CN1193460C - 传输线路和集成电路以及收发信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传输线路以及具有该线路的集成电路以及雷达设备，该线路在电介质片上构成波导管型的传输线路，具有提高生产率的效果和与布线基板一体化的集成效果，而且传输特性得到改善。在电介质片(1)的至少一个面上具有剖面呈凸状的连续的隆起部(2)，在电介质片(1)的两面，包括该隆起部的外表面，形成电极(3)，并且沿隆起部(2)在其两旁排列多个分别使电介质片两面所形成的电极(3)之间导电的通孔(4)。以此将隆起部(2)的外表面的电极和用排列的通孔(4)包围的空间用作基于TE₁₀模的模(mode)的传输线路。

Description

传输线路和集成电路以及收发信装置

技术领域

本发明涉及在电介质片上构成的传输线路、具有该传输线路的集成电路或通过包含该集成电路而构成的雷达设备、通信设备等的收发信装置。

背景技术

以往作为在电介质片上构成波导管型传输线路并且达到与介质基片成为一体的器件，已经揭示于特开平6-53711和特开平10-75108等日本专利。

特开平6-53711揭示的波导管线路在具有2层以上导体层的电介质片上设置2列使导体层之间相互连接的多个通孔(或称贯穿孔，以下相同)，将该2层导体层和2列通孔的空间用作波导管(电介质填充型波导管)。

特开平10-75108揭示的波导管线路除上述结构外，还在2层导体层之间，在通孔的两个外侧形成与通孔电连接的辅助导体层。

然而，上述两个文献揭示的波导管线路都将沿波导管垂直方向(对电介质片主面垂直的方向)的面上的管壁用作电流路径。该电流路径仅是通孔，因而电流集中在通孔部分，存在导体损耗增大的问题。又，利用在对电介质片主面垂直的方向上形成的通孔，仅在对电介质片主面垂直的方向上流通电流，斜方向没有电流通过，因而存在与一般波导管或电介质填充型波导管相比得不到良好的传输特性的问题。

这些传输线路具通常具有能利用提高电介质的介电常数的方法实现小型化的特征。然而，这些文献揭示的波导管线路由通孔构成等效的导体壁，没有用面状导体壁，因而要抑制从传输线路部分辐射出去的平行平面模等杂散模，必须使传输线路纵向上的通孔间隔小。因此使通孔数量增多，在电介质片上形成许多孔，从而产生电介质片强度变差的问题。

本发明的目的在于提供传输线路、具有该传输线路的集成电路和雷达设备，该线路是在电介质片上构成波导管型的传输线路，具有提高生产率的效果和与布线基板一体化的集成效果，而且传输特性得到提高。

发明内容

为了解决上述技术课题，本发明的传输线路在电介质片的至少一个面上具有与电磁波传输方向垂直的剖面呈凸状的连续的隆起部，在电介质片的两面，包括该隆起部的外表面都形成电极，而且在隆起部与电磁波传播方向平行的侧壁两旁配置多个分别使电介质片两面所形成的电极之间导通的通孔。这样，在电介质片上设置剖面呈凸状的隆起部，使该隆起部作为传输线路的一部分起作用，从而用面上的导体壁(电极)覆盖隆起部的两个侧面和上表面，可抑制杂散模，并且电介质片的强度不变差。

又使所述隆起部的介电常数大于电介质片的介电常数，从而能减小来自通孔的辐射造成的损耗，可构成损耗低且具有高可靠性的传输线路。

又使电介质片的多个通孔所包围的区域的介电常数大于电介质片其他区域的介电常数，从而能使传输线路部分的电磁场分布进一步集中，可构成损耗更低的传输线路。

还有，将隆起部的所述电介质片厚度方向上电极之间的间隔设定为工作频率下的电介质内的波长的半波长以上。这一点从改善传输线路的特性角度看来较理想。

本发明的传输线路将所述隆起部纵向上通孔之间的间隔取工作频率下电介质中的波长的半波长以下。因此，排列的通孔在工作频率及更高的频段等效形成面上的侧壁，因而抑制了杂散传输模。

又，本发明的传输线路将分别排列在所述隆起部两旁的通孔之间在横贯隆起部方向的间隔取为电介质中的波长的1个波长以下，以此使其难于变换到工作频率下的平行平面模。

本发明的传输线路将所述隆起部的电极间间隔取为工作频率下的电介质中的波长的半波长以上、1波长以下，而且将横贯隆起部方向的通孔之间的间隔取为工作频率下的电介质中的波长的半波长以下。因此，能够在工作频段用单模进行传送。

本发明的传输线路使所述剖面凸状的角部具有圆弧。以此缓和电极边缘部的电流集中，减少导体损耗。

本发明的传输线路使所述隆起部的侧面成为离开电介质片越远前端越小的锥状。以此可提高传输线路的生产率。

本发明的集成电路在形成上述结构的传输线路的电介质片上构成多个传输线路，或者安装电子元件，从而构成具有所述传输线路的集成电路。

本发明的集成电路将所述电介质片的基体材料取为陶瓷。以此提高耐热性，可实现采用成批回熔焊接法的表面安装元件的安装，提高生产率。

本发明的收发信装置将所述集成电路中的传输线路作为传输发送信号和接收信号的传输线路，并且设置振荡器和混频器，从而构成该装置。以此取得低损耗带来的低耗电和高灵敏度。获得具有例如探测能力且耗电小的雷达设备。

附图说明

图1为第1实施例的传输线路的立体图和剖面图。

图2为该传输线路的电磁场分布的例子的示意图。

图3为该传输线路的电场矢量详况的说明图。

图4为第2实施例的传输线路的立体图。

图5为第3实施例的传输线路的立体图。

图6为该传输线路各部分的尺寸和传输特性的例子的示意图。

图7为第4实施例的传输线路的剖面图。

图8为第5实施例的传输线路的剖面图。

图9为第6实施例的传输线路的剖面图和立体图。

图10依序表示该传输线路的制造工序。

图11为第7实施例的传输线路的立体图和剖面图。

图12为第8实施例的集成电路和雷达设备的结构示意图。

图13为该雷达设备的框图。

具体实施方式

下面参照图1～图3，说明第1实施例的传输线路的结构。

图1(A)是传输线路的立体图，(B)是其剖面图。图1中1是电介质片，在其一部分形成剖面呈凸状，在该剖面垂直方向上连续的隆起部。该电介质片1上，在其两面，包括隆起部2的外表面(两个侧面和上表面)，都设置电极3。沿隆起部2的延伸方向，在该隆起部2的两旁排列形成多个通孔4，分别使电介质片1的两面形成的电极3之间相互导通。这里，将隆起部2的宽度W取为工作频率下的电介质中的波长的1/2以下，将电介质片下表面到隆起部上表面的高度H取为工作频率下的电介质中的波长的1/2以上。

图2的(A)示出与隆起部2延伸方向垂直的面的剖面上的电磁场分布。(B)则示出传输线路的立体图的电磁场分布。

利用这样的结构，把排列的多个通孔4等效构成波导线路的壁面，因而TE10模以隆起部2中相互对置的两个侧面为H面，隆起部2中上表面和电介质片1中的下表面为E面，并且用基于该TE₁₀模的模传播电磁波。

图3考虑隆起部以外的电介质片1的厚度部分，示出该传输线路的电场矢量。其中，(A)示出在与电磁波传播方向垂直并且平行于电介质片平面方向的方向上的电场矢量，(B)示出在与电磁波传播方向垂直且垂直于电介质片表面的方向上的电场矢量。可以认为本传输线路是使(A)所示电场矢量与(B)所示电场矢量叠加的线路。因此，合成电场矢量如该图(C)所示。

具有图3(B)所示电场矢量的模是平行平面模的高次模，该模造成辐射损耗。该模的截止频率取决于排列的两列通孔之间的间隔Px和电介质的介电常数，因而如果用λ表示工作频段上电介质中的波长，则Px＜λ，以此可使在工作频段不容易变换到上述非所需的平行平面模。如果电磁波传播方向的通孔间隔(图1(A)的Pz)也取为工作频段上电介质中的波长的半波长以下，则不激励平行平面模，因而不会产生工作传播模变成平行平面模所造成的辐射损耗。

即为了形成不容易变换为平行平面模的构成，如果隆起部的宽度W等于半波长，则只要将隆起部侧面到通孔的距离设定为1/4波长以下即可。

将图1(B)所示隆起部形成部位上的电介质厚度方向电极之间的间隔H取为工作频率下的电介质中的波长的半波长以上、1个波长以下，而且将隆起部2的宽度W和通孔4的间隔取为半波长以下，从而使与工作模正交的模型形成截止条件，因此可用基于TE₁₀模的单模进行传送。因此，即使在隆起部2设置弯部，也不会产生模变换带来的损耗或者杂辐射造成的损耗。

图4示出第2实施例传输线路的结构。第1实施例在电介质片上形成的隆起部两旁配置相互对置的2列通孔，第2实施形态则配置多列通孔。图4(A)所示的例子在隆起部2的两旁分别交错配置2列通孔，(B)所示例子则在隆起部2的两旁分别配置3列通孔。这样使通孔列多路化，能进一步抑制电介质片内传播的平行平面模从传输线路部分往外辐射或者从外部射入传输线路。

下面参照图5和图6说明第3实施例传输线路的结构。

图5是第3实施例传输线路的立体图。该例中，在电介质片1上形成弯部结构的隆起部，并且在该隆起部2的两旁配置通孔4。

图6示出其各部分的具体尺寸和由其形成的传输特性。在这里，取电介质片的介电常数为7.0，弯部的线路中心的半径r为2.0mm，通孔4的直径为0.1mm，通孔4的排列间距为0.4mm，其他各部分的尺寸则取图6(B)所示的值，并且在一侧形成3列通孔4，共形成6列。

图6(c)示出上述条件下的S11、S21特性。即使这样设置曲率半径小的弯部，传输线路也是基于TE₁₀模的单模传输线路，因而能得到低插入损耗和低反射特性。

图7是第4实施例的传输线路的结构剖面图。该例中使在电介质片1上形成的隆起部2的角部具有用R表示的圆弧。利用这种结构，可缓和电流集中于电极边缘，使导体损耗减小，能得到插入损耗低的特性。

而且图7所示传输线路的隆起部可用喷砂法形成。

图8为第5实施例的传输线路的剖面图。此例中电介质片1上形成剖面呈凸状的隆起部2，但隆起部2的两个侧面形成离开电介质片1越远前端越小的锥状。具有这样的隆起部的电介质片在利用金属模成型、注射模塑成型方法制造时，改善成型体与金属模的脱模性能，因而能够生产率提高。

下面参照图9和图10说明第6实施例的传输线路的结构。

图9(a)是传输线路的外观立体图，(b)是垂直于隆起部纵向的面上的剖面图。图10则表示传输线路各制造步骤的剖面形状。

图9和图10中，1为电介质片，2为隆起部，3a为下表面电极，3b为上表面电极，4为通孔，101、110为电介质层，104为通孔。

如图9所示，在电介质片1的一部分上形成剖面呈凸状、在与该剖面垂直的方向上连续的隆起部2。在形成该电介质片1的隆起部2的面上，包括隆起部2的外表面(侧面和上表面)，形成上表面电极3b，与该面对置的面上，则大致整个面形成下表面电极3a。沿隆起部2的伸长方向，在该隆起部2的两旁排列并形成多个通孔4，使电介质片1的两面上形成的上表面电极3b和下表面电极3a导通。又，隆起部2用介电常数大于电介质片1的介电常数的电介质形成。

在这里，隆起部2的宽度为工作频率下电介质中的波长的1/2以下，电介质片1的下表面到隆起部2的上表面的高度为工作频率下的电介质中的波长的1/2以上。

利用这种结构，排列的多个通孔等效构成波导线路的壁面，因而TE₁₀模以隆起部2中相互对置的两个侧面为H面，隆起部2的上表面和电介质片1的下表面为E面，并且用基于该TE₁₀模的模传播电磁波。

由于形成隆起部2的电介质的介电常数大于电介质片1的介电常数，与隆起部2采用介电常数与电介质片1相同的电介质的情况相比，能使器件高度降低。又由于电场和磁场集中在隆起部2，能使来自电介质片1的通孔4的辐射减小。因此能构成低损耗小型传输线路。

而且，虽然通孔4在电介质片1上形成，但电介质片1的介电常数比隆起部2的介电常数小，因而与整块电介质片用介电常数和隆起部2相同的电介质形成的情况(即第1实施例的情况)相比，可以扩大通孔的间隔。削弱电介质片强度的可能性减小，能构成可靠性高且小型的电介质波导电路。

下面参照图10说明这种传输线路的制造方法的一个例子。

如图10(a)所示，首先，将多个电介质层101、110叠层。在这里，电介质层110用介电常数大于电介质层101的电介质做成。这种电介质材料的组合能至少保持上述介电常数的关系即可。

在这种状态下，用规定温度烧结整个材料，使各电介质层之间相互粘合，从而形成为一块电介质片。

接着，用喷砂法进行刮削，使只有介电常数高的一侧的电介质层110形成规定宽度，从而形成10(b)所示那样的剖面呈凸状的连接的隆起部2。

接着，如图10(c)所示，在介电层110所形成的隆起部两旁的位置上，以规定的间隔，与隆起部2连续方向平行地形成多个通孔104，贯穿叠积的多个电介质层101构成的电介质片1。

然后，如图10(d)所示，在电介质片1的1个面上，包括隆起部2的两个侧面和上表面，形成上表面电极3b，并且在与该1个面对置的面上形成下表面电极3a。又在通孔的内表面设置内表面电极，形成使上表面电极3b与下表面电极3a导通的通孔4。

这样，仅用电介质片的叠层和切削加工以及形成电极，就构成电介质波导电路。因此，仅用制造通常的叠层基片的工序就能形成电介质波导电路，能够方便地进行制作。至于制造工序，未必需要上述的顺序，前后改动该顺序也可以。

下面参照图11说明第7实施例的传输线路的结构。

图11(a)是传输线路的外观立体图，(b)是与隆起部连续方向垂直的面的剖面图。

图11所示传输线路具有这样的结构，即在隆起部2和电介质片1上形成的多个通孔4所包围的区域的介电常数大于电介质片其他区域的介电常数。其他结构与图9所示传输线路相同。

这种结构的传输线路将介电常数不同的两种电介质片加以接合，并且沿该接合部设置多个通孔4，从而形成传输线路。也就是说，预先分别形成隆起部2和多个通孔4所包围的电介质片1的区域构成的高介电常数部分以及其他区域构成的部分后，将这两部分接合，然后沿接合部设置多个通孔4，从而构成整个线路。

采取这样的结构，由于多个通孔4包围的区域的介电常数大于其他区域，因而电磁场分布集中，导体壁附近的电磁场密度变低，能减少导体壁造成的损耗。

下面参照图12和图13，作为集成电路和采用该集成电路的收发信装置的例子，说明雷达设备的结构。

图12是从电子元件安装面侧看到的电介质片1的立体图，图13是其等效电路图。电介质片1在该图的下表面侧形成剖面呈凸状的连续的隆起部，并且在电介质片的两面形成电极，同时沿隆起部在隆起部的两旁配置多个通孔，构成传输线路。

图12示出电介质片1的电子元件安装面一侧，因而不出现隆起部，但根据通孔的排列图案可知传输线路的配置形状。也就是说，大致形成G1、G2、G3、G4、G5所示的5个传输线路。

在电介质片1的图中所示上表面上设置连接共平面线路的VCO(压控振荡器)。上述共平面线路与G1所示的传输线路耦合。在传输线路G1与G2之间设置FET构成的放大电路。在传输线路G3的始端部分形成隙缝天线，来自该隙缝天线的发射信号向对电介质片1垂直的方向辐射。利用传输线路G2与G5的邻近部分构成方向性耦合器。用该方向性耦合器分配功率的信号作为本机信号耦合到连接混频器电路的1个二极管的共平面线路上。在传输线路G2、G3和G4的Y形分支的中央部构成循环器。该循环器配置圆片形状的铁氧体片构成的谐振器，并且在对该铁氧体片垂直的方向配置施加静磁场的永久磁铁而构成，但图12中省略这些部分。通过该循环器，来自隙缝天线的接收信号经传输线路G4耦合到连接混频器电路的另1个二极管的共平面线路上。混频器电路的2个二极管作为平衡型混频器电路起作用，并且通过中间具有匹配用无源元件的平衡线路输出到外部电路。

图13是上述雷达设备的框图。图13中，VCO产生的振荡信号由AMP(放大器)放大后，通过方向性耦合器CPL和循环器CIR提供给天线ANT作为发射信号。来自循环器CIR的接收信号和来自方向性耦合器CPL的本机信号被提供给混频器MIX，混频器输出中频信号IF。

通过这样采用低传输损耗的传输线路，能得到功率有效性高、耗电小且目标探测能力高的雷达设备。

上述例子中，举雷达设备为例，但只要形成向对方向通信设备发射发送信号，并且接收来自对方通信设备的发送信号，同样能够构成通信装置。

采用本发明，能用电介质片构成波导管型低损耗传输线路，并且容易构成在电介质片的平坦面上安装元件的装置。

通过使上述隆起部的介电常数大于电介质片的介电常数，能减小由通孔辐射造成的损耗，可构成损耗低且具有高可靠性的传输线路。

通过使电介片上多个通孔包围的区域的介电常数大于电介质片其他区域的介电常数，能使传输线路部分的电磁场分布进一步集中，可构成损耗更低的传输线路。

利用将隆起部中所述电介质片厚度方向的电极之间的间隔设定为工作频率下的电介质内的波长的半波长以上，可构成损耗更低且具有高可靠性的传输线路。

采用本发明的传输线路，利用使通孔在配置方向的间隔为工作频率下的电介质中的波长的半波长以下，还可抑制杂散传输模。

采用本发明的传输线路，利用使上述隆起部两旁分别配置的通孔之间的间隔为电介质内的波长的1个波长以下，使其难以在工作频率变换成平行平面模，由于没有其引起的损耗，因而能得到模耗更低的传输线路。

采用本发明的传输线路，使隆起部的电极之间的间隔为工作频率下的电介质内的波长的1个波长以下，而且使隆起部的宽度和横贯该隆起部的方向上的通孔之间的间隔为工作频率下的电介质内的波长的半波长以下，从而可在工作频段用单模进行传输，不产生弯部中的模变换带来的损耗，从而提高传输线路配置图案的自由度。

采用本发明，通过使隆起部剖面形状的角部具有圆弧形，缓和电极边缘部电流集中的情况，进一步减小导体损耗。

采用本发明的传输线路，使隆起部的侧面为离开电介质片越远前端越小的锥状，从而提高传输线路的生产率，能够谋求降低成本。

采用本发明的集成电路，在形成上述结构的传输线路的电介质片上构成多个传输线路，从而能谋求低损耗。尤其是利用使电介质片的1个面为平面，形成导体图案构成的线路和安装电子元件都容易。

采用本发明的集成电路，用陶瓷作为电介质片的基体材料，可采用成批回熔焊接法在表面安装零部件，提高生产率，因而能降低成本。

采用本发明的收发信装置，将上述集成电路中的传输线路作为传输发送信号和接收信号的传输线路，而且设置振荡器和混频器，构成该收发信装置。因此，能谋求低耗电和高灵敏度。

Claims (12)

1.一种传输线路，其特征在于，在电介质片的至少一个面上具有与电磁波传输方向垂直的剖面呈凸状的连续的隆起部，

在所述电介质片的两面，包括该隆起部的外表面形成电极，

在所述隆起部与电磁波传播方向平行的侧壁两旁配置多个分别使电介质片两面上形成的所述电极之间导通的通孔。

2.如权利要求1所述的传输线路，其特征在于，所述隆起部的介电常数大于所述电介质片的介电常数。

3.如权利要求1或2所述的传输线路，其特征在于，所述电介质片上用所述多个通孔包围的区域的介电常数大于所述电介质片其他区域的介电常数。

4.如权利要求1所述的传输线路，其特征在于，使所述隆起部的所述电介质片厚度方向的电极间的间隔为工作频率下电介质中的波长的半波长以上。

5.如权利要求1所述的传输线路，其特征在于，所述通孔之间在沿所述隆起部中的电磁波传播方向的间隔取工作频率下电介质中的波长的半波长以下。

6.如权利要求1所述的传输线路，其特征在于，分别排列在所述隆起部两旁的通孔之间在横贯所述隆起部中的电磁波传播方向的间隔取电介质中的波长的1个波长以下。

7.如权利要求4所述的传输线路，其特征在于，所述隆起部的电介质片厚度方向的电极间隔取工作频率下的电介质中的波长的1个波长以下，而且横贯所述隆起部中的电磁波传播方向的通孔之间的间隔取工作频率下电介质中的波长的半波长以下。

8.如权利要求1所述的传输线路，其特征在于，使所述隆起部的剖面凸状的角部具有圆弧。

9.如权利要求1所述的传输线路，其特征在于，使所述隆起部的侧面为离开所述电介质片越远前端越小的锥形。

10.一种集成电路，其特征在于，在形成权利要求1所述的传输线路的电介质片上还配置多个传输线路，或者安装电子元件。

11.如权利要求10所述的集成电路，其特征在于，所述电介质片的基体材料为陶瓷。

12.一种收发信装置，其特征在于，将权利要求10所述的集成电路中的至少1个传输线路作为传输发送信号或接收信号的传输线路，并且还设置振荡器和混频器从而构成该装置。

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