CN1152804A

CN1152804A - 介质波导

Info

Publication number: CN1152804A
Application number: CN96113429A
Authority: CN
Inventors: 谷崎透; 西田浩; 齐藤笃
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: CN1107989C; EP0767507B1; DE69623220T2; JPH09102706A; KR970024369A; DE69623220D1; US5982255A; JP2998614B2; EP0767507A1; KR100192562B1

Abstract

一种介质波导，具有插在一对平行导体平面之间的介质件，由此形成传播区域和非传播区域。确定非传播区域内导体平面之间的间隔小于传播区域内导体平面之间的间隔。且确定上述间隔和介质件的介电常数，使通过传播区域传播的LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，且LSM₀₁和LSE₀₁两个模式的电磁波在非传播区域内均截止。由此消除例如在波导弯角处因模式转换而产生的传输损耗。

Description

介质波导

本发明与共同转让的于1996年8月16日递交的第08/699158号和1996年7月3日递交的第08/674799号两件美国专利申请有关，这两件美国专利申请在此结合作为本申请的参考资料。

本发明涉及适用于在毫米波段或微波段工作的传输线或集成电路的一种介质波导。

图26(A)至26(D)以截面图表示称为NRD波导(非辐射介质波导)的四类传统的介质波导。图26(A)所示的该类波导通称为“标准型”，它包括介质条100以及一对平行的金属板101和102，介质条100插置在金属板101和102之间。图26(B)所示的该类波导称为“开槽型”，它具有一对带凹槽的金属平板101和102以及收容于该金属平板101和102之凹槽内的介质条100。图26(C)所示的该类波导称为“绝缘型”，其中，介质条100通过介电常数较小的中间介质层103和104插置在导电板105和106之间。图26(D)所示的该类波导称为“有翼型”，它具有一对带翼的介质条107和108，以及在介质条107和108的平面部分上形成的导体109和110，介质条107和108贴近使它们相向对接。

标准型的介质波导例如披露于第JP-B-62-35281号日本专利。开槽型的介质波导披露于第JU-A-59-183002号日本专利。绝缘型的介质波导披露于第JP-B-1-51202号日本专利。有翼型的介质波导披露于第JP-A-6-260814号日本专利。

这些公知类型的介质波导具有由其自身结构特征带来的各种优点。这些介质波导可以工作于两种传输模式，一种为LSM模式，另一种为LSE模式。通常优先采用LSM模式，尤其是LSM₀₁模式，因为它的传输损耗较小。通过图7(A)和7(B)的例子表示LSM₀₁模式的磁场分布图和LSE₀₁模式的磁场分布图。应该明白，图中省略了诸如置于介质条100上下两侧之金属平板一类的导体。带箭头的实线表示电力线，而带箭头的虚线则表示磁力线。图8(A)、8(B)和图9(A)、9(B)通过举例分别表示用公知的标准型介质波导以及用公知的开槽型介质波导所得到的色散曲线以及计算模型。从这些图中可见，模式是最低次模式，LSM₀₁模式是较高次模式，它是要用的一种传输模式。这样就形成了一种风险，即当采用LSM₀₁模式时，不管什么频率都可能意外地产生LSE₀₁模式。因此，必须采取一种合适的措施，以消除因LSE₀₁模式的产生而引起的任何影响。

例如，LSE₀₁模式的产生发生在电磁波投射在介质条100不连续部分的时候，该介质条100呈现对于LSM₀₁模式的横向非对称性，如图27所示的弯角(bend)。图27中，尽管上金属平板101同介质条100隔开，但应明白，当介质波导实际使用时，板101是与介质条100和下金属平板102组装在一起的。LSE₀₁模式的截止频率低于LSM₀₁模式的截止频率，故LSE₀₁模式的波通过介质条传播，引起过程的周期重复，其中LSM₀₁模式传输的电能部分在不连续部分转换成LSE₀₁模式，然后完全转换回LSM₀₁模式。因此，通过设计该弯角使电能在弯角的端部完全转换成LSM₀₁模式，可以将弯角处的损耗减至最小。然而，实现这种设计的条件是非常局限的，因此很难构成一个具有所需弯角张角和曲率半径的弯角。

图28(A)和28(B)通过例子表明一个环形器，它由三个介质条100和一对铁氧体圆盘32组成，工作于直流偏置磁场H_OC下。如图28(A)所示，当LSM₀₁模式的电磁波从端口P1传播到端口P3时，LSE₀₁模式的电磁波也朝着端口P3传播，导致损耗增加。图中，虚线环表示磁场的分布，但省略了也是环形器元件的上下导体。为消除不想要的LSE₀₁模式的影响的有效措施是为每个介质条配备模式抑制器109，如图28(B)所示。模式抑制器109在其中心部分配备一垂直延伸的导体，如图所示，并仅仅用以抑制或衰减LSE₀₁模式。然而，这种措施并不为人们所推荐，因为它需要提供占用可观的空间的抑制器。

另一个问题在于，当例如需要用相互交叉方式布置一对介质条时，这些介质条必须设置在不同的高度或平面上，以消除通过这些介质条传播的各电磁波之间的干扰。这种三维布置不合意地增加了整个装置的尺寸。

因此，本发明的目的在于提供一种介质波导，它没有归因于上述模式转换的有关传输损耗的问题。

本发明的另一目的在于提供一种介质波导，它允许简便的设计和生产具有所需弯角张角和曲率半径的弯角。

本发明的又一目的在于提供一种介质波导，它允许简便地制造环形器，没有LSE₀₁模式的影响，不需要采用任何模式抑制器。

本发明的再一个目的在于提供一种介质波导，它允许一对介质条在一个公共平面上相互交叉，不会在通过各个介质条传播的电磁波之间产生干扰，由此减小了整个结构的尺寸。

为此，根据本发明的第一方面，提供一种介质波导，它包括：基本上平行的一对导体平面；以及插置于该对导体平面之间的介质条，该介质条提供一个传播电磁波的传播区域，而无介质条的部分则提供一个截止电磁波的非传播区域。

为了消除归因于弯角处发生的上述模式转换的传输损耗，在以下所述的本发明的这一方面和其它方面中，确定位于非传播区域内导体平面之间的间隔h2小于传播区域内导体平面之间的间隔h1，通过传播区域传播的LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，且LSM₀₁和LSE₀₁两种模式的电磁波在非传播区域内均截止。

根据本发明的第一方面，确定间隔h1和h2、位于传播区域内的介质条的介电常数ε1、以及在非传播区域内形成的介质层的介电常数ε2满足上述截止条件。

这种介质波导的一例示于图1。参见图1，标号1和2表示导体平面。用ε1表示传播区域内介质条15的介电常数，用ε2表示在非传播区域内形成的介质层5的介电常数，确定间隔h1、h2，以及介电常数ε1和ε2满足上述截止条件。

本发明的介质波导除了介质条以外，还可以在一对导体平面之间拥有一个介质层。这样，根据本发明的第二方面，介质波导进一步包括：设置在非传播区域和/或传播区域内的一个附加的介质层，该附加的介质层具有厚度t，以及介电常数ε3，其中，确定间隔h1、h2，介电常数ε1、ε2、ε3以及厚度t满足上述截止条件。

这样一种介质波导的例子示于图2(A)和2(B)。参见这些图，标号6表示一个介质层，它例如是一个具有厚度t和介电常数ε3的电路板。可以这样设置，使介质条15和16(每个介质条具有介电常数ε1)设置在图2(A)所示的介质层6的上侧和下侧，或者，另一种做法是按如图1所示相同的方法设置介质条，而使介质层6设置在仅位于非传播区域内的导体平面1和2之间，如图2(B)所示。

当按上述图2(A)和2(B)所示设置的情况，在一对导体平面之间设置除上述介质条以外的一个附加的介质层时，可以将一个电路板用作这样一个介质层，并可以在该电路板上提供与LSM₀₁模式的电磁场相耦合的带状线8，由此实现了含有平面电路的介质波导。

根据本发明的第三方面，介质波导包括：基本上平行的一对导体平面；以及插置于该对导体平面之间的一个介质件，由此形成在导体平面之间传播电磁波的一个传播区域，以及截止该电磁波的一个非传播区域。根据本发明的第三方面，确定位于非传播区域内导体平面之间的间隔h2小于传播区域内导体平面之间的间隔h1，且确定间隔h1和h2，以及介质件的介电常数ε1满足上述截止条件。

图3示出了这种介质波导的一个例子。如图所示，在一对导体平面1和2之间插置具有介电常数ε1的介质件3，使其经传播区域和非传播区域延伸。确定间隔h1和h2，以及介电常数ε1满足上述截止条件。

根据本发明的第四方面，提供根据本发明第三方面的一种介质波导，它进一步包括：设置在非传播区域和/或传播区域内的一个附加的介质层，该附加的介质层具有厚度t以及介电常数ε3，其中，确定间隔h1、h2，介电常数ε1、ε3以及厚度t满足上述截止条件。

这种介质波导的一例示于图4。如图所示，具有介电常数ε1的介质件3、4插置于一对导体平面1和2之间，使之经传播区域和非传播区域延伸。该介质件3、4可以方便地具有厚度t。此外，在非传播区域和/或传播区域内提供具有厚度t和介电常数ε3的介质层6。确定间隔h1、h2，介电常数ε1、ε3以及厚度t满足上述截止条件。

根据本发明的第五方面，提供一种介质波导，它包括：基本上平行的一对导体平面；以及插置于该对导体平面之间的一个介质件，由此形成在导体平面之间传播电磁波的一个传播区域，以及截止该电磁波的一个非传播区域；该介质波导进一步包括从介质件连续并延伸到非传播区域的第一和第二介质层，它们具有介电常数ε1，以及第三介质层，它位于第一与第二介质层之间的非传播区域内并具有介电常数ε2，其中，确定间隔h1、h2，介电常数ε1、ε2以及延伸到非传播区域并具有介电常数ε1的介质层的厚度满足上述截止条件。

这种介质波导的一例示于图5。如图所示，具有介电常数ε1和厚度t1的介质层3以及具有介电常数ε2的另一个介质层5插置于一对导体平面1和2之间，使之从传播区域经非传播区域延伸。确定间隔h1、h2，介电常数ε1、ε2以及厚度t1满足上述截止条件。

根据本发明的第六方面，提供根据上述第五方面的一种介质波导，它进一步包括：设置在非传播区域和/或传播区域内的一个附加的介质层，该附加的介质层具有厚度t以及介电常数ε3，其中，确定间隔h1、h2，介电常数ε1、ε2、ε3，厚度t，以及延伸到非传播区域并具有介电常数ε1的介质层的厚度t1满足上述截止条件。

这样一种介质波导的一例示于图6。如图所示，具有介电常数ε1和厚度t1的介质层3以及具有介电常数ε2的另一个介质层5插置于一对导体平面1和2之间，使之从传播区域经非传播区域延伸。另外还提供一个具有厚度t和介电常数ε3的附加介质层6。确定间隔h1、h2，介电常数ε1、ε2、ε3以及厚度t和t1满足上述截止条件。

为了能便于形成传播区域和非传播区域，可以通过用金属膜覆盖由树脂或陶瓷材料注射成型所形成的介质件的表面，形成每个导体平面。

根据本发明第一至第六方面的结构特征，LSM₀₁模式是最低次的模式，故在弯角处从LSM₀₁模式至LSE₀₁模式的模式转换，因而消除了归因于模式转换的传输损耗，能够设计具有任何所需弯角张角和曲率半径之数值的弯角。

从以下结合附图对各个实施例所作的描述中，本发明的这些和其它的目的、特征以及优点将变得更加清楚。

图1是根据本发明第一个方面的介质波导的剖面图。

图2(A)和2(B)是根据本发明第二个方面的介质波导的剖面图。

图3是根据本发明第三个方面的介质波导的剖面图。

图4是根据本发明第四个方面的介质波导的剖面图。

图5是根据本发明第五个方面的介质波导的剖面图。

图6是根据本发明第六个方面的介质波导的剖面图。

图7(A)和7(B)表示LSM₀₁模式和LSE₀₁模式的电磁波分布。

图8(A)和8(B)分别表示对传统的标准型介质波导观察到的色散曲线，以及对该介质波导的计算模型。

图9(A)和9(B)分别表示对传统的开槽型介质波导观察到的色散曲线，以及对该介质波导的计算模型。

图10(A)和10(B)分别表示对根据本发明第一个实施例的介质波导观察到的色散曲线，以及对该介质波导的计算模型。

图11(A)和11(B)分别表示对根据本发明第一个实施例，采用不同参数值的介质波导观察到的色散曲线，以及对该介质波导的计算模型。

图12(A)和12(B)分别表示对根据本发明第一个实施例，采用不同参数值的介质波导观察到的色散曲线，以及对该介质波导的计算模型。

图13是根据本发明第一个实施例的介质波导的立体图。

图14是根据本发明第一个实施例的介质波导的剖面图。

图15表示介质条的介电常数与凹槽深度的组合范围。

图16(A)和16(B)表示弯角张角与传输损耗之间的关系。

图17(A)和17(B)是根据本发明第二个实施例的介质波导的剖面图。

图18是根据本发明第三个实施例的介质波导的立体图。

图19(A)和19(B)是立体图，它表示根据本发明第三个实施例的介质波导的制造过程。

图20是表示根据本发明第四个实施例的介质波导的立体图。

图21是表示根据本发明第五个实施例的介质波导的立体图。

图22(A)和22(B)表示根据本发明第六个实施例的一个连续波调频(FM-CW)雷达前端。

图23是根据本发明第七个实施例的介质波导的立体图。

图24是根据本发明第八个实施例的介质波导的立体图。

图25(A)和25(B)是根据本发明第九个实施例的介质波导的部件分解立体图和平面图。

图26(A)至26(D)是传统介质波导的剖面图。

图27是一个介质波导的立体图，它表示弯角的结构。

图28是由传统介质波导组成的一个环形器的立体图。

第一个实施例

以下将参照图10(A)至16(B)描述根据本发明的第一个实施例的介质波导的结构。

图13是根据本发明第一个实施例的介质波导的立体图。如图所示，该介质波导具有呈现导电平面的金属平板9和10以及介质条15。其布置是这样的，把介质条15与在金属平板9、10相对表面中形成的凹槽相配合。图14是图13所示介质波导的剖面图。参见该图，介质条15具有电容率，即用εr表示的相对介电常数，以及宽度w和高度h1。非传播区域内金属平板9、10之间的高度差或距离由h2表示，而凹槽深度由g表示。为了使处于所用频率的电磁波在非传播区域内截止，确定上述高度差h2(通过h2＝h1-g得到)以满足条件h2＜λ₀/2，其中λ₀表示在自由空间中处于所用频率之电磁波的波长。

图10(A)、10(B)、图11(A)、11(B)以及图12(A)、12(B)表示根据本发明第一个实施例构成，并采用图14所示不同参数值的介质波导的性能。在每对附图中，尾标为B的图表示计算模型，而尾标为A的图表示通过利用该计算模型通过计算所获得的色散曲线，横坐标和纵坐标分别表示频率和相位常数β。

图10(A)和10(B)表示利用下列参数值获得的介质波导的色散曲线和计算模型，其中，εr＝2.04，w＝2.5mm，h1＝2.25mm，h2＝1.65mm，g＝0.3mm。在此情况下，LSM₀₁模式的传播发生在不低于53.8兆赫的频率，而LSE₀₁模式的传播出现在不低于55.6GHz的频率，故只有LSM₀₁模式在53.8GHz至55.6GHz的频带内传播。

图11(A)和11(B)表示利用下列参数值获得的介质波导的色散曲线和计算模型，其中，εr＝2.04，w＝2.5mm，h1＝2.25mm，h2＝1.35mm，g＝0.45mm。在此情况下，LSM₀₁模式的传播发生在不低于52.1GHz的频率，而LSE₀₁模式的传播出现在不低于57.5GHz的频率，故只有LSM₀₁模式在52.1GHz至57.5GHz的频带内传播。

图12(A)和12(B)表示利用下列参数值获得的介质波导的色散曲线和计算模型，其中，εr＝2.04，w＝2.5mm，h1＝2.1mm，h2＝1.1mm，g＝0.5mm。在此情况下，LSM₀₁模式的传播发生在不低于54.3GHz的频率，而LSE₀₁模式的传播出现在不低于61.5GHz的频率，故只有LSM₀₁模式在54.3GHz至61.5GHz的频带内传播。

为了找到使LSM₀₁模式为最低次模式的条件，通过改变参数εr和g/h1的数值，同时将宽度w设置成一个任意值，获得色散曲线，其结果示于图15。图15中的阴影区域表示LSM₀₁模式变成最低次模式的范围。例如，当电容率εr为2(εr＝2)时，在因子g/h1不小于0.092的条件下，获得作为最低次模式的LSM₀₁模式。同样，当电容率εr为4(εr＝4)时，获得作为最低级模式的LSM₀₁模式的条件是因子g/h1为0.135或更大。这样，当条件落在图15所示的阴影区域时，即使在弯角部分也只有LSM₀₁模式传播。然而，要注意条件g/h1＝0.5，(即限定图15所示阴影区域上限的最上面的线)除外。

图16(A)表示与对传统的介质波导观察所得的关系相比，对本发明第一个实施例的介质波导来观察，当弯角的曲率半径R和频率分别设置为9.6mm和60GHz时，所获得的图16(B)所示弯角的弯角张角θ与传输损耗之间的关系。说的更具体些，图16(A)所示虚线曲线表示通过图8(B)所示计算模型导出的计算所确定的特性，而实线则表示采用图12(B)所示计算模型通过计算所获得的特性。可见，传统的波导根据弯角张角θ的变化，其传输损耗在0至大约4分贝之间一个较大的范围内变化。例如，当角度θ设置成θ＝75度时，传输损耗大至4分贝。相反，在采用本发明的介质波导的弯角中，不管弯角张角θ为多少，损耗恒定为0。上述传输损耗是指因弯角的存在而产生的损耗，即一个不把波导介质部分和导体部分中的损耗考虑在内的理想的无耗系统中的损耗。

第二个实施例

图17(A)和17(B)以剖面图分别表示根据本发明第二个实施例构成的两类介质波导。该第二个实施例的介质波导与图13和14所示第一个实施例的介质波导的区别在于，其在金属平板9、10中形成之凹槽的壁的边缘呈斜坡状。尤其是，图17(B)所示的波导中，介质条15的各个角都是倒角的，以与在金属平板9和10中形成之凹槽的壁的斜坡相配。图17(A)和17(B)所示的结构便于将介质条嵌入金属平板中所形成的凹槽内，以免介质波导产生任何位置偏移。

图18是根据本发明第三个实施例构成的一个介质波导的立体图。图中，标号13和14表示由注射成型的合成树脂或陶瓷材料的平板。平板13和14的相对表面上覆盖导电膜11和12，它们提供了导体平面。

图19(A)和19(B)是图18所示介质波导元件的立体图，表示形成成型板14和导电膜12的方法。板14通过注射成型形成，使之具有一个凹槽，用以收容介质条，并通过涂覆在板14的开槽表面形成由银、铜或类似材料组成的衬层导电膜12。通过相同的方法制备具有衬层导电膜11的另一块板13。将两块板13、14装配在一起，由此夹住位于其间的介质条15，这样，介质条15就部分收容于板13、14相对两面所形成的凹槽内。这种包括注射成型继而形成导电膜的方法改进了生产效率。当这种板由合成树脂或陶瓷材料成型，其热膨胀系数等于或近似于介质条的热膨胀系数时，可以获得对于环境在电气和机械方面都稳定的高可靠的介质波导。

图20是根据本发明第四个实施例的一个介质波导的立体图。参见附图，标号3表示由介电陶瓷材料或树脂组成的整体成型件，其上表面和下表面上用导电膜11和12覆盖该表面的整个区域。介质件3具有厚壁部分，它在该处向上、下凸出，由此呈现相对其余具有较小厚度或高度h2的部分的平面为增加的厚度或高度h1。确定高度h1和h2，使其满足条件h1＞λd/2和h2＜λd/2，其中，λd表示通过介质件传播的处于所用频率之波的波长，由此将具有增加高度h1的介质件3的部分用作传播区域，而具有较小高度h2的其余部分提供非传播区域。确定高度h1和h2，以及介质件3的介电常数ε1，使LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，并使使用频率位于LSE₀₁模式的截止频率与LSM₀₁模式的截止频率之间。

图21是根据本发明第五个实施例的一个介质波导的立体图。参见附图，标号3和4表示由介电陶瓷材料或树脂成型的介质件。介质件3在其上表面用导电膜11，而介质件4在其下表面用导电膜12覆盖这些表面的整个区域。每个介质件3、4具有厚壁部分，而它们在其厚壁部分连接在一起，形成介质波导。这样，整个介质波导具有一个厚度或高度为h1的厚壁部分，以及厚度或高度较小的为h2的另一个部分。确定高度h1和h2，使其满足条件h1＞λd/2和h2＜λ₀/2，其中，λd表示通过介质件传播的处于所用频率之波的波长，λ₀表示自由间隔中所用频率之波的波长，由此将具有增加高度h1的部分用作传播区域，而具有较小高度h2的其余部分提供非传播区域。确定高度h1和h2，每个介质件3、4的厚度t1，以及介质件3、4的介电常数ε1，使LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，并使使用频率位于LSE₀₁模式的截止频率与LSM₀₁模式的截止频率之间。

图22(A)和22(B)表示根据本发明第六个实施例的一个FM-CW雷达前端部分的结构。具体些说，图22(A)表示上金属平板9的内表面，而图22(B)是载有电路板7的下金属平板10的平面图。上金属平板9具有按特定图形排列的介质条15a、15b、15c、15d和15e，而下金属平板10具有介质条16a、16b、16c、16d和16e，它们按与上金属平板9上介质条之排列图形成镜象对称的关系排列。电路板7夹在金属平板9与10之间。电路板7上形成用作振荡器、终端器和混频器的导电膜图形，以及电阻膜图形。具体些说，在构成振荡器和混频器的电路板7部分上，形成诸如提供一个RF扼流圈的导体图形，用于RF匹配的导体图形以及带状线之类的图形。在构成振荡器的部分内提供变容二极管和耿氏二极管，而在构成混频器的部分内提供肖特基势垒二极管。每块金属平板9和10的内表面上配备铁氧体圆盘32，并在其外表面上配备用以施加直流偏置的磁场的磁铁(未图示)。介质条15d，15c，15e，16D，16C和16e，铁氧体圆盘32和磁铁共同形成一个环形器。介质条15e，16e和电阻膜30形成终端器。环形器和终端器结合提供一个隔离器。介质条15b，16b和介质条15c，16c之间的间隙用作一个耦合器。同样，介质条15b，16b与介质条15a，16a之间的间隙也用作一个耦合器。

根据所述设置，工作时，来自振荡器的信号经由介质条15d，16d，环形器以及介质条15c，16c传送到天线，而反射信号由另一天线接收。由收到的反射信号同经由耦合器传播的发射信号所合成的合成信号通过介质条15a和16a传播，由此在混频器部分转换为中频信号。

具体些说，如此确定由介质条和上下金属平板构成的介质波导的设计因素，即在传播区域内的金属平板与非传播区域内的金属平板之间的距离，以及介质条的介电常数，使LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，并使所用频率位于LSE₀₁模式的截止频率与LSM₀₁模式的截止频率之间。因此，不会使介质条15b，16b之曲率半径受到设计限制，故可以用小到足以能明显减小整个FM-CW雷达前端结构之尺寸的曲率半径来形成这些介质条15b，16b。此外，在所用频率，LSE₀₁模式的电磁波不传播到介质条15c，15d，15e，16c，16d和16e，这就不需模式抑制器，例如图28(B)所示的模式抑制器109，由此进一步减小了整个结构的尺寸。

图23是根据本发明第七个实施例的介质波导的立体图。确定由介质件3、4和中间电路板7构成的介质波导的非传播区域的高度h2小于其传播区域的高度h1。介质件3在其上侧面以导电膜11覆盖，如图所示，而介质件4在其下侧面以导电膜12覆盖，如图所示。介质件3和4组装在一起，其间夹有厚度为t的电路板7。电路板7配备与介质条耦合的带状线，这样，经介质条传播的LSM₀₁的电磁波传播到带状线。

如此确定诸如高度h1，h2，介质件3和4的介电常数以及电路板7的介电常数等设计因素，使传播区域内LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，并使所用频率位于LSE₀₁模式的截止频率与LSM₀₁模式的截止频率之间。

图24是根据本发明第八个实施例的介质波导的立体图。确定由介质件3、4和中间电路板7构成的介质波导的非传播区域的高度h2小于其传播区域的高度h1。确定每个介质件3和4的非传播部分的厚度为t1。介质件3在其上侧面以导电膜11覆盖，如图所示，而介质件4在其下侧面以导电膜12覆盖，如图所示。介质件3和4组装在一起，其间夹有厚度为t的电路板7。电路板7配备与介质条耦合的带状线，这样，经介质条传播的LSM₀₁的电磁波传播到带状线。

如此确定诸如高度h1，h2，厚度t和t1，介质件3和4的介电常数以及电路板7的介电常数等设计因素，使传播区域内LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，并使所用频率位于LSE₀₁模式的截止频率与LSM₀₁模式的截止频率之间。

现在将参见图25(A)和25(B)描述根据本发明的第九个实施例的介质波导的结构。参见图25(A)，这是一个部件分解立体图，金属平板9、10的相对表面上设置十字形的凹槽，用以收容十字形介质条15。如此确定诸如介质条15的介电常数和高度，非传播区域内金属平板之间的间隔，以及凹槽的深度等设计因素，使传播区域内LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，并使所用频率位于LSE₀₁模式的截止频率与LSM₀₁模式的截止频率之间。

现在参见图25(B)，它是介质条15之交叉部分的平面图，当LSM₀₁模式的电磁波以一给定频率从端口P1传播到端口P3时，从交叉点到端口P2或者到端口P4都不发生在该频率处的LSE₀₁模式中的电磁波的传播。此外，由于在端口P1和P3之间提供通路的介质条15部分与在端口P2和P4之间提供通道的介质条15部分呈正交交叉，故不存在在端口P1和P3之间传播的LSM₀₁模式的电磁波仍以该模式传播到端口P2或P4的可能。当LSM₀₁模式的电磁波在端口P2和P4之间传播时，情况也一样。因此，一个在端口P1和P3之间传播的LSM₀₁模式的电磁波，以及另一个在端口P2和P4之间传播的LSM₀₁模式的电磁波，可以相互独立地同时在一个公共平面内传播。

从上述描述中可见，本发明具有下列优点。

根据本发明第一至第六方面，LSM₀₁模式是最低次模式。因此，如果选择电磁波的频率位于LSE₀₁模式的截止频率与LSM₀₁模式的截止频率之间，将不会在弯角处发生由LSM₀₁模式至LSE₀₁模式的转换，这样，就消除了因这种模式转换而引起的传输损耗。这就能设计具有任何所需弯角张角和曲率半径数值的弯角。因此，通过增加弯角或通过减小曲率半径，便于减小弯角所占据的面积，由此减小了整个装置的尺寸。

例如，通过采用根据本发明的介质波导所构成的环形器，由于消除了从LSM₀₁模式至LSE₀₁模式的转换，故无需现有技术为抑制LSE₀₁模式而必需的任何模式抑制器。由此减小了由环形器所占据的面积，使之便于减小整个装置的尺寸。

当需要按相互交叉的方式设置一对介质条时，本发明可以安排这些介质条，使它们在一公共平面内相互交叉，不会在经由这些介质条传播的电磁波之间产生任何干扰，使之便于减小包括这种介质条在内的整个装置的尺寸。

此外，即便在位于传播区域的导体表面间隔与位于非传播区域的导体表面间隔之间存在较大的差异时也容易制造根据本发明第七个方面的介质波导。

尽管本发明已经针对其各个实施例来加以描述，但显然本领域的熟练人员还可对此作出许多其它的各种变化和变换以及其它的应用。

Claims

1.一种介质波导，其特征在于包括：

基本上平行的一对导体平面；以及

插在该对导体平面之间的介质条，该介质条提供一个传播电磁波的传播区域，而除了所述介质条以外的区域则提供一个截止电磁波的非传播区域；

其中，位于非传播区域内的导体平面之间的间隔h2小于传播区域内的导体平面之间的间隔h1，

选择间隔h1和h2，所述传播区域内介质条的介电常数ε1以及在所述非传播区域内的介质层的介电常数ε2，使通过所述传播区域传播的LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，且使LSM₀₁模式和LSE₀₁模式两者的电磁波在所述非传播区域内均截止。

2.如权利要求1所述的介质波导，其特征在于进一步包括：

至少设置在非传播区域内的一个附加的介质层，该附加的介质层具有厚度t以及介电常数ε3，其中，选择间隔h1、h2，介电常数ε1、ε2、ε3以及厚度t，使通过传播区域传播的LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，且LSM₀₁模式和LSE₀₁模式两者的电磁波在非传播区域内均截止。

3.如权利要求2所述的介质波导，其特征在于，所述附加的介质层还设置在所述传播区域内。

4.一种介质波导，其特征在于包括：

基本上平行的一对导体平面；以及

插在该对导体平面之间的一个介质件，由此形成在导体平面之间传播电磁波的一个传播区域，以及截止该电磁波的一个非传播区域；

其中，位于非传播区域内的导体平面之间的间隔h2小于传播区域内的导体平面之间的间隔h1，且选择间隔h1和h2，以及介质件的介电常数ε1，使通过传播区域传播的LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，且LSM₀₁模式和LSE₀₁模式两者的电磁波在非传播区域内均截止。

5.如权利要求4所述的介质波导，其特征在于进一步包括：至少设置在非传播区域内的一个附加的介质层，该附加的介质层具有厚度t以及介电常数ε3，其中，选择间隔h1、h2，介电常数ε1、ε3以及厚度t，使通过传播区域传播的LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，且LSM₀₁模式和LSE₀₁模式两者的电磁波在非传播区域内均截止。

6.如权利要求5所述的介质波导，其特征在于，所述附加的介质层还设置在所述传播区域内。

7.一种介质波导，其特征在于包括：

基本上平行的一对导体平面；以及

其中，位于非传播区域内的导体平面之间的间隔h2小于传播区域内的导体平面之间的间隔h1，介质件插在传播区域内并具有介电常数ε1，

所述介质波导进一步包括从传播区域延伸到非传播区域内并具有介电常数ε1的第一和第二介质层，设置在所述第一和第二介质层之间的非传播区域内并具有介电常数ε2的第三介质层，

其中，选择间隔h1、h2，介电常数ε1、ε2以及延伸到非传播区域并具有介电常数ε1的第一和第二介质层的厚度，使通过传播区域传播的LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，且LSM₀₁模式和LSE₀₁模式两者的电磁波在非传播区域内均截止。

8.如权利要求7所述的介质波导，其特征在于进一步包括：位于非传播区域内的一个附加的介质层，该附加的介质层具有厚度t以及介电常数ε3，其中，选择间隔h1、h2，介电常数ε1、ε2、ε3和厚度t，以及延伸到非传播区域并具有介电常数ε1的第一和第二介质层的厚度，使通过传播区域传播的LSM₀₁模式的截止频率低于LSE₀₁模式的截止频率，且LSM₀₁模式和LSE₀₁模式两者的电磁波在非传播区域内均截止。

9.如权利要求8所述的介质波导，其特征在于，所述附加的介质层还设置在所述传播区域。

10.如权利要求1、4和7任一所述的介质波导，其特征在于，每一所述导体平面包括位于所述介质件上的金属膜，所述介质件通过由树脂或陶瓷材料注射成型所形成。