CN1127434A

CN1127434A - 集成电路

Info

Publication number: CN1127434A
Application number: CN95116912A
Authority: CN
Inventors: 石川容平; 谷崎透; 西田浩
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1996-07-24
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: DE69520394T2; JP3220967B2; EP0700114A2; US5604469A; CN1054705C; JPH0878913A; EP0700114B1; EP0700114A3; KR960009268A; DE69520394D1; KR0175200B1

Abstract

本发明的集成电路具备分担该集成电路的一部分功能的振荡器1、环行器2等以及通过安装上述部件与上述部件一起形成该集成电路的非辐射性电介质波导部件的部件安装部7。振荡器1具有：导体10、11；电介质窄条12；安装面19a；以及包含电介质窄条12的端部12a附近的垂直端面19b。环行器2等也以同样的方式构成。在对振荡器1、环行器2等进行测试后，将其放置在非辐射性电介质波导部件的部件安装部7固有的导体70、71间的内部。

Description

集成电路

本发明涉及集成电路，特别是，涉及利用非辐射性电介质波导(Nonradiative Dielectric Waveguide)、在微波频段或毫米波频段工作的集成电路。

迄今为止，有如下的一种非辐射性电介质波导：在该波导中，平行地配置一对导电板，使该对导电板的相互间隔为预定的间隔，使LSM01模式或LSE01模式的电磁波沿在二导体板间配置的电介质窄条进行传输。当设计在60GHz频段进行传输时，用例如聚四氟乙烯等的电介质材料(比介电常数ε_r＝2)形成宽度b(例如，2.5mm)、高度a(例如，2.25mm)的电介质窄条。如用导体板来夹住该电介质窄条的话，则在没有电介质窄条的部分内，波长为高度a的2倍以上的电磁波大体上被截止。另一方面，在有电介质窄条的部分内，截止效果则被解除。因此，LSM01模式、LSE01模式的电磁波可在不产生辐射和低损耗的情况下沿电介质窄条进行传播。因而非辐射性电介质波导适合于微波、毫米波的传送线路。

通过在上述非辐射性电介质波导的一对导体板间配置多个电介质窄条、磁性体、半导体等，可形成环行器、振荡器等，因此该非辐射性电介质波导适合于微波频段、毫米波频段的集成电路。

在形成这种集成电路、例如FM-CW方式的雷达的高频部分时，以往，首先通过在一对可连接到测试端的、用于测试的导体板间配置电介质窄条、磁性体、半导体等，分别制成分担集成电路的一部分功能的环行器、振荡器等。其次对该环行器、振荡器等的特性进行测试。再其次在形成集成电路时，把构成环行器、振荡器等的电介质窄条、磁性体、半导体等重新配置在有别于测试用的另一对用于集成电路的导体板间，组成各自的电路结构。

但是在用这种方法形成集成电路时，作为该集成电路的各个部分的环行器、振荡器等的特性的再现是困难的，此外，对作为集成电路的一部分的环行器、振荡器等单独地进行特性测试是不可能的，再者单独地对其进行调整也是不可能的，因此使其作为电路来工作是困难的。其结果是在缺乏集成电路的批量生产能力方面存在问题。此外，在集成电路发生故障的情况下，当需要更换例如环行器、振荡器等一部分部件时，存在着在更换了一部分部件的对其它部分产生影响的问题。

本发明的目的是解决上述的技术课题并提供提高了部分的和整体的批量生产能力的集成电路。

本发明是一种利用非辐射性电介质波导、在微波频段或毫米波频段工作的集成电路。

上述集成电路具备：

分担该集成电路的一部分功能的非辐射性电介质波导部件；以及

通过安装非辐射性电介质波导部件，与非辐射性电介质波导一起形成该集成电路的非辐射性电介质波导部件安装部，

上述非辐射性电介质波导部件具有：

以相互的间隔为预定间隔而平行地配置的、该部件固有的第1对导体；

在上述第1对导体的二导体间配置的、以预定的模式传输高频电磁波的、该部件固有的第1电介质窄条；

在上述第1对导体的两导体的至少一个上形成的、可与上述非辐射性电介质波导部件安装部连接的平面状的安装面；以及

在上述两导体的端部形成的、与从上述电介质窄条的端部输入或输出的电磁波的行进方向垂直的、并包含第1电介质窄条的端部附近的垂直端面，

上述非辐射性电介质波导部件安装部具有：

以相互的间隔为预定间隔而平行地配置的、该安装部固有的、并可在内部放置非辐射性电介质波导部件的第2对导体；以及

在第2对导体的二导体间配置的、以预定的模式传输高频电磁波的、与第1电介质窄条连接而设置的该安装部固有的第2电介质窄条。

在所述的集成电路中，第2对导体的一个在与第2对导体的另一个和第2电介质窄条固定的状态下具备可在内部放置非辐射性电介质波导部件的窗口。

在本发明中，非放射性电介质波导部件是这样来形成的：平行地配置该部件固有的一对导体，使其相互的间隔为预定的间隔；在上述两个导体间配置以预定的模式传输高频电磁波的该部件固有的电介质窄条；在上述二个导体的至少一个上形成平面状的安装面；在上述两个导体的端部形成与以电介质窄条的端部输入或输出的电磁波的行进方向垂直的、并包含电介质窄条的端部附近的垂直端面；可把各个非辐射性电介质波导部件安装到剩下的非辐射性电介质波导部件安装部上。其结果是可以把非辐射性电介质波导部件和剩下的非辐射性电介质波导部件安装部分开来单独地制成，从而可提高非辐射性电介质波导部件和非辐射性电介质波导部件安装部的批量生产能力。此外，可使用测试夹具在制造出的部件的原有状态下单独地进行测试，可以把部件在原有的测试状态下简单地安装到安装部上，而且可以单个地取出来，因此可提高集成电路的批量生产能力。

在发明的第二方面中，第2对导体的一侧在与第2对导体的另一侧和第2电介质窄条固定的状态下具备可在内部放置非辐射性电介质波导部件的洞孔。因此，就可提高非辐射性介电体波导部件的部件安装部的批量生产能力和可靠性，进而提高集成电路的批量生产能力和可靠性。

图1示出在把天线装到集成电路上的状态下本发明的一个实施例的构成的分解斜视图。

图2是示出图1的振荡器1与夹具的一个实例的整体构成的图。

图3是示出在去掉导体10的状态下图1的振荡器1的电介质窄条12的端部12a附近的结构实例的平面图。

图4是示出图1的振荡器1的特性的图。

图5是示出经过波导管传输的TE10模式的电磁波的图。

图6是示出经过非辐射性电介质波导传输的LSM01模式的电磁波的图。

图7是示出导体和电介质窄条间的间隙d为“0”时的特性的图。

图8是示出导体和电介质窄条间存在0.1mm的间隙d时的特性的图。

图9是示出导体和电介质窄条间的间隙d为“0”时的特性的图。

图10是示出只在导体间存在0.1mm的间隙d时的特性的图。

图11是示出只在导体间存在0.2mm的间隙d时的特性的图。

图12是示出图1的环行器2和夹具的一个实例的整体构成的斜视图。

图13是示出图1的环行器2的特性的图。

图14是示出在把天线装到集成电路上的状态下本发明的另一个实施例的整体构成的斜视图。

以下根据附图来说明本发明的实施例。图1是示出在把天线装到集成电路上的状态下本发明的一个实施例的构成的分解斜视图。这种集成电路例如是在毫米波频段工作的FM-CW方式的雷达的高频部分。通过把天线8装到该高频部分上就形成一个雷达头。在图1中具备作为分别承担集成电路的一部分功能的非辐射性电介质波导部件的振荡器1、环行器2等以及通过安装振荡器1、环行器2等一起形成集成电路的非辐射性电介质波导部件的部件安装部7。

在图1中，振荡器1具备：一对平板状的导体10、11；在导体10、11间放置的电介质窄条12等；电源端16和调制端17。导体10、11由铝、铜等导电性材料形成。此外，在导体11上形成与其成为一体的衬垫11b，用于使导体10、11的相互间隔保持在一定的高度a。用例如聚四氟乙烯等的电介质材料(比介电常数ε_r＝2)形成高度a(例如，2.25mm)、宽度b(例如，2.5mm)的电介质窄条12。此外，在导体10、11的四个角上形成螺钉孔18a。通过把带有十字孔的平头螺钉18b分别拧入该螺钉孔18a中，可使电介质窄条12等与导体10、11连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的一端形成与从电介质窄条12的端部12a输出的高频电磁波的行进方向垂直的、并包含端部12a附近的垂直端面19b。该振荡器1把产生振荡的电磁波从端部12a输出到环行器2。

环行器2具备一对平板状的导体20、21以及在导体20、21间放置的三个电介质窄条22(图中示出一个)等。导体20、21由铝、铜等导电性材料形成。在导体20、21间的三个角上设置衬垫26，用于使导体20、21间相互的间隔保持在一定的高度a。此外，在导体20、21的三个角上形成贯穿衬垫26的螺钉孔(图中未示出)。通过把带有十字孔的平头螺钉27分别拧入到该螺钉孔中，可使电介质窄条22等与导体20、21连成一体使之不能移动。此外，可将其固定到导体71上。

与振荡器1的情况相同，在导体20的底面形成平面状的安装面29b(参照图12)。此外，在导体20、21的三个端部处分别形成与输入或输出到各个电介质窄条22的各自的端部22a(参照图12)的高频电磁波的行进方向垂直的、并包含端部附近的垂直端面29b。

非辐射性电介质波导部件的部件安装部7具备：上、下的导体70、71；以及配置在导体70、71间的电介质窄条72、73、74、75、76。通过粘合等方法把各个电介质窄条72、73、74、75、76和无反射终端器75 a固定在导体71上。在导体71的侧边周围设置衬垫71a，用于使导体70、71间的相互间隔保持一定。在导体70、71的四个角上分别设置用于相互固定的螺钉孔701、711。电介质窄条73具有作为无反射终端器的功能。此外，在电介质窄条75的两端设置无反射终端器75 a。在导体71上以形状重合的方式设置用于对振荡器1、环行器2和混频器(图中未示出)进行定位的凹部710。在导体70上也以同样方式设置凹部(图中未示出)。

使用板状的导体、以及在其表面进行了金属化处理的板状的绝缘体等作为导体70、71。在凹部710处分别设置螺钉孔710a，用带有十字孔的平头螺钉18b、27等把各个振荡器1、环行器2、混频器等固定到导体71上。再者，可以通过用导体70、71夹住的方法来固定振荡器1、环行器2、混频器等，也可以用焊料、导电糊剂进行固定。

还有，电介质窄条72的两端与振荡器1的电介质窄条12的端部12a和环行器2的电介质窄条22的端部进行对接。电介质窄条73的一个端部与环行器2的电介质窄条22的端部进行对接。电介质窄条74的两端与环行器2的电介质窄条22的端部和天线8的信号发送杆81的端部进行对接。电介质窄条76的两端与混频器的电介质窄条的端部和天线8的信号接收杆82的端部进行对接。

再者，通过导体70、71，电介质窄条74、75、76和无反射终端器75a形成耦合器。

图2是示出测定图1的振荡器1的夹具的整体构成的图。图2(a)是振荡器1在安装前的斜上方的视图，图2(b)是在振荡器1已安装好的状态下的斜视图，图2(c)是沿图2(b)的A-A′线切开的截面图。

夹具6大体上具备安装部60和变换部分61。由铝、铜等的具有导电性的平板状的下板601的一部分形成安装部60。在安装部60中，在下板601上形成用于对振荡器1进行准确定位的一对侧壁601a。此外，在下板601的与螺钉孔18a对应的位置上形成螺钉孔601b，用于在下板601与振荡器1的安装面19b已连接好的状态下把振荡器1固定在预定的位置上。

变换部分61用于使振荡器1与其它种类的电路(例如波导管)相连接，它大体上具备相互形成一体的压紧部分610、喇叭形部分611和波导管612。在压紧部分610中，用下板601的剩下部分和铝、铜等的具有导电性的压紧板610a夹住电介质窄条12和对应的电介质窄条62的一部分，通过拧紧压紧螺钉610b来固定电介质窄条62。通过用螺钉611b拧紧设置在喇叭形部分611的端部的法兰盘611a把喇叭形部分611与压紧部分610固定在一起。在波导管612的端部形成法兰盘612a。

与振荡器1的垂直端面19b相对应，在变换部分61的端部、即压紧部分610的端部形成与电介质窄条62中的电磁波传输方向垂直的、并且包含电介质62的端部62a附近的垂直端面61a。此外，在电介质窄条62的另一端62b处，在宽度方向上形成尖锥形，以使其它电路的特性阻抗与电介质窄条62的特性阻抗相匹配。

图3是示出图1的振荡器1和图2的夹具6的电介质窄条12、62的端部12a、62a附近的结构实例的平面图。再者，在图3(a)～(c)中，分别示出使电介质窄条12、62的端部12a、62a之间进行对接的状态的实例。在图3(a)中，让电介质窄条12、62的端部12a、62a与电磁波的行进方向垂直并且与垂直端面19b、61a形成一个平面，使端部12a、62a彼此间进行对接。

另一方面，在图3(b)中，端部12a、62a彼此间分别形成可进行对接的楔状。因此，端部12a以垂直端面19b处稍微突出一些。在图3(c)中，端部12a、62a彼此间分别形成可进行对接的球状。因此，在该图3(c)中，端部12a也从垂直端面19b处稍微突出一些。如在图3(b)、(c)中所示，如电介质窄条12、62的端部12a、62a之间可进行对接，则可以不一定形成要与电磁波的行进方向垂直的端部1 2a、62a。此外，即使在形成了与电磁波的行进方向垂直的端部12a、62a时，也可以分别使端部12a、62a从垂直端面19b、61a处稍微突出一些，使端部12a、62a之间进行对接。

其次说明上述部件的工作情况。如把直流电供给振荡器1的电源端16的话，开始振荡产生高频电磁波并输入到电介质窄条12。可是，如把导体10、11间的间隔设为a，应传送的毫米波的电磁波波长设为λ的话，如间隔a符合a＜λ/2，则在没有电介质窄条12的部分内，与导体10、11平行的电磁波的传输被截止。另一方面，在插入了电介质窄条12的部分内，上述截止状态被解除，沿电介质窄条12传输该电磁波，以端部12a输出该电磁波。即使在变换部分61的压紧部分610中，情况也是同样的。再者，传送模式大致分为LSE模式与LSM模式。在最低阶模式的LSE01模式与LSM01模式中，从低损耗性方面来考虑，通常使用LSM01模式。

本发明的发明人使用夹具6和频谱分析仪对该振荡器1进行了测试。图4是示出图2的振荡器1的特性的图。从图4可看出，从电介质窄条12的端部12a输出以60GHz为中心的、具有良好特性的振荡信号。

在这里研究经过波导管传输的电磁波与经过非辐射性电介质波导传输的电磁波的不同点。图5是示出经过波导管传输的TE10模式的电磁波的图，图6是示出经过非辐射性电介质波导传输的LSM10模式的电磁波的图。再者，分别在图5(a)中示出电场分量E、磁场分量H，在图5(b)中示出表面电流I。此外，分别在图6(a)示出电场分量E、磁场分量H，在图6(b)中示出表面电流I，在图6(c)中示出沿B-B′线切断后的状态。

在波导管中，如图5(b)所示表面电流I具有与电磁波的传输方向相同的方向的分量。因此，为了使波导管彼此连接起来，为了消除波导管间的间隙、使表面电流I在两波导管间流动，用法兰盘来牢固地固定是必要的。

另一方面，在非辐射性电介质波导中，如图6(b)所示，LSM01模式的表面电流I只具有与电磁波的传输方向垂直的分量。因此，可认为，即使分别对导体10、11在与电磁波传输方向垂直的方向上进行切断以及在各导体10、11间存在间隙的情况下，对电磁波的传送也没有影响。

为了确认以上所述，本发明的发明人对将导体10、11与电介质窄条12在垂直于电磁波的传送方向上进行切断后的特性进行了测试。图7是示出导体10、11和电介质窄条12间的间隙d为“0”时的特性的图。也就是说，图7是示出在图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分别对接时的特性的图。图8是示出导体10、11和电介质窄条12间存在0.1mm的间隙d时的特性的图。也就是说，图8是示出在图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间的距离为0.1mm时的特性的图。由图7、图8的结果可确认，即使导体10、11和电介质窄条12间、振荡器1与夹具6间存在间隙d，反射损耗、插入损耗只是稍微增加一些。

因此，在振荡器1与夹具6之间的连接方面，就不需要如波导管那样地用法兰盘来牢固地固定，也不需要端部12a、62a的对接连接等。因而，在安装部60与安装面19a已连接好的状态下以及在固定了振荡器1的状态下进行安装的话，可以在无失配和低损耗的情况下在电介质窄条12、62间传输LSM01模式的电磁波。因此可以测试振荡器1的特性使其结果不会离散。此外，安装是简单的。

再者，为了对分别让端部12a、62a从垂直端面19b、61a处稍微突出一些并让端部12a、62a彼此进行对接后的特性进行测试。本发明的发明人对把导体10、11和电介质窄条12在与电磁波的传送方向垂直的方向上切断后和分别让端部12a、62a从垂直端面19b、61 a处稍微突出一些后的特性进行了测试。

图9是示出导体10、11和电介质窄条12间的间隙d为“0”时的特性的图。也就是说，图9是示出在图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对接后的特性的图。图10是示出只在导体10、11间存在0.1mm的间隙d时的特性的图。也就是说，图10是示出让端部12a从垂直端面19b处各突出0.05mm、让端部12a彼此对接、垂直端面19b与对应的垂直端面19b间的距离为0.1mm时的特性的图。图11是示出只在导体10、11间存在0.2mm的间隙d时的特性的图。也就是说，图11是示出让端部12a从垂直端面19b处各突出0.1mm后的特性的图。

从图9、图10、图11可确认，即使在导体10、11间存在间隙d，只要端部12a间进行对接，就几乎不产生反射损耗、插入损耗方面的性能变坏。这种关系同样可适用于振荡器1与夹具6之间的情况。即使让端部12a、62a分别从垂直端面19b、61a处稍微突出一些以及让端部12a、62a彼此对接后，几乎不产生反射损耗、插入损耗方面的性能变坏。

图12是示出测试图1的环行器2的特性的夹具的整体构成的斜视图。凡与夹具6对应的部分均附以相同的编号并省略有关的说明。为了使环行器2具有3个端部22a，即3个端口，夹具6c由3个图1所示的夹具6组合而成，以便能用3个垂直端面61a和安装部60对环行器2进行定位。再者，即使拿掉一个带有十字孔的平头螺钉27，恐怕也可能会产生电介质窄条22等的位置偏移。因此，通过用盖67来压住环行器2以及拧紧带有十字孔的平头螺钉68，使环行器2得以固定。在进行上述步骤之后，对环行器2的特性进行测试。

再者，在环行器2中把一个电介质窄条22的端部22a作为高频电磁波的输入端口时，电磁波向一个方向旋转，并只向另一个电介质窄条22的端部22a传输电磁波。本发明的发明人使用夹具6c和网络分析仪，让一个端部22a成为无反射终端的状态，让环行器2以隔离器的方式来工作，在此情况下对环行器2进行了测试。

图13是示出图12的环行器2的特性的图。再者，图13(a)示出隔离性能和插入损耗，图13(b)示出反射损耗。因此从图13可看出，环行器2具有良好的隔离性能及插入损耗、反射损耗的特性。

因此，在环行器2与夹具6c的连接方面，不需要如波导管那样地由法兰盘来牢固地固定，而且不需要端部22a、62a的对接连接等。因而，在安装部60与安装面29a已连接好的状态以及在固定了环行器2的状态下进行安装的话，可以在无失配和低损耗的情况下经过电介质窄条22、62间传输LSM01模式的电磁波。因此可更精确地测试环行器2的特性。此外，安装是简单的。

再者，在测试四个端口的非辐射性电介质波导部件的特性时，与图12的夹具的情况相同，可以把4个在图2中示出的夹具组合起来构成。此外，关于一个端口的非辐射性电介质波导部件，可以用图2中示出的夹具6来进行特性的测试。如得到良好的测试结果的话，就把振荡器1、环行器2、混频器等以表面安装的方式装在导体71的凹部710上。

如图1所示，把振荡器1、环行器2、混频器等与电介质窄条72、73、74、76相互连接，进行表面安装。因而，与夹具6、6c间的关系相同，不会因安装而产生特性的变化，振荡器1、环行器2、混频器可发挥出如测试所得到的特性。因此，可构成具有高的批量生产能力的集成电路。

再者，在图1中用螺钉固定法把振荡器1、环行器2混频器以表面安装的方式装到导体71上，但也可以用焊接、导电糊剂等进行表面安装。

图14是示出在把天线装到集成电路上后的状态下本发明的另一个实施例的构成的一个斜视图。其中凡与图1的实施例对应的部分均附以相同的编号以省略有关的说明。在该实施例中应引起注意的是，在导体70上形成3个可在内部放置振荡器1、环行器2、混频器的窗口702。该窗口位于图1的凹部710的上部。

在该集成电路中，在拿掉了振荡器1、环行器2、混频器的状态下把导体70放在导体71上并用螺钉固定。因此，即使电介质窄条72、73、7 4、75、76、无反射终端75a没有被固定，也可以事先把这些部件准确地固定在导体70、71上。其结果是可以提高非辐射性电介质波导部件的部件安装部7的批量生产能力。此外，用螺钉对导体70进行固定后，通过从窗口702处放入振荡器1、环行器2、混频器并进行安装，可以使各个部件的电介质窄条与安装部7的电介质窄条准确地对接。因而可容易地构成集成电路，可提高批量生产能力。此外，由于可在不打开导体70的情况下更换振荡器1、环行器2、混频器，故可以改善维修保养性能。

还有，以上是把非辐射性电介质波导部件作为振荡器1、环行器2、混频器等来进行说明的，不过对于其它的非辐射性电介质波导部件也是可以实施的。此外，以上是对于毫米波来进行说明的，但对于微波也可适用。再者，对于其他类型的集成电路也可适用。

按照本发明的第一方面，可以单个地制成非辐射性电介质波导部件和非辐射性电介质波导部件的部件安装部，这样就可提高部件和安装部的批量生产能力。此外，可使用测定夹具在制造好的部件的原有状态下单独地对部件进行特性测试，可在原有测试状态下简单地把部件安装到安装部上，而且可单独地取出来，因此可提高集成电路的批量生产能力。

按照本发明的第二方面，使第2对导体的一个在第2对导体的另一个与第2电介质窄条固定的状态下具备可在内部放置非辐射性电介质波导部件的窗口，因此可提高非辐射性电介质波导部件的部件安装部的批量生产能力，进而可提高集成电路的批量生产能力。

Claims

1.一种利用非辐射性电介质波导、在微波频段或毫米波频段工作的集成电路，上述集成电路的特征是具备：

分担该集成电路的一部分功能的非辐射性电介质波导部件，以及

通过安装上述非辐射性电介质波导部件，与上述非辐射性电介质波导一起形成该集成电路的非辐射性电介质波导部件的安装部，

上述非辐射性电介质波导部件具有：

以相互的间隔为预定的间隔而平行地配置的、该部件固有的第1对导体；

在上述第1对导体的二导体间配置的、以预定模式传输高频电磁波的、该部件固有的第1电介质窄条；

在上述第1对导体的两导体的至少一个上形成的、可与上述非辐射性电介质部件安装部连接的平面状的安装面；以及

在上述两导体的端部形成的、与从上述电介质窄条的端部输入或输出的电磁波的行进方向垂直的、并且包含上述第1电介质窄条的端部附近的垂直端面；

上述非辐射性电介质波导部件安装部具有：

以相互的间隔为预定的间隔而平行地配置的该安装部固有的、并可在内部放置上述非辐射性电介质波导部件的第2对导体；以及

在上述第2对导体的两导体间配置的、以预定模式传输高频电磁波的、与上述第1电介质窄条连接而设置的该安装部固有的第2电介质窄条。

2.权利要求1中所述的集成电路，其特征是，其中上述第2对导体的一个在上述第2对导体的另一个与上述第2电介质窄条固定的状态下具备可在内部放置上述非辐射性电介质波导部件的窗口。