CN1233065C - 非辐射介质线及其集成电路 - Google Patents

Abstract

在非辐射介质线中，在两个介质板上分别形成相对的槽，在两个槽中都设置介质带，以构成NRD波导，沿相对于电磁波传播方向的宽度方向突出的突出部分(P)形成在介质带(3)的预定位置，而在介质板(1)和(2)的槽内表面中形成凹下部分(H)。以使它们互相匹配防止了由于介质带的移动引起的特性的变化，并且即使介质带通过机械加工制造，其工艺亦甚容易。另外，保持了传输线的特性，而不扰乱要传播的模式的电磁场的分布。

Description

非辐射介质线及其集成电路

技术领域

本发明涉及一种适用于毫米波频带和微波频带中的传输线或电路的非辐射介质线及其集成电路。

背景技术

迄今，已经将一种介质线用作毫米波频带或微波频带中的介质线，这种介质线如图26所示，将介质带设置在两个大致上相互平行的导电板1和2之间。特别地，已经研制了一种非辐射介质线(称为NRD波导)，其中，通过减小导电板之间的间隔使之不大于电磁波传播波长的半波长，而将传播区域仅安排在介质带部分。

当形成这种NDR波导时，将PTFE主要地用于介质带，而将硬质铝主要地用于导电板。但是，由于这些材料的线性膨胀系数大大不同，故产生一个问题，即在温度循环过程中介质带相对于导电板滑动。因此，从对抗气候性观点，一种用于将介质带固定到导电板的结构是重要的。

在通过使用NDR波导组合几个元件形成毫米波电路模块时，当在元件之间使NDR波导相互连接时，需要对要相互连接的NDR波导定位。

由此，如图27所示，在第08-8617号日本未审查专利公告中揭示了一种传统的介质带固定结构，其中在介质带的预定位置处形成一突出部分，而在导电板中形成一与之关联的凹部，从而两个部分相互匹配。

另一方面，在第09-102706号日本未审查专利公告中揭示了一种NRD波导，其中在导电板相对的各个表面上形成槽，并将介质带设置在槽之间，从而只有LSMO1的一种模式可以被传输。

在具有如图27所示的结构的NRD波导中，有利的是，通过诸如喷射注模法直接将介质带设置在导电板之间，但是，当通过诸如切割之类的方法制造介质带时，该工艺是困难的。介质带3的突出部分的尺寸越大，则它更牢靠地与导电板匹配，但是，当它太大时，电磁场的分布受到扰乱，产生反射，从而作为传输线的特性可能导致问题。

在具有其上带有槽的导电板的上述NRD波导中，通过沿垂直于电磁波的传播方向的方向，与导电板的槽匹配而给介质带定位。但是，介质带无法沿电磁波的传播方向固定，这可能导致介质带由于周围温度的变化而沿电磁波的传播方向滑动。

发明揭示

相应地，本发明的一个目的是通过解决上述问题，提供一种非辐射介质线和使用它的集成电路。

根据本发明的非辐射介质线包含：两个导电板，相互平行，在两个导电板上分别形成相对的槽；和设置在槽之间的介质带，其中，在介质带的预定位置上形成沿电磁波传播方向横向方向突出的凸起部分，和沿电磁波传播方向横向方向凹下的凹下部分，同时，分别与凸起部分或凹下部分匹配的介质带的凹下部分或凸起部分形成在两个导电板的槽的内表面上。

由于这种结构，通过介质带的凸起部分或凹下部分与导电板的槽的内表面之间的匹配，介质带沿电磁波传播方向固定，同时，通过与导电板的槽的匹配，沿电磁波的传播方向的垂直方向固定。

在本发明的非辐射介质线中，介质带中的凹下部分或凸起部分或两个导电板的槽中的角部分可以具有弯曲的表面形状。例如，在使介质带的凹下部分或者凸起部分，或者导电板的槽中的角部分形成为相同于圆柱表面的部分的弯曲的表面形状时，当使用立铣刀从PTFE板切割介质带时，可以容易地形成其角部分具有对应于立铣刀的半径的圆柱表面的凹下部分或凸起部分的介质带。同样地，当用立铣刀形成导电板的槽时，可以在导电板的槽的内表面上容易地形成其角部分具有对应于立铣刀的半径的圆柱表面的角部分的凹下部分或凸起部分。

在本发明的非辐射介质线中，沿平行于电磁波传播方向的表面将介质带分为两个带，其中两个分开的介质带的端部表面之间的间隙的长度大致上是通过介质带传播的电磁波的波导波长的四分之一的奇数倍，而两个分开的介质带通过凸起部分或凹下部分分别与两个导电板匹配。

由于这种结构，在非辐射介质线的连接部分，介质带之间的每一个连接表面内的反射波通过相互不同相位的叠加而相互抵消，从而减小了反射效应。即使当两个分开的介质带由于温度的变化而相对于导电板移动，由于其中产生的每一个间隙的长度是相同的，故不论周围温度的变化，反射效应都大大减小。

如本发明的非辐射介质线的集成电路包含多个上述非辐射介质线，其中多个非辐射介质线相互连接。由于这种结构，由于多个非辐射介质线之间的位置关系可以保持稳定，可以得到一种集成电路，它的由于装配精确度的不同以及由于在装配后周围温度的变化引起的特性的变化较小。

附图概述

图1是根据本发明的一个实施例的NRD波导的截面结构的示图；

图2是根据本发明的第一实施例的NRD波导的结构的示图；

图3是示出图2所示的NRD波导的反射特性的曲线图；

图4是示出图2所示的NRD波导的反射特性的曲线图；

图5是示出图2所示的NRD波导的反射特性的曲线图；

图6是示出图2所示的NRD波导的反射特性的曲线图；

图7是截面图，示出根据第二实施例的NRD波导的结构；

图8是示出根据第二实施例的NRD波导的反射特性的曲线图；

图9A和9B是根据第三实施例的NRD波导的结构的示示图；

图10是示出根据第三实施例的NRD波导的反射特性的曲线图；

图11A和11B是示出根据第四实施例的NRD波导的结构的示图；

图12是示出根据第四实施例的NRD波导的反射特性的示图；

图13A和13B是根据第五实施例的NRD波导的结构的示图；

图14是示出根据第五实施例的NRD波导的反射特性的示图；

图15A和15B是根据第六实施例的NRD波导的结构的示图；

图16A和16B是根据第七实施例的NRD波导的结构的示图；

图17是示出根据第七实施例的NRD波导的反射特性曲线图；

图18A和18B是根据第八实施例的NRD波导的结构的示图；

图19是示出根据第八实施例的NRD波导的反射特性的曲线图；

图20是根据本发明的第九实施例的NRD波导的结构的示图；

图21是根据本发明的第十实施例的NRD波导的结构的示图；

图22是根据本发明的第十一实施例的介质带的部分结构的透视图；

图23A和23B是根据第十一实施例的介质带的部分结构的示图；

图24A到24C是根据第十一实施例的介质带的连接表面内产生的间隙的状态的示图；

图25是毫米波雷达的集成电路的结构示图；

图26是传统的NRD波导的截面图；

图27是传统的NRD波导的截面图。

实施本发明的最佳模式

图1是根据本发明的实施例的NRD波导的截面结构示图。在该附图中，标号1和2表示导电板，其中在相对的表面上分别形成槽，而介质带3设置在两个槽之间。当在60GHz的频带中设计时，NRD波导的每一个部分的尺寸如下：

a＝2.2mm；b＝1.8mm；g＝0.5mm。

图2包含MRD波导的截面图，以及当将上部导电板去掉的状态下的平面图。图2A是在图2B的线A-A的截面图。在介质带3的预定位置上形成沿横向朝两侧突出，并且曲率半径为“R”的凸起部分“P”。在导电板1的内表面上，和凸起部分相关联地形成凹下部分“H”。上部导电板2的槽的形状与导电板1的形状相同。

图1和2所示的NRD波导在介质带3的介电常数为2.04，并且当介质带的凸起部分的曲率半径“R”分别变化为0.5mm，0.7mm和0.8mm的条件下的传播特性(反射特性)的结果(通过三维有限元法分析得到)示于图3到6中。通过这种方法，当介质带的凸起部分的尺寸较小时，凸起部分在其上的效应小，从而应该知道可以在制定的60GHz的频带中得到极好的反射特性。还应该知道，曲率半径“R”能够改变具有很少反射的低损耗传输的频带。即，介质带中形成的凸起部分的曲率半径“R”越大，包含最小反射的频带越小。但是，即使象这个例子，当曲率半径“R”增加到0.8mm时，NRD波导仍然可以用于60GHz的频带中。

然后，将参照图7和8描述根据第二实施例的NRD波导的结构。

上文中以用于毫米波的传输线描述了第一实施例(其中，将介质带设置在两个导电板中间)，在第二实施例中，基片和介质带一起设置在两个导电板中间，以形成毫米波电路。图7是其截面图。在该附图中，标号4表示介质基片，而标号31和32表示各个介质带，其中将介质基片4设置得通过介质带31和32，夹在两个导电板1和2之间。在这个例子中，为了将介质基片4设置在中间位置，上部和下部介质带31和32具有相同的形状。

图8中示在图7中尺寸为：a2＝2.2mm，b2＝1.8mm，g2＝0.5mm，t＝0.1mm，介质带31和32的介电常数是2.04，介质基片4的介电常数是3.5，形成在介质带31和32中的凸起部分具有和图2所示的相同的形状，其中其曲率半径“R1”是0.55mm的情况下，三维有限元法分析的结果。从这个结果可以知道，在其中设置了基片的NRD波导中，不使反射特性恶化，也可以将介质带固定在预定频带。

然后，参照图9和10，描述根据第三实施例的NRD波导的结构。

在第一和第二实施例中形成从介质带突出的凸起部分，并具有半圆形状，在第三实施例中，介质带中的凸起部分和导电板的槽的内表面上的凹下部分的角部分具有平滑的弯曲表面形状。在图9中，介质带3的凸起部分“P”具有弯曲部分(圆柱表面)，它连接两个曲率半径为“R1”和“R2”的弧。当用立铣刀从PTFE板切割介质带3时，可以通过使曲率半径“R2”与立铣刀的半径大致上相等，或使其大于立铣刀的半径而进行研磨。通过使“R2”和立铣刀的半径相等，可以减小工艺时间，导致减小工艺成本。另一方面，至于导电板的槽的切割，可以通过使凹下部分“H”的角部分形成得具有部分的圆柱表面，而使用立铣刀容易地研磨。这可以通过使曲率半径“R1”和立铣刀的半径相等，或使其大于其半径而实现。

图10中示出三维的有限元法分析的结果，其中图9所示的尺寸的条件是：a＝2.2mm，b＝1.8mm，g＝0.5mm，介质带3的介电常数是2.04，曲率半径“R1”是0.8mm，并且“R2”是1.0mm。按照这种方法，当分别形成在介质带中以及导电板的槽中的凸起和凹下部分的角部分具有弯曲的表面时，也可以得到理想的反射特性。

然后，将参照图11到14描述根据第四和第五实施例的NRD波导的结构。

在第一到第三实施例中，介质带的凸起部分和导电板的槽的内表面上的凹下部分具有弯曲的表面，可以具有矩形形状的凸起部分“P”，并且相应的凹下部分“H”可以形成在导电板的槽的内表面上，如图11所示。如图13所示，可以具有三角形形状的凹下部分“P”，并且相应的凹下部分“H”可以形成在导电板的槽的内表面上。

图12中示出三维有限元法分析的结果，其中图11和13中所示的尺寸的条件是：a＝2.2mm，b＝1.8mm，g＝0.5mm，介质带3的介电常数是2.04，图11所示的介质带的凸起部分的尺寸是：c＝0.6mm；d＝0.8mm。图14中示出三维有限元法分析的结果，其中图13所示的介质带的凸起部分的尺寸的条件是：e＝2.0mm，f＝0.8mm。按照这种方法，在任一例子中，可以在预定的频带中得到极好的反射特性。

图15是根据本发明的第六实施例的NRD波导的结构。在这个实施例中，在形成在介质带的凸起部分“P”和形成在导电板1和2的槽的内表面上的“H”之间沿介质带3的横向产生间距。即使波导具有这样的结构，介质带3仍然可以固定到导电板1和2。

图16是根据第七实施例的NRD波导的结构的附图。在第一到第六实施例中，其中形成沿介质带3的横向突出的凸起部分，在第七实施例中，其中形成沿介质带3的横向反向地凹下的凹下部分“H”，并在导电板1和2的槽的内表面上形成相应的凸起部分“P”。即使波导具有这种结构，通过将介质带3的凹下部分“H”的尺寸(曲率半径)确定在预定范围内，可以有效地保持反射特性。

图17中示出三维有限元法分析的结果，其中图16所示的尺寸的条件是：a＝2.2mm，b＝1.8mm，g＝0.5mm，I＝3.0mm，j＝1.4mm，并且介质带的介电常数是2.04。按照这种方法，可以在预定频带中得到极好的反射特性。

图18是根据第八实施例的NRD波导的结构的示图。在这个实施例中，图16所示的介质带的凹下部分具有三角形形状。图19示出三维有限元法分析结果，其中图18所示的尺寸的条件是：a＝2.2mm，b＝1.8mm，g＝0.5mm，I＝3.0mm，j＝1.4mm，并且介质带3的介电常数是2.04。在这种情况下，也可以在预定频带中得到极好的反射特性。

图20和21是根据第九和第十实施例的NRD波导的示图，并分别示出当将上部导电板去掉时的平面图。在第一到第八实施例中，凹下部分或凸起部分相应于形成在介质带中的凸起部分或凹下部分，形成在导电板的槽的内表面上，两个形状不必是相同或类似的轮廓，并且，如图20和21所示，他们可以相互不同。在图20所示的情况下，具有矩形形状的凸起部分“P”形成在介质带3中，而具有大致上为半圆形的凹下一部分“H”形成在导电板的槽的内表面上，从而介质带3的凸起部分的部分与导电板中的凹下部分匹配。

然后，参照图22到24描述第十一实施例的NRD波导的结构。

在这个实施例中，介质带之间的连接部分中的反射效应被减小了。图23包含介质带的一部分的透视图，和其侧视图。如图所示，沿平行于电磁波的传播方向将介质带范围两个部分，并且介质带31a和32a的端部表面和介质带31b和32b的端部表面之间的各自的每一个间隙的长度设计为波导波长的1/4或其奇数倍的长度，从而反射波可以相互抵偿。

图22是透视图，示出介质带固定到导电板的部分的结构。在上部和下部介质带31b和32b的预定部分沿横向形成凸起部分“P”，并在上部和下部导电板的槽内表面上分别形成相应的凹下部分“H”。由于这种安排，将上部和下部两个介质带固定到导电板的预定位置。

图24包含当将图22所示的这种介质带对的多重组合连接到一起时，位置滑动状态的示图。图24(A)示出介质带31a和32a的端部表面与介质带31b和32b的端部表面之间的每一个间距的长度在标准温度下是零的情况。当每一个介质带不固定时，介质带在连接的端部表面处之间的每一个间隙是不相同的，如图24(B)所示，故产生反射程度的差别，从而上述的通过使反射不同相位的相互重叠而使反射抵消并不总是有效地起作用。然后，如图24(C)所示，当将每一个介质带在其大致中间位置处固定到导电板时，当温度改变，介质带之间在连接端部表面处的每一个间隙长度“ΔL”是相同的，从而通过使它们不同相位地重叠而抵消反射有效地起作用。另外，图22示出在图中所示的固定参考线中，介质带固定到导电板的结构，作为范例。

然后，参照图13描述毫米波雷达的集成电路的结构。

图25是其将上部导电板去掉情况下的平面图。这个用于毫米波雷达的集成电路包含各种元件，诸如振荡器单元、隔离器单元、耦合器单元、循环器单元、混合器单元和主辐射器单元以及天线的介质透镜。在振荡器单元中，标号51表示耿氏二极管块，并且耿氏二极管的一个电极连接到形成在基片上的线。在振荡器单元中，介质带53和介质带54分别形成子线和主线。标号52表示与两根线连接的介质谐振器。虽然在附图中省略，但是，将变抗器二极管连接到介质带53，作为辅助线，从而使耿氏二极管的振荡频率是可以控制的。在隔离器中，设置介质带55、56和57以及终端长插条59。在三个介质带55、56和57的中心部分，设置谐振器70(ferite resonator)以形成循环器。循环器和终端长插条59形成隔离器。在耦合器单元中，介质带60和61形成耦合器。在循环器单元中，介质带62、63和66以及铁氧体谐振器71(feriteresonator)形成循环器。在主辐射器单元中，设置介质带64和介质谐振器65，作为主辐射器。

另外，在混合器单元中，设置介质带67、68和72，并在基片上设置导电图案，该图案通过将RF信号(接收频率信号)和Lo信号(本地信号)混合在一起，产生IF信号(中频信号)，还在基片上设置了混合器二极管。由耿氏二极管块52产生的振荡信号通过介质带54→隔离器单元→介质带60→循环器单元→主辐射器单元的路径发送，以便通过介质透镜辐射。接收频率信号通过介质透镜→主辐射器单元→循环器单元→混合器单元的路径发送，而Lo信号通过耦合器单元→混合器单元的路径发送。

如图25所示，在每一个介质带和每一个终端长插条中，在预定位置处形成与导电板的槽的内表面匹配的匹配部分(凸起部分)，并在上部和下部导电板的槽的内表面上形成相应的凹下部分。由此，这些介质带和终端长插条被定位。并沿电磁波的传播方向固定。当介质带和终端长插条根据周围的温度变化而膨胀和收缩时，在元件之间的连接部分处的介质带之间所产生的间隙需要直接而具体地确定。相应地，可以容易地将装配精确度不同和温度的变化引起的特性的变化保持在一预定范围内。

另外，可以考虑介质带的生产率和由于温度的变化引起的特性的变化来设计每一个介质带中匹配位置。在沿介质带的横向形成凸起还是凹下部分也取决于生产率和特性的变化。例如，当在弯曲部分中形成沿横向突出的凸起部分时，这部分成为LSE01模式中的传播区域。为了防止从LSM01模式转换到LSE01模式的模式转换中的损失，可以形成沿介质带横向凹下的凹下部分，如在图25中示出为“A”的那样。当在除了弯曲部分以外的其它部分形成匹配部分时，可以在其中形成沿介质带的横向突出的凸起部分，从而导电板槽的处理是容易的，并且可以保持介质带的强度。

根据本发明，由于通过使介质带的凸起部分和凹下部分与导电板的槽的内表面匹配而使介质带沿电磁波的传播方向固定，即使当通过机械加工等方式而生产介质带和导电板的槽，工艺仍然是容易的。由于沿介质带3的横向形成凸起部分或凹下部分，故几乎不会扰乱要传播的模式的电磁场分布。

根据本发明，例如，当使用立铣刀从介质板上切割介质带时，相应于立铣刀的半径，可以容易地形成其角部分具有弯曲的表面形状的凹下部分和凸起部分的介质带。同样地，当使用立铣刀形成导电板的槽时，可以相应于立铣刀的半径，在导电板的槽的内表面上容易地形成具有弯曲表面形状的凹下部分或凸起部分。

根据本发明，在非辐射介质线的连接部分，介质带之间的每一个连接表面内的反射波通过相互不同相位地重叠而相互抵消，从而减小了反射的影响。即使当两个分开的介质带由于温度的变化而相对于导电板移动时，由于其中产生的每一个间隙的长度是相同的，故不论周围的温度变化，都减小反射的影响。

根据如权利要求4所述本发明，由于多个非辐射介质线之间的位置关系可以保持稳定，可以得到由于装配的精确度的不同和装配后周围温度的不同引起的特性的变化较小的集成电路。

工业应用性

如通过上述内容可知道的，根据本发明的非辐射介质线及其集成电路应用于生产宽频带电子设备，诸如毫米波频带无线电通信设备和微波频带无线电通信设备。

Claims (4)

1.一种非辐射介质线，其特征在于包含：

两个相互平行的导电板，在所述两个导电板上分别形成相对的槽，和

设置在所述槽之间的介质带，其中，在所述介质带的预定位置处形成沿电磁波的传播方向的横向突出的凸部或沿电磁波的传播方向的横向凹陷的凹部，同时，在所述两个导电板中的槽的内表面上分别形成与所述介质带的所述凸部或所述凹部匹配的凹部或凸部。

2.如权利要求1所述的非辐射介质线，其特征在于所述介质带中，或所述两个导电板的槽中的凹下部分或凸起部分的角部分具有弯曲的表面形状。

3.如权利要求1和2中的任一项所述的非辐射介质线，其特征在于将所述介质带沿平行于电磁波的传播方向的表面分为两个介质带，其中两个分开的介质带的端部表面之间的间隙的长度是通过所述介质带传播的电磁波的波导波长的1/4的奇数倍，而两个分开的介质带通过凸起部分或凹下部分与所述两个导电板匹配。

4.一种非辐射介质线的集成电路，其特征在于包含一个或多个如权利要求1到3中的任一项所述的非辐射介质线，其中，所述多个非辐射介质线相互连接。

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