CN101527377B

CN101527377B - 配备有矩形波导的高频设备

Info

Publication number: CN101527377B
Application number: CN200910117854.7A
Authority: CN
Inventors: 藤田晶久
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: US8134427B2; CN101527377A; JP4645664B2; US20090224857A1; JP2009213050A; DE102009011869A1

Abstract

本发明公开了一种配备有矩形波导的高频设备。提供了由金属板制成的波导板和一对树脂制成的基板(第一和第二基板)，穿过波导板形成通孔，基板(第一和第二基板)上形成有接地图案以覆盖通孔。利用导电粘合剂将波导板和基板彼此层压在一起，使得波导板夹在基板之间，由此来提供矩形波导。第一基板具有高频电路，比如产生高频信号的振荡器。振荡器所产生的高频信号经由矩形波导被提供到形成在第二基板上的天线部分。

Description

配备有矩形波导的高频设备

技术领域

本发明涉及高频设备，具体而言，涉及一种具有能够传送高频信号的矩形波导管的高频设备。

背景技术

常规地，已知能够利用矩形波导管来传送高频信号的高频设备。例如，日本待审专利申请公开第2004-221718号公开了一种能够传送高频信号的高频设备，在该高频设备中，两个金属板接合在一起并且在接合表面上形成有多个矩形波导管。

在此类高频设备中，必须在至少一个金属板上形成沟槽以形成矩形波导管。就这一点而言，需要将金属板处理成复杂的形状，这使得难以制造该设备。

此外，具有接合的金属板的高频设备有以下问题：比如沉重、并且需要用于对通过波导管传送的信号进行处理的附加高频电路板。而且，会有在将该高频板层压到金属板时设备厚度的增加的问题。

由于不能利用粘合剂对金属板进行接合，因此利用螺钉对金属板进行接合。因此，必须保证螺钉的紧固空间，这导致设备的尺寸增加。

发明内容

提出本发明以解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种具有重量轻并且薄的主体的高频信号传送设备。为实现上述目的，提供了一种高频设备，所述高频设备配备有传送高频信号的波导管单元，所述波导具有矩形波导通道，高频信号通过所述矩形波导通道传送，所述波导通道在其纵向方向上延伸并且具有垂直于所述纵向方向切割出的矩形截面，所述矩形截面包括短边和长边，所述高频设备包括：板，所述板的厚度与所述波导通道的短边的长度相对应，并且所述板具有在厚度方向上穿过所述板的两个相对表面而形成的通孔，所述通孔具有与所述纵向方向垂直的宽度、具有内壁和在所述表面处打开的开口，其中至少所述内壁和所述开口的边缘具有导电性；以及一对树脂制成的基板，各个基板被层压在所述板的两个相对表面中的各个表面上并且具有连接到地的接地图案，所述接地图案位于所述基板中的每个基板的表面的特定区域处，所述特定区域在位置上与形成在所述板中的波导通道相对应，所述板和所述一对基板构成所述波导管单元。

附图说明

在附图中：

图1A是示出根据本发明第一实施例的高频信号传送设备的总体结构的透视图；

图1B是示出根据第一实施例的高频信号传送设备的总体结构的分解透视图；

图2A是示出根据第一实施例的第二基板的矩形区域附近的结构的平面图；

图2B是示出沿图2A的A-A线截取的截面图；

图3A是示出根据本发明第二实施例的波导板的结构的平面图；

图3B是示出根据第二实施例的变型的第一基板的结构的平面图；

图4A是示出根据本发明第三实施例的高频信号传送设备的结构的平面图；

图4B是示出沿图4A的B-B线截取的截面图；

图4C是示出波导板和第一基板之间的接合平面的平面图；

图5A是示出根据第三实施例的变型的结构的平面图；

图5B是示出沿图5A的C-C线截取的截面图；

图5C是示出波导板和第一基板之间的接合平面的平面图；

图6A是示出根据其它实施例的结构的平面图；

图6B是示出沿图6A的D-D线截取的截面图；

图7A是示出根据实施例的变型的结构的平面图；

图7B是示出沿图7A的E-E线截取的截面图；以及

图8是示出根据另一实施例的空气通道的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图来描述本发明的高频信号传送设备的实施例。

(第一实施例)

现在将参照图1至图2A以及图2B来描述第一实施例。

图1A是示出应用本发明的高频信号传送设备1的总体结构的透视图。图1B是示出高频信号传送设备1的分解透视图。

用作根据本发明的高频设备的高频信号传送设备1应用于使用毫米波和微波的雷达设备。

如图1A和1B所示，高频信号传送设备1包括波导板10、第一基板20以及第二基板30。在波导板10上形成有多个(根据第一实施例是3个)通孔11(11a至11c)以便形成矩形波导通道3。波导板由金属板(例如导体)制成。第一基板20和第二基板30附接到波导板10的相对侧面上。其中传送高频信号的通孔11在其纵向方向上延伸，并具有垂直于纵向方向切割出的矩形截面。该矩形截面由短边和长边组成，短边的长度与波导板10的厚度相同。

其中，第一基板20是树脂制成的基板。高频电路形成(例如印刷)在第一基板20的与同波导板10接合的表面相对的表面(在下文中称为电路形成表面)上。高频电路例如是产生高频信号的振荡器21、由带状线形成的高频信号线23以及变换装置24，所述高频信号线23将振荡器21的输出传送到作为矩形波导通道3的输入端子的矩形区域22，所述变换装置24将经由高频信号线23提供的(从振荡器21输出的)电信号转换成电磁波，并且向矩形波导通道3发射所述电磁波。矩形区域22(22a至22c)被布置得分别与通孔11a至11c相对应。连接矩形区域22和被置于第一基板20中央的振荡器21的所有高频信号线23被径向地布置，以使得波导的长度相同。

另一方面，与第一基板20一样，第二基板30也是树脂制成的基板。天线部分31、变换装置33、高频信号线34形成(例如印刷)在第二基板30的与同波导板10接合的表面相对的表面(电路形成表面)上，以便与矩形波导通道3中的每一个相对应。天线部分31是通过将多个片状天线(patch antenna)排列在单个行中来形成的。变换装置33在矩形区域32处将经由矩形波导通道3提供的高频信号转换成电信号，矩形区域32作为矩形波导通道3的输出端子。矩形区域32(32a至32c)沿着第二基板30的一侧被布置在一行中。

此外，波导板10上的通孔11被形成为使得朝向第一基板的矩形区域22的部分的中心和朝向第二基板的矩形区域32的部分的中心均位于距离通孔11的通道端部λg/2处(λg指的是要在波导3中传送的电磁波的波导波长)。此外，波导板10的厚度被设定为避免在通孔11的厚度方向(即，较短侧/电场方向)上形成高次谐波的驻波。

图2A是示出第二基板30上形成的变换装置33的附近的放大平面图。该放大图示出变换装置33所形成于的平面。图2B是示出沿高频信号传送设备1的A-A线截取的截面图。

如图2A和2B所示，第一和第二基板都具有接地图案25和35，接地图案25和35形成(印刷)在波导板10的除用作矩形波导通道3的输入端子或输出端子的矩形区域22、32之外的整个接合表面上。此外，第一和第二基板的电路形成表面具有接地图案26、36，接地图案26、36形成(印刷)在除形成高频电路和波导的部分之外的整个表面。这些接地图案被电接地(未示出)。此外，在矩形区域22、32的附近布置了多个通孔，所述通孔将接合表面的接地图案25、35和电路形成表面的接地图案26、36电连接。以λg/4或更小的间隔来布置所述通孔。由这些通孔37(矩形区域22周围的通孔未被示出)围绕的区域用作矩形波导通道(在本发明中是钻透式波导(bore-through waveguide))。

此外，利用导电粘合剂将波导板10、第一基板20以及第二基板30一体地附接。换句话说，将基板10和30中各基板层压在波导板10的两个相对表面中的每个表面上。

因此，在高频信号传送设备1中，可称作矩形波导管的矩形波导通道3由通孔11与第一和第二基板的覆盖通孔11的接地图案25、35形成，而矩形波导通道3的输入/输出端子的E面弯曲(E bends)形成在由通孔27、37围绕的矩形区域22、32处。

在这样构成的高频信号传送设备1中，由安装在第一基板20的电路形成表面上的振荡器21所产生的高频信号(电信号)经由高频信号线23被提供到变换装置24。高频信号(电信号)由变换装置24转换成电磁波，然后经由矩形区域22被提供到矩形波导通道3。而且，电磁波经由矩形波导通道3和第二基板30的矩形区域32被传送到安装在第二基板30的电路形成表面上的变换装置33。结果，提供到变换装置33的高频信号(电磁波)被转换成电信号，并且经由高频信号线34被提供到天线部分31。电信号在天线部分31处又被转换成电磁波以便发射所述波。在图1A中，包括波导板10、第一基板20以及第二基板30的部分1A被称为波导管单元。

如上所述，对波导板10的处理而言，高频信号传送设备1仅需要形成通孔11以便提供矩形波导通道3。因此，和常规的设备不同，不需要诸如形成沟槽等的复杂处理，可容易地并且低成本地制造高频信号传送设备1。

此外，高频信号传送设备1具有由接合到波导板10的一对树脂制成的板(第一基板20和第二基板30)形成的矩形波导通道3。此外，在第一基板20和第二基板30上形成有产生/处理要经由矩形波导通道3被传送的高频信号的高频电路。因此，不必使用用于高频电路的附加结构(例如树脂制成的板)，使得使用重量轻且薄的主体实现了高频电路的结构。

此外，在高频信号传送设备1中，由于通过导电粘合剂接合波导板10、第一基板20以及第二基板30，因此不必保证接合的特定结构和空间。因此，高频信号传送设备1的尺寸可以减小并且简单地被构造。高频信号传送设备1对应于本发明的高频设备。

(第二实施例)

接下来，现在将参照图3A和3B来描述第二实施例。

在该实施例中，仅波导板10的结构与根据第一实施例的波导板10的结构不同。因此，将主要描述不同的结构部分。

图3A是波导板10的接合表面的平面图，波导板10和第一基板20在该接合表面处接合。

如图3A所示，在波导板10的波导板10和第一基板20接合的接合表面上，布置了与各通孔11(11a至11c)相对应的沟槽12(12a至12c)。这些沟槽作为允许空气在波导板10的外部空间和矩形波导通道3之间流动的空气通道。

该沟槽12(12a至12c)被形成为使得在通孔11一侧的端部形成在与朝向矩形区域32(32a至32c)的端部距离nλg/2(n是0或正整数)的部分处。沟槽12的孔径等于或小于λ/4，其中λ指的是要被传送的电磁波的“自由空间波长(free space wavelength)”。

在这样构成的高频信号传送没备1中，当将波导板10、第一基板20以及第二基板30接合在一起时形成了沟槽12形式的空气通道，由此空气经矩形波导通道3流通。结果，即使由于温度变化或其它原因导致矩形波导通道3中的空气在体积上变动(即膨胀或收缩)，波导板10、第一基板20以及第二基板30的接合部分或第一/第二基板和安装在那些基板20、30上的电路部件之间的接合部分也不承受任何额外的力。因此，可增强高频信号传送设备1的结构可靠性。

(变型)

形成空气通道的沟槽12不一定被布置在波导板10的波导板10和第一基板20接合处的接合表面上。而是也可将沟槽12布置在波导板10和第二基板30的接合表面上。

此外，可将形成空气通道的结构(在第二实施例中是沟槽12)布置在第一或第二基板的接合到波导板10的接合表面(即，不是波导板10的表面)上。

在这种情况下，例如，如图3B所示，在接地图案25的形成过程中，将不存在接地图案的部分28(28a至28c)布置为形成包括部分28自身的空气通道，其中接地图案25形成于第一基板的波导板10和第一基板接合的接合表面上。在这样的条件下，部分28优选地被布置为使得部分28的顶部突出到朝向通孔11的部分。

此外，图3B示出布置在第一基板20上的部分28，也可将不存在图案的部分布置在第二基板30上。

(第三实施例)

接下来，现在将参照图4A-4C来描述第三实施例。

第三实施例的高频信号传送设备5被配置为缝隙阵列天线(slot arrayantenna)。

图4A是示出高频信号传送设备5的结构的平面图。图4B是示出沿图4A的B-B线截取的截面图。图4C是示出第一基板的接合表面的平面图，其中波导板和第一基板在该接合表面处接合。

如图4所示，高频信号传送设备5包括由金属板制成的波导板40以及第一和第二基板50、60，其中波导板40具有用于矩形波导通道7的通孔41，第一以及第二基板50、60接合到波导板40的两个相对侧。

其中，第一基板50由树脂制成，在所述第一基板50中，在与波导板40的接合表面相对的一侧(即电路形成表面)上布置有各种高频电路。所述高频电路包括产生高频信号的振荡器(未示出)、由带状线形成的高频信号线53以及变换装置54，其中高频信号线53将来自振荡器的输出传送到作为矩形波导通道7的输入端子的矩形区域52，变换装置54将经由高频信号线53提供的(从振荡器输出的)电信号转换成电磁波并且将所述电磁波向矩形波导通道7发射。此外，在除那些高频电路之外的剩余区域上形成接地图案56。

此外，在第一基板50的波导板40和第一基板50接合处的接合表面上，部分58(没有接地图案)作为允许空气在波导板的外界空间5和矩形波导通道7之间流动的空气通道。此外，在接合表面的除矩形区域52之外的整个部分上形成接地图案55。关于部分58，与矩形波导通道7的一侧相对应的端部在朝向第一基板50的矩形区域52的部分具有开口。部分58被形成为具有等于或小于λ/4的口径长度。此外，以长度等于或小于λg/4的间隔在矩形部分52的周围布置了多个通孔57，其中多个通孔57将接地图案55和56电连接。因此，矩形波导通道7的输入端的E面弯曲被形成在由通孔57围绕的矩形区域52处。

另一方面，第二基板60同第一基板50一样也由树脂制成，并且在波导板40的接合表面上形成了接地图案55来覆盖波导板40的接合表面的几乎所有区域。然而，在朝向波导板40的通孔41(即矩形波导通道7)的部分处在一行上形成多个缝隙62。多个缝隙62随通孔41一起形成。将各个缝隙之间的间隔设定为预定值以便获得期望的方向特性。

在这样构成的高频信号传送设备5中，将由布置在第一基板50的电路形成表面上的振荡器所产生的高频信号(电信号)经由高频信号线53提供到变换装置54。随后，高频信号被转换成电磁波并且经由矩形区域52被提供到矩形波导通道7。然后，提供到矩形波导通道7的高频信号(电磁波)被从在第二基板60上形成的每个缝隙62发射到设备外部。

如上所述，在高频信号传送设备5中，仅需要在波导板40上形成通孔41以提供波导7。此外，矩形波导通道7被形成以使得一对树脂制成的基板(第一基板50和第二基板60)通过导电粘合剂接合到波导板40。因此，可达到与第一实施例相同的效果。

此外，根据高频信号传送设备5，可将矩形波导通道7中传送的电磁波从缝隙62发射到设备外部而无需将电磁波转换成电信号。结果，可以高效地发射电磁波。高频信号传送设备5对应于本发明的高频设备。

(改型)

图5A是示出根据高频信号传送设备的改型结构的平面图。图5B是示出沿图5A的C-C线截取的截面图。图5C是示出波导板40的第一基板50和波导板40接合处的接合表面的平面图。

如图5A和5B所示，在第二基板60的与波导板40和第二基板60接合处的接合表面相对的表面上，可在朝向每个缝隙62的部分处布置(印刷)由导体形成的匹配器件(贴片(patch))66。因此，通过该改型，可提高发射电磁波的效率。此外，当匹配器件被设定为各种形状和尺寸时可设置各种发射方式。

如图5B和5C所示，可将空气通道42布置在波导板40上，而不是布置在第一基板50上。空气通道42是由波导板40上的槽沟形成的。

(其它实施例)

根据上述实施例，包括通孔的金属板被用作波导板10和40。然而，如图6所示，可使用波导板70来替代波导板10和40。图6A是波导板70的平面图，图6B是示出沿图6A的D-D线截取的截面图。波导板70包括穿过其形成通孔(即波导通道71)的树脂制成的基板、覆盖波导71的内壁表面的区域以及波导71的边缘部分的区域的接地图案73。

根据上述实施例，对波导板10(40)或第一基板20(50)以及第二基板30(60)进行处理以便构成空气通道。然而，当利用导电粘合剂来使这些板彼此层压时，没有导电粘合剂的部分可以用作空气通道。

此外，空气通道还可以是垂直穿过树脂制成的基板的通孔，该通孔可以被形成以作为电路引线的一部分。具体地，在图8所示的结构中，空气通道200利用打通树脂制成的第一基板20的通孔而形成。替代地，空气通道200也可以穿过第二基板30而形成。

此处，图7A和7B是示出上述高频信号传送设备1和5的改型的图。图7A是从形成变换装置33处的表面放大的平面图，并且示出形成在第二基板30上的变换装置33的附近区域。图7B是示出沿图7A的E-E线截取的截面图。

如图7A所示，根据高频信号传送设备1(5)，在第一基板20(50)和第二基板30的各矩形区域22、52和32(在图7A中，指的是第二基板30的矩形区域32)的中心边缘处，可布置包括金属图案的匹配器件39。该匹配器件消除了在要被连接到波导的周围设置了通孔的部分处的不希望的反射。因此，可提高传输效率。

此外，在第一基板20(50)和第二基板30(60)当中，至少一个基板可被配置为多层基板。在图7B中，第二基板30被配置为多层的树脂制成的基板。当高频信号传送没备100(例如集成电路：IC)被安装在第一基板20(50)或第二基板30(60)(在图7B中是第二基板30)的任一侧时，高频信号传送设备100与高频信号线34(23，53)(在图7B中是高频信号线34)可通过引线101(即，引线接合)电连接到彼此。

此外，在第一基板20(50)或第二基板30(60)(在图7A和图7B中是第二基板30)的电路形成表面上，可形成接地图案26(36)(在图7A和图7B中是接地图案36)，使得接地图案仅覆盖朝向矩形区域32(22，52)(在图7A和图7B中是矩形区域32)的部分。也就是说，接地图案不一定要覆盖除形成电路的部分之外的整个表面。

Claims

1.一种高频设备，包括：

传送高频信号的波导管单元，所述波导管单元具有矩形波导通道，所述高频信号通过所述矩形波导通道传送，所述波导通道在其纵向方向上延伸并且具有垂直于所述纵向方向切割出的矩形截面，所述矩形截面包括短边和长边；

板，所述板的厚度与所述波导通道的短边的长度相对应，并且所述板具有在厚度方向上穿过所述板的两个相对表面而形成的通孔，所述通孔具有与所述纵向方向垂直的宽度、具有内壁和在所述表面上打开的开口，并且所述板在包括所述内壁和所述开口的边缘的部分具有导电性；以及

包括第一基板和第二基板的一对基板，各个基板由树脂制成，被层压在所述板的两个相对表面中的每一个表面上，并且具有电连接到地的接地图案，所述接地图案位于所述基板中的每个基板的表面的特定区域处，所述特定区域在位置上与形成在所述板中的波导通道相对应，所述板和所述一对基板形成所述波导管单元，所述第一基板具有作为输入到所述波导通道中的高频信号的输入端子的区域，所述第二基板具有作为从所述波导通道传送的高频信号的输出端子的区域，其中，

所述通孔具有空气通道，空气流经所述空气通道以与所述设备的外部空间相通，所述空气通道被布置在所述板和所述基板中的至少一个上；以及

所述空气通道在所述第一和第二基板之一的未形成接地图案的部分处形成。

2.根据权利要求1所述的设备，其中

所述空气通道通过在所述板与所述第一和第二基板之一彼此接合处的接合表面上形成的沟槽提供。

3.根据权利要求1所述的设备，其中

所述板与所述第一和第二基板之一利用导电粘合剂被接合，并且所述空气通道在未施加导电粘合剂的部分处形成。

4.根据权利要求1所述的设备，其中

所述空气通道的开口被形成为使得在所述波导通道一侧的端部形成在与所述波导管单元的端部距离n×λg/2的部分处，n是“0”或正整数，其中λg指的是要在所述波导管单元中被传送的电磁波的波长。

5.一种高频设备，包括：

所述空气通道的口径等于或小于λ/4，其中λ指的是要被传送的电磁波的自由空间波长。

6.根据权利要求1所述的设备，其中

钻透式波导被形成以形成E面弯曲，使得所述钻透式波导被形成为通过具有围绕用于所述波导管单元的所述输入和输出端子的部分布置的多个通孔的所述一对基板，以形成E面弯曲。

7.一种高频设备，包括：

所述通孔具有空气通道，空气流经所述空气通道以与所述设备的外部空间相通，所述空气通道被布置在所述板和所述基板中的至少一个上；

钻透式波导被形成以形成E面弯曲，使得所述钻透式波导被形成为通过具有围绕用于所述波导管单元的所述输入和输出端子的部分布置的多个通孔的所述一对基板，以形成E面弯曲；以及

所述钻透式波导被形成为使得所述钻透式波导的中心部分被形成在与所述波导管单元的端部距离λg/2的部分处，其中λg指的是要在所述波导管单元中被传送的电磁波的波长。

8.根据权利要求6所述的设备，其中

在所述钻透式波导在与所述一对基板中的每个和所述板之间的接合表面相对的表面上的开口处形成有变换装置，所述变换装置在从所述钻透式波导传送的电磁波与高频信号之间转换。

9.一种高频设备，包括：

在所述第二基板上的由所述通孔围绕的部分处布置有匹配器件，电磁波从所述第二基板传送到外部。

10.根据权利要求1所述的设备，其中

所述一对基板由至少一个多层基板构成，并且在所述第二基板的覆盖所述板的通孔的接地图案上形成有至少一个缝隙，所述至少一个缝隙被提供作为输出部分以用于发射所述电磁波，所述电磁波从所述第二基板传送到外部。

11.一种高频设备，包括：

所述一对基板由至少一个多层基板构成，并且在所述第二基板的覆盖所述板的通孔的接地图案上形成有至少一个缝隙，所述至少一个缝隙被提供作为输出部分以用于发射所述电磁波，所述电磁波从所述第二基板传送到外部；以及

在形成所述至少一个缝隙的所述第二基板上形成有包括导电图案的匹配器件，使得所述匹配器件形成在与形成所述至少一个缝隙的表面相对的表面上并且在朝向形成所述至少一个缝隙的部分处。

12.根据权利要求1所述的设备，其中

所述板由具有所述通孔的金属板构成。

13.根据权利要求1所述的设备，其中

所述板由树脂制成的基板构成，在所述通孔中，在所述通孔的开口的内壁和边缘部分处形成有导电图案。