋转器执行的180GHz的E场仿真旋转。如图8A所示，它提供了在180GHz处的极化波的极化旋转的可视表示，假设垂直极化中的旋转从0度到45度。在图8A中，描述了通过矩形波导将垂直极化波引入本公开。在图8B中，极化被旋转45度，所有能量以所需的角度很好地定向。一旦旋转器完成了从0度到22.5度的转换，在45度结束之前就实现了这一点。还进行了S参数仿真来评估本公开在D波段中的性能，D波段被限定为从125GHz至180GHz，其对应于36％的工作带宽。

参考图9，其示出了根据本公开的一些示例实施例的D波段中的回波损耗|S1(1),1(1)|仿真900(共极化)。回波损耗仿真(|S11|)在共极化模式下工作。也就是说，垂直极化相对于垂直极化。样条形状旋转器的RL值在整个频段内优于40dB，显示了其在需要高精度加工的应用中的卓越性能。这是对本公开的第一次优化，相信可以实现大约10GHz的改善，从而导致高达40％的工作带宽增加。这将满足6G规范所需的规范。

参考图10，其示出了根据本公开的一些示例实施例的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真1000，其中(1)指示垂直极化或第一模式，以及(2)指示D波段中的水平极化或第二模式。仿真的传输损耗|S2(1),1(1)|限定了同一垂直传播模式(1)的输出2和输入1之间的功率比，在D波段上几乎为0dB，再次证明了样条形状旋转器的正确射频工作。至于交叉极化，该值非常高，约为100dB，这将提供特殊水平的极化之间的隔离。它由|S2(2),1(1)|参数表示，即模式2(水平)与模式1(垂直)的输出2和输入1之间的功率比。为了便于理解，如图6所示，将模式1称为垂直极化，将模式2称为水平极化。

应当理解，由于通过仿真没有预测能量下降(传输损耗)，因此样条形状旋转器有效地防止了波在频带上失控地旋转。如果在任何频点有任何传输损耗，则表明输出波的极化角与旋转器设计产生的角旋转不匹配。

下表1提供了遵循图4A-图4E的架构的先前仿真结果的样条曲线系数和厚度T_hs的计算值(以毫米为单位)。

表1.工作在D波段的旋转器的样条曲线系数。

其中，点(x₀，y₀)可以表示点401以作为示例，点(x₁₈，y₁₈)可以表示点404以作为示例。例如，T_hs可以表示厚度414以作为示例。

应该注意的是，厚度减少了0.3mm，从而导致在125GHz只有(更大的波长情况)。与传统的旋转器相比，这种厚度更小，对于非常紧凑的要求非常有吸引力。

样条曲线旋转器的目标之一是实现有效的极化旋转，而引起问题的常见问题之一是旋转器与输入/输出波导之间的角度不对准。这个问题在毫米波应用中尤其严重，因为角位置的小偏差相对于操作波长变得非常大。

参考图11A-图11B，图11A-图11B示出了根据本公开的一些示例实施例的回波损耗随旋转角偏差的变化。如图11A所示，它示出了旋转器的角偏差，图11B示出了角灵敏度的回波损耗和传输损耗的参数仿真(以度为单位)。RL(|S1(1),1(1)|)和传输损耗(|S2(1),1(1)|)在整个D波段中显示出正确的性能，即使在应用角度偏离额定值高达8度的情况下也是如此。

参考图12，其示出了根据本公开的一些示例实施例的E波段中的回波损耗仿真1200(共极化)。对于E波段(25％)的仿真，如图12所示，为了实现25％(70GHz-90 GHz)的工作带宽，还在另一个感兴趣的毫米波段，即E波段(71GHz-86 GHz)中检查了样条形状旋转器。所提出的样条曲线旋转器在毫米波段也能正常工作，RL值大于35dB。

参考图13，其示出了根据本公开的一些示例实施例的E波段中的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真1300。如图13所示，虚线1302表示传输损耗，并且虚线1304表示交叉极化。与D波段类似，本公开的成功操作在E波段中展示，其传输损耗值接近0dB，并且在整个频带上两个极化之间的隔离比优于90dB。

参考图14，其示出了根据本公开的一些示例实施例的5.5GHz-8.5GHz频带中的回波损耗仿真1400(共极化)。对于5.5GHz-8.5GHz(43％)的仿真，为了证明本公开的质量，本公开已经将样条形状旋转器的极限推到了极高的工作带宽。因此，从5.5GHz至8.5GHz进行了RF仿真，对应于43％的工作带宽。需要注意的是，这包括两个不同的授权回程频段：5.925GHz-7.125GHz和7.125GHz-8.5GHz。图14示出了在整个频带上优于40dB的RL值。

参考图15，其示出了根据本公开的一些示例实施例的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真1500。为了确认样条形状旋转器的正确操作，再次分析了传输损耗(虚线1502)和交叉极化辨别值(虚线1504)。结果表明，在近45％的工作带宽上表现出优异的性能，这进一步验证了本公开的工作原理。一点是，本公开的固有宽带性能可以实现对未经许可的回程频段5.725GHz-5.85GHz的充分覆盖，这进一步证明了本公开的多功能性。

参考图16，其示出了根据本公开的一些示例实施例的样条形状旋转器加工部件。视图1602示出了前视图。视图1604示出了侧视图。视图1606示出了透视图。在图16中，样条形状旋转器被示为机械加工部件，因此其简单性是杰出的。

参考图17A-图17B，图17A-图17B示出了根据本公开的一些示例实施例的示例多段旋转器结构。多段旋转器的原理建立在多个谐振频率并行工作并在频域中隔开的工作基础上，从而创造了广泛的工作带宽。一种强制多个间隔的谐振频率样本的方法是使用由不同直径限定的各种圆的组合，非常类似于用于不同频带的圆形波导的设计。

在图17A中，示出了多段旋转器的结构。多段旋转器可以包括矩形主体1740和具有递减半径的三个圆1734、圆1736和圆1738。矩形主体1740的最左侧边缘的中心是中心1702。在一些示例实施例中，矩形主体1710的长度1716可以约为1.15毫米，并且矩形主体1740的宽度1742可以约为0.43毫米。

第一圆1734的中心是中心1704。第一圆1734的半径是半径1722。

第二圆1736的中心是中心1706。第二圆1736的半径是半径1720。

第三圆1738的中心是中心1708。第三圆1738的半径是半径1718。在一些实施例中，半径1722可以约为0.55毫米。半径1720可以约为0.28毫米。半径1718可以约为0.17毫米。

半径1718、半径1720和半径1722可以不相同。第一圆1734、第二圆1736和第三圆1738可以进一步远离中心1702。例如，以中心1704、中心1706和中心1708为参考，多段旋转器也可以由三个圆1734、圆1736和圆1738相对于中心1702的水平位移来建模。例如，第一圆1734可以远离中心1702移动距离1714。第二圆1736从中心1704移动距离1712。第三圆1738可以远离中心1706移动距离1710。

这些距离参数可以是相同的或不同的，并且它们在确定旋转器的性能方面起着重要作用。关于垂直布置，圆1734、圆1736和圆1738相对于矩形主体1740居中。矩形主体1740可以由长度1716和宽度1742限定。长度1716和宽度1742可以不具有相同的值。

如图17B所示，这四个元件的最终外部轮廓形成多段旋转器的半体1732。另一半体是对称的。曲线1730表示第三圆1738的外部轮廓。曲线1728表示第二圆1736的外部轮廓。曲线1726表示第一圆1734的外部轮廓。曲线1724表示矩形主体1740的外部轮廓。

参考图18A-图18D，其示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器的示例不同视图。如图18A的前视图所示，多段形状垂直镜像(例如半体1802和半体1804)，然后两个半体1802和半体1804通过矩形部分1806连接。为了更好地说明目的，进一步示出了图18B的旋转前视图和图18C的完整旋转透视图。

因此，然后使用先前限定的轮廓获得多段旋转器作为3D模型部件(如图18C的透视图中所示)。厚度1808如图18D所示，这是多段旋转器的侧视图。

在图18A-图18D中已经限定了多段旋转器结构，以与样条曲线旋转器相同的方式，执行本公开的EM仿真以评估其性能。旋转器和输入/输出波导之间的转换角再次为22.5度。同样，本公开的主要目的是提供一种能够为未来的回程网络，特别是D波段提供高性能的技术解决方案。

参考图19A-图19E，其示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器E场仿真共极化模式。图19A-图19E描述了在共极化模式和交叉极化模式下工作的多段旋转器在125GHz和180GHz处的E场的EM仿真。对于D波段(36％)仿真，两个频率样本中的电场遵循内部箭头(诸如图19A中的箭头1902和箭头1904)正确地传输并聚焦在旋转器中心上，并且垂直定向。因此，由三个圆组成的多段架构展示了正确的RF操作。

对于交叉极化模式，如图19C和图19D所示，箭头相对于输出功率抵消，因为它们是180度异相。为了更详细地显示该特征，在图19E中，实心箭头1910遵循穿过中心的能量零点的角度，该中心在180GHz处恰好是22.5度。

参考图20A-图20B，其示出了根据本公开的一些示例实施例的垂直极化的物理旋转。图20A示出了通过矩形波导将垂直极化波引入多段旋转器。图20B示出了在其极化角2002中具有所需变化的输出波，从而展示了完美的传输。

参考图21，其示出了根据本公开的一些示例实施例的D波段中的回波损耗仿真2100(共极化)。图21示出了在D波段中限定的从125GHz至180GHz的回波损耗仿真，其对应于36％的工作带宽。在所需的整个频段内，RL值优于35dB。通过进一步优化，带宽可增加约10GHz，从而使总工作带宽达到40％。

参考图22，其示出了根据本公开的一些示例实施例的D波段中的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真2200。如图22所示，在没有功率损失的情况下表现出更好的能量传递，并且观察到极高的极化解耦值，优于100dB。

多段旋转器在回波损耗、传输损耗和交叉极化解耦方面表现出优异的RF性能，使其成为D波段应用的理想技术解决方案。此外，其出色的RF合规性边际和高工作带宽提供对任何加工偏差的补偿。

下表2显示了原D波段多段旋转器的计算尺寸(以毫米为单位)。

表2D波段宽带多段旋转器的尺寸

其中r₁表示半径1718，r₂表示半径1720，r₃表示半径1722，d₁表示距离1714，d₂表示距离1712，d₃表示距离1710，l₁表示宽度1742，l₂表示长度1716，并且T_hms表示厚度1808。

即使厚度大于样条形状旋转器的厚度，它仍然保持相对较小(在125Ghz处为0.22λ，其中λ表示波长)，同样与传统的解决方案相比。仿真值与λ/2的谐振频率倍数随频率的增加而直接减小的值基本一致，在125GHz处的值约为λ/4，在155GHz处约为λ/6，在185GHz处约为λ/8。一种解释是，前d₁、d₂和d₃的水平位移必然影响准确的共振频率，这一点可以在设计阶段考虑。

参考图23和图24。图23示出了根据本公开的一些示例实施例的E波段中的回波损耗仿真2300(共极化)。图24示出了根据本公开的一些示例实施例的E波段中的传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真2400。展示了与样条形状旋转器相比相似的结果，其中RL优于35dB，交叉极化大于100dB，并且在25％的工作带宽中无传输损耗。多段旋转器证实了其在E波段的可行性。

参考图25，其示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器回波损耗仿真2500(共极化)。对于5.5GHz-8.5GHz(43％)的仿真，宽带多段旋转器在两个最重要的毫米波段具有优异的RF性能。此外，它还经过测试，适用于5.5GHz至8.5GHz的超高宽带操作，类似于样条形状旋转器。回波损耗仿真如图25所示，并且在43％的工作带宽上，RL电平优于40dB。

参考图26，其示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器传输损耗|S2(1),1(1)|和交叉极化|S2(2),1(1)|仿真2600。如图26所示，多段旋转器的传输损耗和交叉极化辨别值证明了本公开所针对的正确的工作原理。由虚线2602表示的传输损耗是最小的，并且由虚线2604表示的交叉极化鉴别率在近45％的工作带宽上是高的，这表明在极化旋转和高交叉极化去耦合期间没有能量损失

参考图27，其示出了根据本公开的一些示例实施例的多段旋转器加工部件。视图2702示出了前视图。视图2704显示侧视图。视图2706示出了透视图。样条形状旋转器在图27中示出为加工零件，因此其简单性是杰出的。

参考图28，其示出了根据本公开的一些示例实施例的包括极化旋转器的示例通信设备2800。在一些示例实施例中，通信设备2800可以是收发器。可以理解的是，这只是一个示例，没有任何限制。

通信设备2800可以是任何其他设备，例如接收器或发送器等。根据以上讨论的任何实施例，通信设备2800可以包括极化旋转器2802。例如，极化旋转器2802可以是图2A中的极化旋转器200A或图2B中的极化旋转器200B。为简洁起见，将不再描述极化旋转器的各种实施例。

一般而言，通过实现本公开的实施例可以实现以下优点。例如，可以实现高宽带特征(高达45％)。旋转器是为D波段更好设计的，并且它可以避免制造偏差，并且被增强以防止由于样条形状属性而导致的加工偏差。可以达到降低角度灵敏度的目的。裸露的架构上没有零件和/或加工交叉点/尖锐轮廓，从而避免了不期望的谐振频率(传输损耗)。该设计只需要加工一个零件，从而消除了组装的需要，并简化了制造过程。最小化厚度提供了紧凑的解决方案，尤其适用于平面/平板天线、OMT和ODU。本公开的解决方案由于其宽带特征而覆盖未经许可的回程频带。没有检测到交叉极化问题，提高了双极化和XPIC回程网络的潜力。将样条曲线和多段旋转器原理融合为一种独特的设计，可以进一步提高工作带宽和射频性能。

此外，虽然以特定顺序描述操作，但不应将其理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这些操作，或要求执行所有所示的操作以获得期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。同样，尽管在上述讨论中包含若干具体实现细节，但这些细节不应被解释为对本公开的范围的限制，而应被解释为对可能特定于特定实施例的特征的描述。在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实现或在任何适当的子组合中实现。

尽管本公开已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言进行了描述，但是应当理解，在所附权利要求中限定的本公开不一定限于上述特定特征或动作。相反，上面描述的特定特征和动作被公开作为实现权利要求的示例形式。

Claims (21)

1.一种极化旋转器(200A，200B)，包括：

第一部分(202、208)；以及

连接到所述第一部分(202、208)的第二部分(204、210)，

其中所述第一部分和所述第二部分具有(i)具有样条曲线轮廓的第一形状(406)或(ii)通过组合部分矩形(1740)和多个具有不同半径的部分圆(1734、1736、1738)而形成的第二形状(1732)。

2.根据权利要求1所述的极化旋转器，其中所述第一部分(202)和第二部分(204)具有所述第一形状(406)，并且彼此围绕垂直平面(408)旋转对称。

3.根据权利要求1或2所述的极化旋转器，其中所述样条曲线是由多个子函数限定的闭合曲线，并且所述多个子函数中的子函数限定所述样条曲线的一段。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的极化旋转器，其中：

所述样条曲线是通过基于多个点对多个二次多项式函数进行插值而被确定的；以及

所述多个二次多项式函数中的二次多项式函数由多个系数和多个正整数幂变量限定。

5.根据权利要求4所述的极化旋转器，其中所述样条曲线穿过所述多个点或者位于基于所述多个点而被确定的多边形内。

6.根据权利要求4或5所述的极化旋转器，其中用于确定所述样条曲线的所述多个点的数目被包括在十五至二十五之间。

7.根据权利要求1所述的极化旋转器，其中所述第一部分(208)和所述第二部分(210)具有第二形状(1732)并且彼此轴对称。

8.根据权利要求1或7所述的极化旋转器，其中所述不同半径沿远离所述部分矩形(1740)的方向逐渐地减小。

9.根据权利要求1、7或8中任一项所述的极化旋转器，其中所述多个部分圆的数目是三。

10.根据权利要求9所述的极化旋转器，其中：

第一距离(1714)位于所述多个部分圆中的第一部分圆(1734)的第一中心(1704)与所述部分矩形(1702)的边之间；

第二距离(1712)位于所述多个部分圆中的第二部分圆(1736)的第二中心(1706)与所述第一中心(1704)之间；

第三距离(1710)位于所述多个部分圆中的第三部分圆(1738)的第三中心(1708)与所述第二中心(1706)之间；以及

所述第一距离(1714)、所述第二距离(1712)和所述第三距离(1710)相同或不同。

11.根据权利要求1、7-10中任一项所述的极化旋转器，其中所述部分矩形的中心和所述多个部分圆的多个中心沿水平轴对齐，使得所述部分矩形的所述中心和所述多个部分圆的所述多个中心在垂直轴上不存在位移。

12.根据权利要求1、7-11中任一项所述的极化旋转器，其中：

所述部分矩形具有圆角；以及

与所述部分矩形相对应的完整矩形的长度(1716)和宽度(1742)相同或不同。

13.根据权利要求9-12中任一项所述的极化旋转器，其中以下至少一项：

所述第一部分圆的第一半径(1722)约为0.55毫米；

所述第二部分圆的第二半径(1720)约为0.28毫米；

所述第三部分圆的第三半径(1718)约为0.17毫米；

所述第一距离(1714)约为0.62毫米；

所述第二距离(1712)约为0.34毫米；

所述第三距离(1710)约为0.20毫米；

所述完整矩形的所述长度(1716)约为1.15毫米；或者

所述完整矩形的所述宽度(1742)约为0.43毫米。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的极化旋转器，还包括：

连接所述第一部分(202、208)和所述第二部分(204、210)的波导部(412、1806)。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的极化旋转器，还包括：

所述第一部分(202)和所述第二部分(204)具有所述第一形状(406)，并且所述极化旋转器(200A)的厚度(414)约为0.3毫米；或者

所述第一部分(208)和所述第二部分(210)具有所述第二形状(1732)，并且所述极化旋转器(200B)的厚度(1808)约为0.52毫米。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的极化旋转器，其中：

所述第一部分(202、208)和所述第二部分(204、210)均具有金属外壳；并且

所述金属外壳的内部为真空或空气。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的极化旋转器，其中所述极化旋转器工作在毫米波段。

18.根据权利要求17所述的极化旋转器，其中所述极化旋转器的工作带宽为约125吉赫兹(GHz)至约180GHz。

19.根据权利要求1-18中任一项所述的极化旋转器，其中所述极化旋转器(200A、200B)将输出处的电磁波的极化角相对于所述极化旋转器的输入处的初始极化角旋转约四十五度。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的极化旋转器，其中所述极化旋转器(200A、200B)是一件式机加工部件。

21.一种通信设备(2800)，包括：

根据权利要求1-20中任一项所述的极化旋转器(2802)。