專利名稱：介質(zhì)波導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與共同轉(zhuǎn)讓的于1996年8月16日遞交的第08/699158號和1996年7月3日遞交的第08/674799號兩件美國專利申請有關(guān)，這兩件美國專利申請?jiān)诖私Y(jié)合作為本申請的參考資料。
本發(fā)明涉及適用于在毫米波段或微波段工作的傳輸線或集成電路的一種介質(zhì)波導(dǎo)。
圖26(A)至26(D)以截面圖表示稱為NRD波導(dǎo)(非輻射介質(zhì)波導(dǎo))的四類傳統(tǒng)的介質(zhì)波導(dǎo)。圖26(A)所示的該類波導(dǎo)通稱為“標(biāo)準(zhǔn)型”，它包括介質(zhì)條100以及一對平行的金屬板101和102，介質(zhì)條100插置在金屬板101和102之間。圖26(B)所示的該類波導(dǎo)稱為“開槽型”，它具有一對帶凹槽的金屬平板101和102以及收容于該金屬平板101和102之凹槽內(nèi)的介質(zhì)條100。圖26(C)所示的該類波導(dǎo)稱為“絕緣型”，其中，介質(zhì)條100通過介電常數(shù)較小的中間介質(zhì)層103和104插置在導(dǎo)電板105和106之間。圖26(D)所示的該類波導(dǎo)稱為“有翼型”，它具有一對帶翼的介質(zhì)條107和108，以及在介質(zhì)條107和108的平面部分上形成的導(dǎo)體109和110，介質(zhì)條107和108貼近使它們相向?qū)印?br> 標(biāo)準(zhǔn)型的介質(zhì)波導(dǎo)例如披露于第JP-B-62-35281號日本專利。開槽型的介質(zhì)波導(dǎo)披露于第JU-A-59-183002號日本專利。絕緣型的介質(zhì)波導(dǎo)披露于第JP-B-1-51202號日本專利。有翼型的介質(zhì)波導(dǎo)披露于第JP-A-6-260814號日本專利。
這些公知類型的介質(zhì)波導(dǎo)具有由其自身結(jié)構(gòu)特征帶來的各種優(yōu)點(diǎn)。這些介質(zhì)波導(dǎo)可以工作于兩種傳輸模式，一種為LSM模式，另一種為LSE模式。通常優(yōu)先采用LSM模式，尤其是LSM01模式，因?yàn)樗膫鬏敁p耗較小。通過圖7(A)和7(B)的例子表示LSM01模式的磁場分布圖和LSE01模式的磁場分布圖。應(yīng)該明白，圖中省略了諸如置于介質(zhì)條100上下兩側(cè)之金屬平板一類的導(dǎo)體。帶箭頭的實(shí)線表示電力線，而帶箭頭的虛線則表示磁力線。圖8(A)、8(B)和圖9(A)、9(B)通過舉例分別表示用公知的標(biāo)準(zhǔn)型介質(zhì)波導(dǎo)以及用公知的開槽型介質(zhì)波導(dǎo)所得到的色散曲線以及計(jì)算模型。從這些圖中可見，模式是最低次模式，LSM01模式是較高次模式，它是要用的一種傳輸模式。這樣就形成了一種風(fēng)險(xiǎn)，即當(dāng)采用LSM01模式時(shí)，不管什么頻率都可能意外地產(chǎn)生LSE01模式。因此，必須采取一種合適的措施，以消除因LSE01模式的產(chǎn)生而引起的任何影響。
例如，LSE01模式的產(chǎn)生發(fā)生在電磁波投射在介質(zhì)條100不連續(xù)部分的時(shí)候，該介質(zhì)條100呈現(xiàn)對于LSM01模式的橫向非對稱性，如圖27所示的彎角(bend)。圖27中，盡管上金屬平板101同介質(zhì)條100隔開，但應(yīng)明白，當(dāng)介質(zhì)波導(dǎo)實(shí)際使用時(shí)，板101是與介質(zhì)條100和下金屬平板102組裝在一起的。LSE01模式的截止頻率低于LSM01模式的截止頻率，故LSE01模式的波通過介質(zhì)條傳播，引起過程的周期重復(fù)，其中LSM01模式傳輸?shù)碾娔懿糠衷诓贿B續(xù)部分轉(zhuǎn)換成LSE01模式，然后完全轉(zhuǎn)換回LSM01模式。因此，通過設(shè)計(jì)該彎角使電能在彎角的端部完全轉(zhuǎn)換成LSM01模式，可以將彎角處的損耗減至最小。然而，實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)的條件是非常局限的，因此很難構(gòu)成一個(gè)具有所需彎角張角和曲率半徑的彎角。
圖28(A)和28(B)通過例子表明一個(gè)環(huán)形器，它由三個(gè)介質(zhì)條100和一對鐵氧體圓盤32組成，工作于直流偏置磁場HOC下。如圖28(A)所示，當(dāng)LSM01模式的電磁波從端口P1傳播到端口P3時(shí)，LSE01模式的電磁波也朝著端口P3傳播，導(dǎo)致?lián)p耗增加。圖中，虛線環(huán)表示磁場的分布，但省略了也是環(huán)形器元件的上下導(dǎo)體。為消除不想要的LSE01模式的影響的有效措施是為每個(gè)介質(zhì)條配備模式抑制器109，如圖28(B)所示。模式抑制器109在其中心部分配備一垂直延伸的導(dǎo)體，如圖所示，并僅僅用以抑制或衰減LSE01模式。然而，這種措施并不為人們所推薦，因?yàn)樗枰峁┱加每捎^的空間的抑制器。
另一個(gè)問題在于，當(dāng)例如需要用相互交叉方式布置一對介質(zhì)條時(shí)，這些介質(zhì)條必須設(shè)置在不同的高度或平面上，以消除通過這些介質(zhì)條傳播的各電磁波之間的干擾。這種三維布置不合意地增加了整個(gè)裝置的尺寸。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種介質(zhì)波導(dǎo)，它沒有歸因于上述模式轉(zhuǎn)換的有關(guān)傳輸損耗的問題。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種介質(zhì)波導(dǎo)，它允許簡便的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有所需彎角張角和曲率半徑的彎角。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種介質(zhì)波導(dǎo)，它允許簡便地制造環(huán)形器，沒有LSE01模式的影響，不需要采用任何模式抑制器。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種介質(zhì)波導(dǎo)，它允許一對介質(zhì)條在一個(gè)公共平面上相互交叉，不會在通過各個(gè)介質(zhì)條傳播的電磁波之間產(chǎn)生干擾，由此減小了整個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸。
為此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種介質(zhì)波導(dǎo)，它包括基本上平行的一對導(dǎo)體平面；以及插置于該對導(dǎo)體平面之間的介質(zhì)條，該介質(zhì)條提供一個(gè)傳播電磁波的傳播區(qū)域，而無介質(zhì)條的部分則提供一個(gè)截止電磁波的非傳播區(qū)域。
為了消除歸因于彎角處發(fā)生的上述模式轉(zhuǎn)換的傳輸損耗，在以下所述的本發(fā)明的這一方面和其它方面中，確定位于非傳播區(qū)域內(nèi)導(dǎo)體平面之間的間隔h2小于傳播區(qū)域內(nèi)導(dǎo)體平面之間的間隔h1，通過傳播區(qū)域傳播的LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，且LSM01和LSE01兩種模式的電磁波在非傳播區(qū)域內(nèi)均截止。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，確定間隔h1和h2、位于傳播區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)條的介電常數(shù)ε1、以及在非傳播區(qū)域內(nèi)形成的介質(zhì)層的介電常數(shù)ε2滿足上述截止條件。
這種介質(zhì)波導(dǎo)的一例示于

圖1。參見圖1，標(biāo)號1和2表示導(dǎo)體平面。用ε1表示傳播區(qū)域內(nèi)介質(zhì)條15的介電常數(shù)，用ε2表示在非傳播區(qū)域內(nèi)形成的介質(zhì)層5的介電常數(shù)，確定間隔h1、h2，以及介電常數(shù)ε1和ε2滿足上述截止條件。
本發(fā)明的介質(zhì)波導(dǎo)除了介質(zhì)條以外，還可以在一對導(dǎo)體平面之間擁有一個(gè)介質(zhì)層。這樣，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，介質(zhì)波導(dǎo)進(jìn)一步包括設(shè)置在非傳播區(qū)域和/或傳播區(qū)域內(nèi)的一個(gè)附加的介質(zhì)層，該附加的介質(zhì)層具有厚度t，以及介電常數(shù)ε3，其中，確定間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε2、ε3以及厚度t滿足上述截止條件。
這樣一種介質(zhì)波導(dǎo)的例子示于圖2(A)和2(B)。參見這些圖，標(biāo)號6表示一個(gè)介質(zhì)層，它例如是一個(gè)具有厚度t和介電常數(shù)ε3的電路板?？梢赃@樣設(shè)置，使介質(zhì)條15和16(每個(gè)介質(zhì)條具有介電常數(shù)ε1)設(shè)置在圖2(A)所示的介質(zhì)層6的上側(cè)和下側(cè)，或者，另一種做法是按如圖1所示相同的方法設(shè)置介質(zhì)條，而使介質(zhì)層6設(shè)置在僅位于非傳播區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體平面1和2之間，如圖2(B)所示。
當(dāng)按上述圖2(A)和2(B)所示設(shè)置的情況，在一對導(dǎo)體平面之間設(shè)置除上述介質(zhì)條以外的一個(gè)附加的介質(zhì)層時(shí)，可以將一個(gè)電路板用作這樣一個(gè)介質(zhì)層，并可以在該電路板上提供與LSM01模式的電磁場相耦合的帶狀線8，由此實(shí)現(xiàn)了含有平面電路的介質(zhì)波導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，介質(zhì)波導(dǎo)包括基本上平行的一對導(dǎo)體平面；以及插置于該對導(dǎo)體平面之間的一個(gè)介質(zhì)件，由此形成在導(dǎo)體平面之間傳播電磁波的一個(gè)傳播區(qū)域，以及截止該電磁波的一個(gè)非傳播區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，確定位于非傳播區(qū)域內(nèi)導(dǎo)體平面之間的間隔h2小于傳播區(qū)域內(nèi)導(dǎo)體平面之間的間隔h1，且確定間隔h1和h2，以及介質(zhì)件的介電常數(shù)ε1滿足上述截止條件。
圖3示出了這種介質(zhì)波導(dǎo)的一個(gè)例子。如圖所示，在一對導(dǎo)體平面1和2之間插置具有介電常數(shù)ε1的介質(zhì)件3，使其經(jīng)傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域延伸。確定間隔h1和h2，以及介電常數(shù)ε1滿足上述截止條件。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供根據(jù)本發(fā)明第三方面的一種介質(zhì)波導(dǎo)，它進(jìn)一步包括設(shè)置在非傳播區(qū)域和/或傳播區(qū)域內(nèi)的一個(gè)附加的介質(zhì)層，該附加的介質(zhì)層具有厚度t以及介電常數(shù)ε3，其中，確定間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε3以及厚度t滿足上述截止條件。
這種介質(zhì)波導(dǎo)的一例示于圖4。如圖所示，具有介電常數(shù)ε1的介質(zhì)件3、4插置于一對導(dǎo)體平面1和2之間，使之經(jīng)傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域延伸。該介質(zhì)件3、4可以方便地具有厚度t。此外，在非傳播區(qū)域和/或傳播區(qū)域內(nèi)提供具有厚度t和介電常數(shù)ε3的介質(zhì)層6。確定間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε3以及厚度t滿足上述截止條件。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種介質(zhì)波導(dǎo)，它包括基本上平行的一對導(dǎo)體平面；以及插置于該對導(dǎo)體平面之間的一個(gè)介質(zhì)件，由此形成在導(dǎo)體平面之間傳播電磁波的一個(gè)傳播區(qū)域，以及截止該電磁波的一個(gè)非傳播區(qū)域；該介質(zhì)波導(dǎo)進(jìn)一步包括從介質(zhì)件連續(xù)并延伸到非傳播區(qū)域的第一和第二介質(zhì)層，它們具有介電常數(shù)ε1，以及第三介質(zhì)層，它位于第一與第二介質(zhì)層之間的非傳播區(qū)域內(nèi)并具有介電常數(shù)ε2，其中，確定間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε2以及延伸到非傳播區(qū)域并具有介電常數(shù)ε1的介質(zhì)層的厚度滿足上述截止條件。
這種介質(zhì)波導(dǎo)的一例示于圖5。如圖所示，具有介電常數(shù)ε1和厚度t1的介質(zhì)層3以及具有介電常數(shù)ε2的另一個(gè)介質(zhì)層5插置于一對導(dǎo)體平面1和2之間，使之從傳播區(qū)域經(jīng)非傳播區(qū)域延伸。確定間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε2以及厚度t1滿足上述截止條件。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供根據(jù)上述第五方面的一種介質(zhì)波導(dǎo)，它進(jìn)一步包括設(shè)置在非傳播區(qū)域和/或傳播區(qū)域內(nèi)的一個(gè)附加的介質(zhì)層，該附加的介質(zhì)層具有厚度t以及介電常數(shù)ε3，其中，確定間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε2、ε3，厚度t，以及延伸到非傳播區(qū)域并具有介電常數(shù)ε1的介質(zhì)層的厚度t1滿足上述截止條件。
這樣一種介質(zhì)波導(dǎo)的一例示于圖6。如圖所示，具有介電常數(shù)ε1和厚度t1的介質(zhì)層3以及具有介電常數(shù)ε2的另一個(gè)介質(zhì)層5插置于一對導(dǎo)體平面1和2之間，使之從傳播區(qū)域經(jīng)非傳播區(qū)域延伸。另外還提供一個(gè)具有厚度t和介電常數(shù)ε3的附加介質(zhì)層6。確定間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε2、ε3以及厚度t和t1滿足上述截止條件。
為了能便于形成傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域，可以通過用金屬膜覆蓋由樹脂或陶瓷材料注射成型所形成的介質(zhì)件的表面，形成每個(gè)導(dǎo)體平面。
根據(jù)本發(fā)明第一至第六方面的結(jié)構(gòu)特征，LSM01模式是最低次的模式，故在彎角處從LSM01模式至LSE01模式的模式轉(zhuǎn)換，因而消除了歸因于模式轉(zhuǎn)換的傳輸損耗，能夠設(shè)計(jì)具有任何所需彎角張角和曲率半徑之?dāng)?shù)值的彎角。
從以下結(jié)合附圖對各個(gè)實(shí)施例所作的描述中，本發(fā)明的這些和其它的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面的介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。
圖2(A)和2(B)是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)方面的介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)方面的介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)方面的介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)方面的介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第六個(gè)方面的介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。
圖7(A)和7(B)表示LSM01模式和LSE01模式的電磁波分布。
圖8(A)和8(B)分別表示對傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)型介質(zhì)波導(dǎo)觀察到的色散曲線，以及對該介質(zhì)波導(dǎo)的計(jì)算模型。
圖9(A)和9(B)分別表示對傳統(tǒng)的開槽型介質(zhì)波導(dǎo)觀察到的色散曲線，以及對該介質(zhì)波導(dǎo)的計(jì)算模型。
圖10(A)和10(B)分別表示對根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)觀察到的色散曲線，以及對該介質(zhì)波導(dǎo)的計(jì)算模型。
圖11(A)和11(B)分別表示對根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例，采用不同參數(shù)值的介質(zhì)波導(dǎo)觀察到的色散曲線，以及對該介質(zhì)波導(dǎo)的計(jì)算模型。
圖12(A)和12(B)分別表示對根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例，采用不同參數(shù)值的介質(zhì)波導(dǎo)觀察到的色散曲線，以及對該介質(zhì)波導(dǎo)的計(jì)算模型。
圖13是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。
圖15表示介質(zhì)條的介電常數(shù)與凹槽深度的組合范圍。
圖16(A)和16(B)表示彎角張角與傳輸損耗之間的關(guān)系。
圖17(A)和17(B)是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。
圖18是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。
圖19(A)和19(B)是立體圖，它表示根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的制造過程。
圖20是表示根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。
圖21是表示根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。
圖22(A)和22(B)表示根據(jù)本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例的一個(gè)連續(xù)波調(diào)頻(FM-CW)雷達(dá)前端。
圖23是根據(jù)本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。
圖24是根據(jù)本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。
圖25(A)和25(B)是根據(jù)本發(fā)明第九個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的部件分解立體圖和平面圖。
圖26(A)至26(D)是傳統(tǒng)介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。
圖27是一個(gè)介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖，它表示彎角的結(jié)構(gòu)。
圖28是由傳統(tǒng)介質(zhì)波導(dǎo)組成的一個(gè)環(huán)形器的立體圖。
第一個(gè)實(shí)施例以下將參照圖10(A)至16(B)描述根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)。
圖13是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。如圖所示，該介質(zhì)波導(dǎo)具有呈現(xiàn)導(dǎo)電平面的金屬平板9和10以及介質(zhì)條15。其布置是這樣的，把介質(zhì)條15與在金屬平板9、10相對表面中形成的凹槽相配合。圖14是圖13所示介質(zhì)波導(dǎo)的剖面圖。參見該圖，介質(zhì)條15具有電容率，即用εr表示的相對介電常數(shù)，以及寬度w和高度h1。非傳播區(qū)域內(nèi)金屬平板9、10之間的高度差或距離由h2表示，而凹槽深度由g表示。為了使處于所用頻率的電磁波在非傳播區(qū)域內(nèi)截止，確定上述高度差h2(通過h2＝h1-g得到)以滿足條件h2＜λ0/2，其中λ0表示在自由空間中處于所用頻率之電磁波的波長。
圖10(A)、10(B)、圖11(A)、11(B)以及圖12(A)、12(B)表示根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成，并采用圖14所示不同參數(shù)值的介質(zhì)波導(dǎo)的性能。在每對附圖中，尾標(biāo)為B的圖表示計(jì)算模型，而尾標(biāo)為A的圖表示通過利用該計(jì)算模型通過計(jì)算所獲得的色散曲線，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別表示頻率和相位常數(shù)β。
圖10(A)和10(B)表示利用下列參數(shù)值獲得的介質(zhì)波導(dǎo)的色散曲線和計(jì)算模型，其中，εr＝2.04，w＝2.5mm，h1＝2.25mm，h2＝1.65mm，g＝0.3mm。在此情況下，LSM01模式的傳播發(fā)生在不低于53.8兆赫的頻率，而LSE01模式的傳播出現(xiàn)在不低于55.6GHz的頻率，故只有LSM01模式在53.8GHz至55.6GHz的頻帶內(nèi)傳播。
圖11(A)和11(B)表示利用下列參數(shù)值獲得的介質(zhì)波導(dǎo)的色散曲線和計(jì)算模型，其中，εr＝2.04，w＝2.5mm，h1＝2.25mm，h2＝1.35mm，g＝0.45mm。在此情況下，LSM01模式的傳播發(fā)生在不低于52.1GHz的頻率，而LSE01模式的傳播出現(xiàn)在不低于57.5GHz的頻率，故只有LSM01模式在52.1GHz至57.5GHz的頻帶內(nèi)傳播。
圖12(A)和12(B)表示利用下列參數(shù)值獲得的介質(zhì)波導(dǎo)的色散曲線和計(jì)算模型，其中，εr＝2.04，w＝2.5mm，h1＝2.1mm，h2＝1.1mm，g＝0.5mm。在此情況下，LSM01模式的傳播發(fā)生在不低于54.3GHz的頻率，而LSE01模式的傳播出現(xiàn)在不低于61.5GHz的頻率，故只有LSM01模式在54.3GHz至61.5GHz的頻帶內(nèi)傳播。
為了找到使LSM01模式為最低次模式的條件，通過改變參數(shù)εr和g/h1的數(shù)值，同時(shí)將寬度w設(shè)置成一個(gè)任意值，獲得色散曲線，其結(jié)果示于圖15。圖15中的陰影區(qū)域表示LSM01模式變成最低次模式的范圍。例如，當(dāng)電容率εr為2(εr＝2)時(shí)，在因子g/h1不小于0.092的條件下，獲得作為最低次模式的LSM01模式。同樣，當(dāng)電容率εr為4(εr＝4)時(shí)，獲得作為最低級模式的LSM01模式的條件是因子g/h1為0.135或更大。這樣，當(dāng)條件落在圖15所示的陰影區(qū)域時(shí)，即使在彎角部分也只有LSM01模式傳播。然而，要注意條件g/h1＝0.5，(即限定圖15所示陰影區(qū)域上限的最上面的線)除外。
圖16(A)表示與對傳統(tǒng)的介質(zhì)波導(dǎo)觀察所得的關(guān)系相比，對本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)來觀察，當(dāng)彎角的曲率半徑R和頻率分別設(shè)置為9.6mm和60GHz時(shí)，所獲得的圖16(B)所示彎角的彎角張角θ與傳輸損耗之間的關(guān)系。說的更具體些，圖16(A)所示虛線曲線表示通過圖8(B)所示計(jì)算模型導(dǎo)出的計(jì)算所確定的特性，而實(shí)線則表示采用圖12(B)所示計(jì)算模型通過計(jì)算所獲得的特性?？梢?，傳統(tǒng)的波導(dǎo)根據(jù)彎角張角θ的變化，其傳輸損耗在0至大約4分貝之間一個(gè)較大的范圍內(nèi)變化。例如，當(dāng)角度θ設(shè)置成θ＝75度時(shí)，傳輸損耗大至4分貝。相反，在采用本發(fā)明的介質(zhì)波導(dǎo)的彎角中，不管彎角張角θ為多少，損耗恒定為0。上述傳輸損耗是指因彎角的存在而產(chǎn)生的損耗，即一個(gè)不把波導(dǎo)介質(zhì)部分和導(dǎo)體部分中的損耗考慮在內(nèi)的理想的無耗系統(tǒng)中的損耗。
第二個(gè)實(shí)施例圖17(A)和17(B)以剖面圖分別表示根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的兩類介質(zhì)波導(dǎo)。該第二個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)與圖13和14所示第一個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的區(qū)別在于，其在金屬平板9、10中形成之凹槽的壁的邊緣呈斜坡狀。尤其是，圖17(B)所示的波導(dǎo)中，介質(zhì)條15的各個(gè)角都是倒角的，以與在金屬平板9和10中形成之凹槽的壁的斜坡相配。圖17(A)和17(B)所示的結(jié)構(gòu)便于將介質(zhì)條嵌入金屬平板中所形成的凹槽內(nèi)，以免介質(zhì)波導(dǎo)產(chǎn)生任何位置偏移。
圖18是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的一個(gè)介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。圖中，標(biāo)號13和14表示由注射成型的合成樹脂或陶瓷材料的平板。平板13和14的相對表面上覆蓋導(dǎo)電膜11和12，它們提供了導(dǎo)體平面。
圖19(A)和19(B)是圖18所示介質(zhì)波導(dǎo)元件的立體圖，表示形成成型板14和導(dǎo)電膜12的方法。板14通過注射成型形成，使之具有一個(gè)凹槽，用以收容介質(zhì)條，并通過涂覆在板14的開槽表面形成由銀、銅或類似材料組成的襯層導(dǎo)電膜12。通過相同的方法制備具有襯層導(dǎo)電膜11的另一塊板13。將兩塊板13、14裝配在一起，由此夾住位于其間的介質(zhì)條15，這樣，介質(zhì)條15就部分收容于板13、14相對兩面所形成的凹槽內(nèi)。這種包括注射成型繼而形成導(dǎo)電膜的方法改進(jìn)了生產(chǎn)效率。當(dāng)這種板由合成樹脂或陶瓷材料成型，其熱膨脹系數(shù)等于或近似于介質(zhì)條的熱膨脹系數(shù)時(shí)，可以獲得對于環(huán)境在電氣和機(jī)械方面都穩(wěn)定的高可靠的介質(zhì)波導(dǎo)。
圖20是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的一個(gè)介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。參見附圖，標(biāo)號3表示由介電陶瓷材料或樹脂組成的整體成型件，其上表面和下表面上用導(dǎo)電膜11和12覆蓋該表面的整個(gè)區(qū)域。介質(zhì)件3具有厚壁部分，它在該處向上、下凸出，由此呈現(xiàn)相對其余具有較小厚度或高度h2的部分的平面為增加的厚度或高度h1。確定高度h1和h2，使其滿足條件h1＞λd/2和h2＜λd/2，其中，λd表示通過介質(zhì)件傳播的處于所用頻率之波的波長，由此將具有增加高度h1的介質(zhì)件3的部分用作傳播區(qū)域，而具有較小高度h2的其余部分提供非傳播區(qū)域。確定高度h1和h2，以及介質(zhì)件3的介電常數(shù)ε1，使LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，并使使用頻率位于LSE01模式的截止頻率與LSM01模式的截止頻率之間。
圖21是根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的一個(gè)介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。參見附圖，標(biāo)號3和4表示由介電陶瓷材料或樹脂成型的介質(zhì)件。介質(zhì)件3在其上表面用導(dǎo)電膜11，而介質(zhì)件4在其下表面用導(dǎo)電膜12覆蓋這些表面的整個(gè)區(qū)域。每個(gè)介質(zhì)件3、4具有厚壁部分，而它們在其厚壁部分連接在一起，形成介質(zhì)波導(dǎo)。這樣，整個(gè)介質(zhì)波導(dǎo)具有一個(gè)厚度或高度為h1的厚壁部分，以及厚度或高度較小的為h2的另一個(gè)部分。確定高度h1和h2，使其滿足條件h1＞λd/2和h2＜λ0/2，其中，λd表示通過介質(zhì)件傳播的處于所用頻率之波的波長，λ0表示自由間隔中所用頻率之波的波長，由此將具有增加高度h1的部分用作傳播區(qū)域，而具有較小高度h2的其余部分提供非傳播區(qū)域。確定高度h1和h2，每個(gè)介質(zhì)件3、4的厚度t1，以及介質(zhì)件3、4的介電常數(shù)ε1，使LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，并使使用頻率位于LSE01模式的截止頻率與LSM01模式的截止頻率之間。
圖22(A)和22(B)表示根據(jù)本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例的一個(gè)FM-CW雷達(dá)前端部分的結(jié)構(gòu)。具體些說，圖22(A)表示上金屬平板9的內(nèi)表面，而圖22(B)是載有電路板7的下金屬平板10的平面圖。上金屬平板9具有按特定圖形排列的介質(zhì)條15a、15b、15c、15d和15e，而下金屬平板10具有介質(zhì)條16a、16b、16c、16d和16e，它們按與上金屬平板9上介質(zhì)條之排列圖形成鏡象對稱的關(guān)系排列。電路板7夾在金屬平板9與10之間。電路板7上形成用作振蕩器、終端器和混頻器的導(dǎo)電膜圖形，以及電阻膜圖形。具體些說，在構(gòu)成振蕩器和混頻器的電路板7部分上，形成諸如提供一個(gè)RF扼流圈的導(dǎo)體圖形，用于RF匹配的導(dǎo)體圖形以及帶狀線之類的圖形。在構(gòu)成振蕩器的部分內(nèi)提供變?nèi)荻O管和耿氏二極管，而在構(gòu)成混頻器的部分內(nèi)提供肖特基勢壘二極管。每塊金屬平板9和10的內(nèi)表面上配備鐵氧體圓盤32，并在其外表面上配備用以施加直流偏置的磁場的磁鐵(未圖示)。介質(zhì)條15d，15c，15e，16D，16C和16e，鐵氧體圓盤32和磁鐵共同形成一個(gè)環(huán)形器。介質(zhì)條15e，16e和電阻膜30形成終端器。環(huán)形器和終端器結(jié)合提供一個(gè)隔離器。介質(zhì)條15b，16b和介質(zhì)條15c，16c之間的間隙用作一個(gè)耦合器。同樣，介質(zhì)條15b，16b與介質(zhì)條15a，16a之間的間隙也用作一個(gè)耦合器。
根據(jù)所述設(shè)置，工作時(shí)，來自振蕩器的信號經(jīng)由介質(zhì)條15d，16d，環(huán)形器以及介質(zhì)條15c，16c傳送到天線，而反射信號由另一天線接收。由收到的反射信號同經(jīng)由耦合器傳播的發(fā)射信號所合成的合成信號通過介質(zhì)條15a和16a傳播，由此在混頻器部分轉(zhuǎn)換為中頻信號。
具體些說，如此確定由介質(zhì)條和上下金屬平板構(gòu)成的介質(zhì)波導(dǎo)的設(shè)計(jì)因素，即在傳播區(qū)域內(nèi)的金屬平板與非傳播區(qū)域內(nèi)的金屬平板之間的距離，以及介質(zhì)條的介電常數(shù)，使LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，并使所用頻率位于LSE01模式的截止頻率與LSM01模式的截止頻率之間。因此，不會使介質(zhì)條15b，16b之曲率半徑受到設(shè)計(jì)限制，故可以用小到足以能明顯減小整個(gè)FM-CW雷達(dá)前端結(jié)構(gòu)之尺寸的曲率半徑來形成這些介質(zhì)條15b，16b。此外，在所用頻率，LSE01模式的電磁波不傳播到介質(zhì)條15c，15d，15e，16c，16d和16e，這就不需模式抑制器，例如圖28(B)所示的模式抑制器109，由此進(jìn)一步減小了整個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸。
圖23是根據(jù)本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。確定由介質(zhì)件3、4和中間電路板7構(gòu)成的介質(zhì)波導(dǎo)的非傳播區(qū)域的高度h2小于其傳播區(qū)域的高度h1。介質(zhì)件3在其上側(cè)面以導(dǎo)電膜11覆蓋，如圖所示，而介質(zhì)件4在其下側(cè)面以導(dǎo)電膜12覆蓋，如圖所示。介質(zhì)件3和4組裝在一起，其間夾有厚度為t的電路板7。電路板7配備與介質(zhì)條耦合的帶狀線，這樣，經(jīng)介質(zhì)條傳播的LSM01的電磁波傳播到帶狀線。
如此確定諸如高度h1，h2，介質(zhì)件3和4的介電常數(shù)以及電路板7的介電常數(shù)等設(shè)計(jì)因素，使傳播區(qū)域內(nèi)LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，并使所用頻率位于LSE01模式的截止頻率與LSM01模式的截止頻率之間。
圖24是根據(jù)本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的立體圖。確定由介質(zhì)件3、4和中間電路板7構(gòu)成的介質(zhì)波導(dǎo)的非傳播區(qū)域的高度h2小于其傳播區(qū)域的高度h1。確定每個(gè)介質(zhì)件3和4的非傳播部分的厚度為t1。介質(zhì)件3在其上側(cè)面以導(dǎo)電膜11覆蓋，如圖所示，而介質(zhì)件4在其下側(cè)面以導(dǎo)電膜12覆蓋，如圖所示。介質(zhì)件3和4組裝在一起，其間夾有厚度為t的電路板7。電路板7配備與介質(zhì)條耦合的帶狀線，這樣，經(jīng)介質(zhì)條傳播的LSM01的電磁波傳播到帶狀線。
如此確定諸如高度h1，h2，厚度t和t1，介質(zhì)件3和4的介電常數(shù)以及電路板7的介電常數(shù)等設(shè)計(jì)因素，使傳播區(qū)域內(nèi)LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，并使所用頻率位于LSE01模式的截止頻率與LSM01模式的截止頻率之間。
現(xiàn)在將參見圖25(A)和25(B)描述根據(jù)本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例的介質(zhì)波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)。參見圖25(A)，這是一個(gè)部件分解立體圖，金屬平板9、10的相對表面上設(shè)置十字形的凹槽，用以收容十字形介質(zhì)條15。如此確定諸如介質(zhì)條15的介電常數(shù)和高度，非傳播區(qū)域內(nèi)金屬平板之間的間隔，以及凹槽的深度等設(shè)計(jì)因素，使傳播區(qū)域內(nèi)LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，并使所用頻率位于LSE01模式的截止頻率與LSM01模式的截止頻率之間。
現(xiàn)在參見圖25(B)，它是介質(zhì)條15之交叉部分的平面圖，當(dāng)LSM01模式的電磁波以一給定頻率從端口P1傳播到端口P3時(shí)，從交叉點(diǎn)到端口P2或者到端口P4都不發(fā)生在該頻率處的LSE01模式中的電磁波的傳播。此外，由于在端口P1和P3之間提供通路的介質(zhì)條15部分與在端口P2和P4之間提供通道的介質(zhì)條15部分呈正交交叉，故不存在在端口P1和P3之間傳播的LSM01模式的電磁波仍以該模式傳播到端口P2或P4的可能。當(dāng)LSM01模式的電磁波在端口P2和P4之間傳播時(shí)，情況也一樣。因此，一個(gè)在端口P1和P3之間傳播的LSM01模式的電磁波，以及另一個(gè)在端口P2和P4之間傳播的LSM01模式的電磁波，可以相互獨(dú)立地同時(shí)在一個(gè)公共平面內(nèi)傳播。
從上述描述中可見，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明第一至第六方面，LSM01模式是最低次模式。因此，如果選擇電磁波的頻率位于LSE01模式的截止頻率與LSM01模式的截止頻率之間，將不會在彎角處發(fā)生由LSM01模式至LSE01模式的轉(zhuǎn)換，這樣，就消除了因這種模式轉(zhuǎn)換而引起的傳輸損耗。這就能設(shè)計(jì)具有任何所需彎角張角和曲率半徑數(shù)值的彎角。因此，通過增加彎角或通過減小曲率半徑，便于減小彎角所占據(jù)的面積，由此減小了整個(gè)裝置的尺寸。
例如，通過采用根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)波導(dǎo)所構(gòu)成的環(huán)形器，由于消除了從LSM01模式至LSE01模式的轉(zhuǎn)換，故無需現(xiàn)有技術(shù)為抑制LSE01模式而必需的任何模式抑制器。由此減小了由環(huán)形器所占據(jù)的面積，使之便于減小整個(gè)裝置的尺寸。
當(dāng)需要按相互交叉的方式設(shè)置一對介質(zhì)條時(shí)，本發(fā)明可以安排這些介質(zhì)條，使它們在一公共平面內(nèi)相互交叉，不會在經(jīng)由這些介質(zhì)條傳播的電磁波之間產(chǎn)生任何干擾，使之便于減小包括這種介質(zhì)條在內(nèi)的整個(gè)裝置的尺寸。
此外，即便在位于傳播區(qū)域的導(dǎo)體表面間隔與位于非傳播區(qū)域的導(dǎo)體表面間隔之間存在較大的差異時(shí)也容易制造根據(jù)本發(fā)明第七個(gè)方面的介質(zhì)波導(dǎo)。
盡管本發(fā)明已經(jīng)針對其各個(gè)實(shí)施例來加以描述，但顯然本領(lǐng)域的熟練人員還可對此作出許多其它的各種變化和變換以及其它的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于包括基本上平行的一對導(dǎo)體平面；以及插在該對導(dǎo)體平面之間的介質(zhì)條，該介質(zhì)條提供一個(gè)傳播電磁波的傳播區(qū)域，而除了所述介質(zhì)條以外的區(qū)域則提供一個(gè)截止電磁波的非傳播區(qū)域；其中，位于非傳播區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體平面之間的間隔h2小于傳播區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體平面之間的間隔h1，選擇間隔h1和h2，所述傳播區(qū)域內(nèi)介質(zhì)條的介電常數(shù)ε1以及在所述非傳播區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)層的介電常數(shù)ε2，使通過所述傳播區(qū)域傳播的LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，且使LSM01模式和LSE01模式兩者的電磁波在所述非傳播區(qū)域內(nèi)均截止。
2.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于進(jìn)一步包括至少設(shè)置在非傳播區(qū)域內(nèi)的一個(gè)附加的介質(zhì)層，該附加的介質(zhì)層具有厚度t以及介電常數(shù)ε3，其中，選擇間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε2、ε3以及厚度t，使通過傳播區(qū)域傳播的LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，且LSM01模式和LSE01模式兩者的電磁波在非傳播區(qū)域內(nèi)均截止。
3.如權(quán)利要求2所述的介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于，所述附加的介質(zhì)層還設(shè)置在所述傳播區(qū)域內(nèi)。
4.一種介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于包括基本上平行的一對導(dǎo)體平面；以及插在該對導(dǎo)體平面之間的一個(gè)介質(zhì)件，由此形成在導(dǎo)體平面之間傳播電磁波的一個(gè)傳播區(qū)域，以及截止該電磁波的一個(gè)非傳播區(qū)域；其中，位于非傳播區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體平面之間的間隔h2小于傳播區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體平面之間的間隔h1，且選擇間隔h1和h2，以及介質(zhì)件的介電常數(shù)ε1，使通過傳播區(qū)域傳播的LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，且LSM01模式和LSE01模式兩者的電磁波在非傳播區(qū)域內(nèi)均截止。
5.如權(quán)利要求4所述的介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于進(jìn)一步包括至少設(shè)置在非傳播區(qū)域內(nèi)的一個(gè)附加的介質(zhì)層，該附加的介質(zhì)層具有厚度t以及介電常數(shù)ε3，其中，選擇間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε3以及厚度t，使通過傳播區(qū)域傳播的LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，且LSM01模式和LSE01模式兩者的電磁波在非傳播區(qū)域內(nèi)均截止。
6.如權(quán)利要求5所述的介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于，所述附加的介質(zhì)層還設(shè)置在所述傳播區(qū)域內(nèi)。
7.一種介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于包括基本上平行的一對導(dǎo)體平面；以及插在該對導(dǎo)體平面之間的一個(gè)介質(zhì)件，由此形成在導(dǎo)體平面之間傳播電磁波的一個(gè)傳播區(qū)域，以及截止該電磁波的一個(gè)非傳播區(qū)域；其中，位于非傳播區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體平面之間的間隔h2小于傳播區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體平面之間的間隔h1，介質(zhì)件插在傳播區(qū)域內(nèi)并具有介電常數(shù)ε1，所述介質(zhì)波導(dǎo)進(jìn)一步包括從傳播區(qū)域延伸到非傳播區(qū)域內(nèi)并具有介電常數(shù)ε1的第一和第二介質(zhì)層，設(shè)置在所述第一和第二介質(zhì)層之間的非傳播區(qū)域內(nèi)并具有介電常數(shù)ε2的第三介質(zhì)層，其中，選擇間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε2以及延伸到非傳播區(qū)域并具有介電常數(shù)ε1的第一和第二介質(zhì)層的厚度，使通過傳播區(qū)域傳播的LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，且LSM01模式和LSE01模式兩者的電磁波在非傳播區(qū)域內(nèi)均截止。
8.如權(quán)利要求7所述的介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于進(jìn)一步包括位于非傳播區(qū)域內(nèi)的一個(gè)附加的介質(zhì)層，該附加的介質(zhì)層具有厚度t以及介電常數(shù)ε3，其中，選擇間隔h1、h2，介電常數(shù)ε1、ε2、ε3和厚度t，以及延伸到非傳播區(qū)域并具有介電常數(shù)ε1的第一和第二介質(zhì)層的厚度，使通過傳播區(qū)域傳播的LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率，且LSM01模式和LSE01模式兩者的電磁波在非傳播區(qū)域內(nèi)均截止。
9.如權(quán)利要求8所述的介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于，所述附加的介質(zhì)層還設(shè)置在所述傳播區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1、4和7任一所述的介質(zhì)波導(dǎo)，其特征在于，每一所述導(dǎo)體平面包括位于所述介質(zhì)件上的金屬膜，所述介質(zhì)件通過由樹脂或陶瓷材料注射成型所形成。
全文摘要
一種介質(zhì)波導(dǎo)，具有插在一對平行導(dǎo)體平面之間的介質(zhì)件，由此形成傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域。確定非傳播區(qū)域內(nèi)導(dǎo)體平面之間的間隔小于傳播區(qū)域內(nèi)導(dǎo)體平面之間的間隔。且確定上述間隔和介質(zhì)件的介電常數(shù)，使通過傳播區(qū)域傳播的LSM
文檔編號H01P1/32GK1152804SQ96113429
公開日1997年6月25日 申請日期1996年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月4日
發(fā)明者谷崎透, 西田浩, 齊藤篤 申請人:株式會社村田制作所