CN1065629C - 非辐射性电介质波导部件的测试夹具 - Google Patents

Abstract

可高精度地测试非辐射性电介质波导部件特性的夹具(6)具有在与振荡器(1)的安装面(19a)适当接合的状态下将振荡器(1)安装在指定位置的安装部分(60)和与它一体形成的使振荡器(1)与另一种波导结合的交换部分(61)。变换部分(61)具有：与电介质条(12)相应设置的、该安装部分(60)固有的电介质条(62)；与垂直端面(19b)对应的、在该变换部分(61)的端部形成的、与从电介质条(62)的端部(62a)输入或输出的电磁波的行进方向垂直的垂直端面(61a)。

Description

非辐射性电介质波导部件的测试夹具

本发明涉及非辐射性电介质波导部件的测试夹具，特别是涉及利用非辐射性电介质波导对工作于微波频段或毫米波频段的非辐射性电介质波导部件的特性进行测试的夹具。

近年来，工作于微波频段和毫米波频段的振荡器、环行器等非辐射性电介质波导部件在不断地开发，为了对这些已开发出来的非辐射性电介质波导部件的特性进行测试，迄今为止一直在考虑测试夹具的问题。

图17是表示先前的非辐射性电介质波导部件和测试夹具的整体结构的透视图。在图17中，非辐射性电介质波导部件101例如振荡器具有：平板状的下导体板1001；平板状的上导体板1002；使上下导体板1001、1002相互平行的衬垫1003(图中示出2个)；以模式LSM 01传送电磁波的电介质条1005；把上下导体板1001、1002和电介质条固定成一体的螺栓1007(图中示出2个)和螺母1008(图中示出1个)。

在上下导体板1001、1002的端部形成与电介质条1005的电磁波传播方向垂直的垂直端面1001a。此外，电介质条1005的端部1005b为了与夹具连接而从垂直端面1001a突出来。再有，为了使非辐射性电介质波导部件101的特征阻抗与另外的波导的特性阻抗相匹配，在端部1005b的宽度方向上形成尖锥形。

为了使非辐射性电介质波导部件101与不同种类的另外的波导(例如，波导管)连接，夹具102具有剌叭口1021和波导管1022。在波导管1022的端部形成法兰盘1022a。

图18是表示在插入电介质条1005的端部1005b的状态下的夹具102的内部形状的透视图。形成宽W1(1．88mm)、高H1(3．76mm)的波导管1022使其传播TE10模式的电磁波。把喇叭口1021形成为三维结构。即，随着从波导管1022向非辐射性电介质波导部件101延伸，其高度从波导管1022上下两侧的高度逐渐降低直到变成电介质条的高度a(H1＞a(2．25mm))，其宽度从波导管1022左右两侧的W1开始逐渐变宽。由此，经过波导管传播的TE10模式电磁波的特性阻抗便与经过电介质条1005传播的LSM 01模式电磁波的特性阻抗相匹配。

在使用这种夹具102对非辐射性电介质波导部件101进行特性测试时，首先，通过使非辐射性电介质波导部件101与夹具102接近，将电介质条1005的端部1005b插入喇叭口1021中。其次，使用网络分析仪等测试仪器对非辐射性电介质波导部件101的特性进行测试。测试完了后，通过使非辐射性电介质波导部件101离开夹具102，将电介质条1005的端部1005b从喇叭口1021拔出来。

但是，在先前的夹具中，每一次非辐射性的电介质波导部件101的测试都要对电介质条1005的端部1005b和喇叭口1021进行拔插，因而相互间的定位不固定，容易产生失配。其结果，存在对非辐射性电介质波导部件101的特性的测试结果离散大的问题。

本发明的目的在于解决上述技术课题，提供一种可以高精度地则试非辐射性电介质波导部件的特性的夹具。

本发明是一种对利用了非辐射性电介质波导工作于微波频段或毫米波频段的非辐射性电介质波导部件的特性进行测试的夹具，

该非辐射性电介质波导部件具有：

以相互之间的间隔为指定的间隔而平行配置的、该部件固有的第1对导体；

配置在第1对导体的两导体之间的、该部件固有的以指定模式传播高频电磁波的第1电介质条；

在第1对导体的两导体的至少1侧上形成的平面状的安装面；和

在第1对导体的两导体的端部形成的、与从第1电介质条的端部输入或输出的电磁波的行进方向垂直、且包含第1电介质条的端部附近区域的第1垂直端面，

夹具具有：

在与安装面适当接合的状态下可以以固定的方式将非辐射性电介质波导部件安装到指定位置上的安装部分；和

与安装部分形成一体的、用于使非辐射性电介质波导部件与不同种类的另一波导互相结合的变换部分，

变换部分则具有：

与第1电介质条对应而固定地设置的、该变换部分固有的第2电介质条；和

与第1垂直端面对应而在该变换部分的端部形成的、与从第2电介质条的端部输入或输出的电磁波的行进方向垂直的、且包含第2电介质条的端部附近区域的第2垂直端面。

在所述的发明中，固定地设置与第1电介质条对应的该变换部分固有的第2电介质条。因此，不会出现先前技术中的喇叭口和介质条的位置偏移。此外，在该变换部分的端部形成与第1垂直端面对应的第2垂直端面，使其与从第2电介质条的端部输入或输出的电磁波的行进方向垂直且包含第2电介质条的端部附近区域。因此，当在安装部分与安装面已适当接合的状态下将非辐射性电介质波导部件固定地安装到指定的位置上时，指定模式的电磁波就经过第1和第2电介质条间在不失配且低损耗的状态下传播。从而可以高精度地测试非辐射性电介质波导部件的特性。

由于非辐射性电介质波导的传送模式(LSM 01模式)没有与电磁波的传播方向平行的电流成分、而且几乎没有电场分量，所以，对部件之间的连接等不需要象波导管那样用法兰盘来牢固地固定、而且不需要电介质条的端部的对接连接等。因此，垂直端面的结构简单、且实际安装简单，可以提高集成电路的批量生产能力和可靠性。

图1是表示本发明的第1实施例的振荡器和夹具的整体结构的图。

图2是表示图1的变换部分61的内部形状的透视图。

图3是表示在取出了导体10的状态下振荡器1的电介质条12的端部12a附近的结构的图。

图4是表示图1的振荡器1的特性的图。

图5是表示经过波导管传播的TE10模式电磁波的图。

图6是表示经过非辐射性电介质波导传播的LSM 01模式电磁波的图。

图7是表示导体和电介质条间的间隙d为“0”时的特性的图。

图8是表示导体和电介质条间存在d为0．1mm间隙时的特性的图。

图9是表示导体和电介质条间的间隙d为“0”时的特性的图。

图10是表示只在导体间存在d为0．1mm的间隙时的特性的图。

图11是表示只在导体间存在d为0．2mm的间隙时的特性的图。

图12是表示本发明的第2实施例的振荡器和夹具的整体结构的图。

图13是表示图12的变换部分66的内部形状的透视图。

图14是表示本发明的第3实施例的振荡器和夹具的整体构造的图。

图15是表示本发明的第4实施例的振荡器和夹具的整体结构的图。

图16是表示图15的环行器2的特性的图。

图17是表示先前的非辐射性电介质波导和夹具的整体结构的图。

图18是表示在插入图17的电介质条1005的端部1005b的状态下夹具102的内部形状的透视图。

1-振荡器

2-环行器

10、11、20、21-导体

12、22、62、65-电介质条

12a、22a、62a-端部

19a、29a-安装面

19b、29b、61a-垂直端面

下面，根据附图说明本发明的实施例。图1是表示本发明第1实施例的振荡器和夹具的整体结构的图。图1(a)是振荡器安装之前的俯视立体图，图1(b)是振荡器安装后的透视图，图1(c)是沿图1(b)的A-A′线的剖面图。

在图1中，振荡器具有：一对平板状的导体10、11；放置在导体10、11之间的电介质条12；电源端16和调制端17。

导体10、11由铝、铜等导电性材料形成。在导体11上衬垫11b与其一体形成，用来使导体10、11的相互间的间隔保持一定的高度a。例如由聚四氟乙烯等电介质材料(相对介电常数εr=2)形成高为a(例如2．25mm)、宽为b(例如2．5mm)的电介质条12。此外，在导体10、11的四角形成螺丝孔18a。通过在该螺丝孔18a上分别拧上带十字孔的盆头螺钉18b将电介质条12等与导体10、11形成一体使之不能移动。

在导体11的底面形成平面状的安装面19a。此外，在导体10、11的一个端部上形成与从电介质条12的端部12a输入或输出的高频电磁波的行进方向垂直、且包含端部12a附近区域的垂直端面19b。该振荡器1使起振后的电磁波从端部12a输出。

夹具大致具有安装部分60和变换部分61。安装部分60由铝、铜等的具有导电性的平板状的下板601的一部分形成。在安装部分60中，形成一对侧壁601a用来使振荡器1准确地定位于下板601之上。此外，在下板601上，在与振荡器1的安装面已适当接合的状态下，在与螺丝孔18a对应的位置上形成螺丝孔601b用来将振荡器1固定在指定的位置上。

变换部分61大致具有相互成一体的压紧部分610、喇叭口611和波导管612，用于使振荡器1与不同种类的另一波导(例如波导管)连接。在压紧部分610中；用下板601的余部和铝、铜等的具有导电性的压板610a将与电介质条12对应的电介质条62的一部分夹持住，通过拧紧压紧螺钉610b使电介质条固定。喇叭口部611通过用螺丝611b拧紧设在其端部上的法兰盘611a与压紧部分610固定在一起。在波导管612的端部上形成法兰盘612a。在变换部分61的端部、即压紧部分610的端部上，与振荡器1的垂直端面19b相对应形成与介质条62的电磁波的传播方向垂直、且包含电介质条62的端部62a附近的垂直端面61a。此外，在电介质条62的另一端部62b上，在宽度方向上形成尖锥形用于使电介质条62的特性阻抗与其它波导的特性阻抗相匹配。

图2是表示图1的变换部分61的内部形状的透视图。形成宽度W1(1．18mm)、高度H1(3．76mm)的波导管612以便传播TE10模式的电磁波。把喇叭口611形成三维结构。即，随着从波导管612向压紧部分610延伸，其高度从波导管612的上下两侧的高度逐渐降低到电介质条62的高度a(H1＞a(2．25mm))，其宽度从波导管612的左右两侧的宽度W1逐渐展宽。由此，使在波导管612中传播的电磁波TE10模式的特性阻抗与在电介质条62中传播的LSM 01模式的特性阻抗相匹配。此外，由于将电介质条62固定在压紧部分610中，所以不会产生电介质条62与喇叭口611之间的位置偏移。

图3是表示图1的振荡器1和夹具6的电介质条12、62的端部12a、62a附近的结构的例子的图。在图3(a)～(c)中分别示出了电介质条12、62的端部12a、62a之间彼此对接的状态的例子。在图3(a)中，将电介质条12、62的端部12a、62a与电磁波行进方向垂直、而且与垂直端面19b、61a形成共平面，端部12a、62a之间互相对接。

在图3(b)中，端部12a、62a分别形成楔形以便相互之间可以对接。为此，端部12a从垂直端面19b稍微突出一些。在图3(c)中，端部12a、62a分别形成圆弧形以便相互之间可以对接。为此，在该图(c)中端部12a也从垂直面19b稍微突出一些。如图3(b)、(c)所示，如果电介质条12、62的端部12a、62a稍微可以对接，端部12a、62a也可以不必与电磁波行进方向垂直。此外，即使端部12a、62a与电磁波行进方向垂直而形成，也可以使端部12a、62a分别从垂直端面19b、61a稍微突出一些，端部12a、62a之间彼此对接。

下面，说明其工作情况。当给振荡器1的电源端16供给直流电后便产生高频电磁波并输入到电介质条12中。但是，如果设导体10、11之间的间隔为a，需传送的电磁波的波长为λ、间隔a＜λ／2，在没有电介质12的部分平行于导体部10、11的电磁波的传播被截止。另一方面，在插入了电介质条12的部分，截止状态被解除，电磁波沿电介质条12传播，从端部12a输出电磁波。即使在变换部分61的压紧部分610，情况也是一样的。此外，传送模式大致分为LSE模式和LSM模式。在最低阶模式的LSE 01模式和LSM 01模式中，从低损耗性的观点出发通常使用LSM 01模式。

本发明的申请人使用夹具6和频谱分析仪对该振荡器1进行了测试。图4为表示振荡器1的特性的图。从图4可知，以60GHz为中心的具有良好特性的振荡信号从电介质条12的端部12a输出。

在此，对经过波导管传播的电磁波和经过非辐射性电介质波导传播的电磁波的区别进行了研究。图5示出经过波导管传播的TE10模式的电磁波，图6示出经过非辐射性电介质波导传播的LSM 01模式的电磁波。图5(a)示出了电场分量E、磁场分量H，图5(b)示出了表面电流I。图6(a)示出了电场分量E、磁场分量H，图6(b)示出了表面电流，图6(c)示出了沿B-B′线切断后的状态。

如图5(b)所示在波导管中表面电流具有与电磁波传播方向相同的分量。为此，为了同类波导管之间彼此连接，要消除间隙，为了使表面电流I流过两波导管，必需用法兰盘牢固地固定。

另一方面，如图6所示，在非辐射性电介质波导中，LSM 01模式的表面电流只具有与电磁波传播方向垂直的分量。因此可以认为，即使导体10、11分别与电磁波传播方向垂直地被切断、各导体10、11之间存在间隙，对电磁波的传送也不会产生影响。

为了确认这一点，本发明的申请人对将导体10、11和电介质条12与电磁波的传播方向垂直地切断后的情况下的特性进行了测试。图7示出了导体10、11和电介质条12间的间隙d为“0”时的特性。即，示出了图3(a)中垂直端面19b和端部12a与对应的垂直端面19b和端部12a分别对接时的特性。图8示出了导体10、11和电介质条12之间存在d为0．1mm的间隙时的特性。即，示出了图3(a)中垂直端面19b和端部12a与对应的垂直端面19b和端部12a之间离开0．1mm时的特性。从图7、图8可以确认，即使导体10、11和电介质条12间、以及振荡器1和夹具6之间存在间隙d，反射损耗、插入损耗仅增加一点点。

因此，在振荡器1和夹具6之间的连接中不需要象波导管那样用法兰盘来牢固地固定，而且不需要端部12a、62a对接连接等。从而，在安装部分60与安装面19a适当接合的状态下，当在固定振荡器1的状态下安装时，LSM 01模式的电磁波便会在不失配且低损耗的情况下传播。因此，可以在无离散的情况下测试振荡器1的特性而且安装简单。

为了对在使端部12a、62a从垂直面19b、61a突出来一点并使端部12a、61a互相对接的情况下的特性进行测试，本发明的申请人对将导体10、11和电介质条12沿与电磁波传播方向垂直的方向切断时以及对接时的特性进行了测试。

图9示出了导体10、11和电介质条12间的间隙d为“0”时的特性。即，示出了在图3(a)中垂直端面19b和端部12a分别与对应的垂直端面19b和端部12a对接时的特性。

图10示出了只在导体10、11间存在d为0．1mm的间隙时的特性。即，示出了使端部12a从垂直端面19b各突出0．05mm、使端部12a彼此对接，从而使垂直端面19b和对应的垂直端面19b之间离开0．1mm时的特性。图11示出了只在导体10、11间存在d为0．2mm的间隙时的特性。即，示出了使端部12a从垂直端面19b各突出0．1mm时的特性。

从图9、图10和图11可以确认，即使导体10、11间存在间隙d，但是只要端部12a互相对接就几乎不会发生反射损耗和插入损耗增加从而使特性变坏的现象。这一关系对振荡器1和夹具6之间也同样适用。在使端部12a、62a分别从垂直端面19b、61a突出一点点，使同类端部12a、62a互相对接的情况下也几乎不会发生反射损耗和插入损耗增加从而使特性变坏的现象。

图12示出了本发明的第2实施例的振荡器和夹具的整体结构。图12a是安装了振荡器后的透视图。图12(b)是沿图12(a)的C-C′线切断的截面图。在图12的夹具6A中，通过使下板63、上板64和电介质条65形成指定的形状来构成以混在一起的方式包含上述压紧部分、喇叭口和波导管的变换部分66。

图13为示出图12的变换部分66的内部形状的透视图。在该变换部分66中分别使上板64和电介质条65在上下方向上形成直线圆锥形，以二维方式形成具有一定的高度a的喇叭口和压紧部。因此，由于可以二维方式来形成，所以可以做成比图1的变换部分61简单的变换部分66。在该变换部分66中，形成TE10模式变换部分α、TE10模式和LSM 01模式混在一起的缓冲部分β以及LSM 01模式的变换部分γ。由于该变换部分α、缓冲部分β和变换部分γ使TE10模式和LSM 01模式间的模式变换进行得平缓，所以可以减轻因模式变换而引起的特性变坏，可以比较正确地测试振荡器1的特性。此外，由于除了压紧部分610之外，缓冲部分β和变换部分γ也可以固定，所以可以比较可靠地消除电介质条65的位置偏移。

图14为示出本发明的第3实施例的振荡器和夹具的整体结构的截面图。在图14所示的夹具6B的变换部分66中，使电介质条65在上下方向形成直线圆锥形，使下板63在上下方向形成曲线圆锥形，以二维方式形成具有一定高度a的喇叭口和压紧部分。使用该夹具6B也可以得到与夹具6A同样的效果。

图15为示出本发明的第4实施例的环行器和夹具的整体结构的透视图。与图1的夹具对应的部分标上相同的序号并省略其说明。在图15中，环行器2具有一对平板状的导体20、21和放置在导体20、21之间的3根电介质条22(图中示出1根)。导体20、21由铝、铜等的导电性材料形成。在导体20、21之间的三个角上设有衬垫26用来使其相互之间的间隔保持一定的高度a。此外，在导体20、21的三个角上还形成与衬垫26连通的螺丝孔(未图示)。通过分别在该螺丝孔上拧上带十字孔的盆头螺钉27可以使电介质条22与导体20、21形成一体而不能移动。

在导体20的底面形成平面状的安装面29。还在导体20、21的3个端部上分别形成垂直端面29b，使其与分别从各电介质条22的端部22a输入或输出的高频电磁波的行进方向垂直且包含端部22a附近区域。

由于环行器2具有3个端部22a，即有3个口，所以夹具6c是将图1(A)的3个夹具6组合起来，可以用3个垂直端面61a和安装部分60来决定环行器2的位置，这样来构成。而且，当哪怕是去掉一个带十字孔的盆头螺钉27时都有可能会产生电介质条22等的位置偏移。因此，通过用盖67将环行器2压住、再用带十字孔的盆头螺钉68拧紧，把环行器2固定起来。这样来测试环行器2的特性。

当环行器2的1个电介质条22的端部22a作为高频电磁波的输入口时，使电磁波向一个方向旋转，只向另一个电介质条22的端部22a传送电磁波。本发明申请人使用夹具6c和网络分析仪，在使1个端部22a成为无反射终端的状态下将环行器2作为隔离器来工作，从而对环行器2进行测试。

图16示出了图15的环行器2的特性。图16(a)示出了隔离性能和插入损耗。图16(b)示出了反射损耗。因此，从图16可知，环行器2具有良好的隔离性能、插入损耗和反射损耗特性。

因为，在环行器2和夹具6c之间的连接中，不需要象波导管那样用法兰盘来牢固固定，且不需要端部22a、62a的对接连接等。从而，在安装部分60与安装面29a适当接合的状态下，当环行器2在固定后的状态下安装时，LSM 01模式的电磁波便会以不失配且低损耗的状态经过电介质条22、62之间传播。从而，可以高精度地测试环行器2的特性，而且安装简单。再有，也可以将3个图12、图14所示的夹具组合起来构成环行器2用的夹具。

虽然是把非辐射性电介质波导部件作为振荡器1和环行器2进行了说明，但是也可以对作为耦合器、混频器和无反射终端器等的其他非辐射性电介质波导部件进行实施。虽然对用于毫米波进行了说明，但也可以适用于微波。进而，还可以构成与二端口和四端口的非辐射性电介质波导部件对应的夹具。

按照对本发明的上述说明，由于固定地设置与第1电介质条对应的该变换部分固有的第2电介质条，在该变换部分的端部形成与第1垂直端面对应的第2垂直端面，使其与从第2电介质条的端部输入或输出的电磁波的行进方向垂直且包含第2电介质条的端部附近区域，所以不会发生先有技术那样的喇叭口和电介质条之间的位置偏移，当在安装部分和安装面适当接合的状态下，固定地将非辐射性电介质波导部件安装到指定的位置时，指定模式的电磁波便可以以不失配和低损耗的状态经过第1和第2电介质条间传播，从而可以高精度地测试非辐射性电介质波导部件的特性。

由于非辐射性电介质波导部件的传送模式(LSM 01模式)不具有与电磁波的传播方向平行的电流成分，且几乎不具有电场分量，所以，在部件的连接中，不需要象波导管那样用法兰盘来牢固固定，也不需要电介质条的端部的对接连接等。从而，可以使垂直端面结构简单、安装简单，可以提高集成电路的批量生产能力和可靠性。

Claims (1)

1．一种利用非辐射性电介质波导对工作于微波频段或毫米波频段的非辐射性电介质波导部件的特性进行测试的夹具，其特征在于，

上述非辐射性电介质波导部件具有：

以相互之间的间隔为指定的间隔而平行配置的、该部件固有的第1对导体；

配置在上述第1对导体的两导体之间的、该部件固有的以指定模式传播高频电磁波的第1电介质条；

在上述第1对导体的两导体的至少1侧上形成的平面状安装面；和

在上述第1对导体的两导体的端部形成的、与从上述第1电介质条的端部输入或输出的电磁波的行进方向垂直、且包含上述第1电介质条的端部附近区域的第1垂直端面；

上述夹具具有：

在与上述安装面适当接合的状态下可以以固定方式将上述非辐射性电介质波导部件安装到指定位置上安装部分；和

与上述安装部分形成一体的、用于使上述非辐射性电介质波导部件与不同种类的另一波导互相结合的变换部分，

上述变换部分具有：

与上述第1电介质条相对应而固定地设置的、该变换部分固有的第2电介质条；和

与上述第1垂直端面相对应而在该变换部分的端部形成的、与从上述第2电介质条的端部输入或输出的电磁波的行进方向垂直的、且包含上述第2电介质条的端部附近区域的第2垂直端面。

Images