處構造性地相加，但是在另一個方向上的下一個端口處破壞性地相加。鐵氧體環(huán)行器是固有窄帶器件，因為它取決于對兩個波的RF相位進行求和和差分。設計者已經發(fā)現擴寬鐵氧體環(huán)行器的帶寬的方式，代價是在其中心設計頻率處的完美單向性的某些損失?，F在，可以從多個供應商購買鐵氧體環(huán)行器，其在倍頻程寬的頻帶上具有?20dB的端口 1-3隔離。
[0043]為了實現單孔徑STAR應用，不同的研宄者團隊最近偶然發(fā)現兩種有源環(huán)行器設計。電子環(huán)行器已經實現高達40dB的T/R隔離，但是僅在X頻帶的約10%帶寬上。在 S.Cheung 等人的“MMIC-based quadrature hybrid quas1-circulatorsfor simultaneous transmit and receive, ” (IEEE Trans.Microwave TheoryTech.，vol.58，pp.489-497，2010年3月)中描述了關于該電子環(huán)行器的操作原理的描述。
[0044]第二種新類型的器件基于光子，因此在本文中其被稱為光子環(huán)行器。如在本文中所述，除傳統(tǒng)鐵氧體環(huán)行器的功能之外，該新型光子部件還執(zhí)行兩個另外的功能。因此，我們將該新型光子部件稱為TIPRx (Transmit-1solating Photonic Receiver，發(fā)送隔離的光子接收機)。
[0045]幾年前，Photonic Systems公司(本申請的受讓人)開始研宄更具有挑戰(zhàn)性但是可能被更加廣泛地應用的STAR配置，其為經由同一天線元件并且在相同的極化下的STAR。
[0046]為了經由同一孔徑同時發(fā)送和接收，必須使用時分復用、頻分復用或碼分復用，這在通信領域中是公知的。時分復用涉及插入開關，使得發(fā)射機或者接收機被連接到天線。頻分復用涉及插入雙工器和/或濾波器，使得發(fā)送和接收信號占據RF頻譜的不相交的部分。碼分復用將正交碼用于發(fā)送和接收信號；然而，可以實現的相對有限程度的正交性通常需要通過頻分復用增強碼分復用以實現足夠的發(fā)送對接收(T/R)隔離。從而，本領域的技術人員一般同意不能同時使用RF頻譜的同一部分經由同一孔徑同時地發(fā)送和接收。
[0047]圖1例示使用已知技術的同孔徑任何頻率同時發(fā)送和接收(STAR)系統(tǒng)100的框圖。由鐵氧體環(huán)行器102提供隔離。阻抗匹配網絡104連接到接收接收信號的環(huán)行器102的一個端口。對環(huán)行器102的第二端口施加發(fā)送信號。使用2路RF組合器106來組合包括發(fā)送信號的一部分的接收信號和泄漏抑制信號。
[0048]實現同孔徑任何頻率STAR的關鍵參數是T/R隔離；系統(tǒng)通常將需要>60dB的T/R隔離。圖1的系統(tǒng)100示出強發(fā)送信號可以進入接收路徑的兩條主要路徑。一條路徑是通過環(huán)行器102的泄漏。鐵氧體環(huán)行器的典型T/R隔離在15-20dB的范圍內?？梢酝ㄟ^構造第二路徑并且設計該第二路徑使得該路徑中的發(fā)送信號破壞性地干擾環(huán)行器泄漏來提升環(huán)行器的隔離，這是公知的。然而，可以實現這種隔離提升的帶寬是極為有限的。發(fā)送信號可以進入接收路徑的另一主要路徑是通過離開天線阻抗的反射?，F有技術的天線的回波損耗也在-15至-20dB的范圍內。改進天線回波損耗的一種方法是使用阻抗匹配電路。然而，可以證明所需的阻抗匹配的提升程度超出了 Bode-Fano限制設置的在物理上可實現的程度。本教導的一個方面涉及為實際系統(tǒng)提升在足夠寬的帶寬上的同孔徑任何頻率STAR系統(tǒng)中的T/R隔離的方法和設備。
[0049]圖2示出根據本教導的同孔徑任何頻率STAR系統(tǒng)200的框圖。系統(tǒng)200包括傳遞發(fā)送和接收信號這兩者的三端口信號連接器202。信號連接器202連接三條信號路徑，一條往返于天線204，一條來自發(fā)送路徑205的輸出，一條到接收路徑206的輸入。在實際的系統(tǒng)中，在這些路徑中傳播的信號所看到的相對阻抗是重要的。信號隔離器208存在于發(fā)送信號路徑205中。信號差分器件或者等同的信號減法器210連接信號隔離器208和信號連接器202。該系統(tǒng)還包括各種可選的反饋部件，以提升T/R隔離。
[0050]差分器件210的一個輸入連接到接收路徑206。差分器件210的另一輸入連接到在理想的情況下沒有殘留接收信號的發(fā)送信號路徑205。連接到發(fā)送信號路徑205的隔離器208被設計為隔離任何殘留接收信號，使得將發(fā)送信號的干凈副本施加給差分器件210。在操作中，差分器件210減去大發(fā)送信號，只留下接收信號。
[0051]如果發(fā)送信號環(huán)境足夠穩(wěn)定，則可以向差分器件210的第二端口提供固定復值的發(fā)送信號。然而，在很多實際的同孔徑任何頻率STAR系統(tǒng)中，在天線204周圍的發(fā)送環(huán)境將隨著時間而改變，這進而將使被天線反射的發(fā)送信號的復值改變。在這些情況下，期望包括信號處理器212，以確定應當被饋送給差分器件210的第二端子的精確的發(fā)送信號的復值，以便最小化在接收路徑中存在的殘留發(fā)送信號。發(fā)送信號調整電路214被用于設置發(fā)送信號的復值。
[0052]圖3A-3D例示可以與根據本教導的同孔徑任何頻率STAR系統(tǒng)一起使用的四種不同的信號連接器。參考圖2和圖3A-3D，可以將在信號連接器的每個端口處的阻抗設計為匹配連接到該端口的部件的阻抗。在每個端口處的阻抗匹配可以以現有技術中已知的眾多方式實現。例如，可以使用包括電阻器、電容器、電感器和變壓器的多種類型的無源阻抗匹配電路。另外，可以使用包括晶體管和放大器的多種類型的有源阻抗匹配電路。圖3A例示信號連接器300的所有三個端口都與它們所連接的路徑阻抗匹配的信號連接300。
[0053]圖3B例示在對差分器件210的輸入處呈現高RF阻抗，因此Rdiff >Rantenna并且Rdiff>Ry的信號連接器320。因此，天線204阻抗向發(fā)送信號路徑205的輸出提供主要負載，這意味著向天線204遞送比向接收路徑206遞送的更多的發(fā)送功率，這對于很多應用是高度期待的。
[0054]圖3C例示在發(fā)送信號路徑205的輸出處呈現高RF阻抗使得Ris()latOT>Rdiff并且RiS()latOT>Rant_a的信號連接器340。在該信號連接器340中，在天線204與差分器件210的輸入之間與這兩個器件的相對阻抗(分別表示為Rantrama和Rdiff)成比例地劃分發(fā)送功率。在Rantenna= Rdiff的特殊子情況下，將對差分器件210的輸入遞送最大接收功率，通常希望如此以實現最大接收機靈敏度。
[0055]圖3D例示包括快速開關的信號連接器360。使用快速開關可以消除若干系統(tǒng)部件。在一些實施例中，快速開關信號連接器360消除對差分器件210和隔離器208的需要?？焖匍_關的使用還可以消除對信號處理器212和發(fā)送信號調整電路214的需要。
[0056]圖4A-4D例示四個不同的差分器件210(圖2)。圖4A例示取得兩個電壓的差的有源電子差分器件400。圖4B例示取得兩個電流的差的有源電子差分器件420?？梢砸圆罘只蚱胶夥糯笃鱽韺嵤┻@些有源差分器件400、420。有源差分器件400、420通常提供增益，眾所周知，這在希望對接收信號實現低噪聲系數的情況下是有利的。可以通過寬的輸入阻抗的范圍來實現有源差分器件400、420。例如，電壓差分器件通常呈現高阻抗，而電流差分器件通常呈現低阻抗。有源差分器件400、420的這種輸入阻抗的范圍允許將有源差分器件400,420與結合圖3A描述的匹配阻抗連接器300、結合圖3B描述的高阻抗接收路徑信號連接器320、或者結合圖3C描述的高阻抗發(fā)送信號連接器340 —起使用。
[0057]圖4C例示無源電子差分器件440。無源器件受限于具有小于I的增益，從而都具有一些損耗。因此，無源差分器件440具有比結合圖4A和4B描述的有源電子差分器件400、420更高的噪聲系數。有很多方式實現無源電子差分器件。例如，集總元件電阻式分配器、行波電阻式(Wilkinson)分配器以及180度混合耦合器在實現電子差分器件時都是有效的。
[0058]諸如結合圖4A和4B描述的器件400、420的有源電子差分器件可以用于對兩個信號求和。可以通過將干凈的發(fā)送信號的相位相對于施加給天線204的發(fā)送信號的相位偏移180度來實現差分，這有效地將發(fā)送信號的反轉(inverse)施加到求和端口。通過等式:Rx-Tx = Rx+(-Tx)容易證明減去和加上該反轉之間的等效性。在本教導的某些實施例中，同一物理硬件可以實現結合圖3A描述的匹配信號連接器300和結合圖4C描述的根據需要實現干凈的發(fā)送信號的180度相位反轉的無源差分器件440這兩者。
[0059]圖4D例示包括生成經調制的輸出的平衡驅動光調制器的光子差分器件460的一個實施例，所述經調制的輸出與施加給電極的信號之間的和或差成比例。這樣的電極可以是高阻抗或者匹配阻抗，使得光子差分器件可以與結合圖3A描述的匹配阻抗信號連接器300、結合圖3B描述的高阻抗接收路徑信號連接器320、或者結合圖3C描述的高阻抗發(fā)送信號連接器340 —起使用。
[0060]另外，取決于特定光子差分器件的設計，光子差分器件可以具有比I更高或更低的增益。從而，光子差分器件可以提供增益或損耗。在將光子差分器件設計成具有增益時，能夠實現低噪聲系數，很像是有源電子差分器件。在將光子差分器件設計成具有損耗時，其具有較高的噪聲系數，很像是無源電子差分器件