CN1505203A

CN1505203A - 波导管、高频电路和高频电路装置

Info

Publication number: CN1505203A
Application number: CNA200310119980A
Authority: CN
Inventors: ��һ; 田村伸一; 齐藤笃; 西山大洋; 加藤贵敏; 田中裕明
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2004-06-16
Also published as: EP1424746A1; JP2004186755A; US20040104793A1; US6995637B2; KR20040048330A

Abstract

提供了一种波导管、高频电路和具有波导管的高频电路装置。所述波导管包括两个导体板，它们每个有具有凹槽的表面。至少一个导体板具有从凹槽的两侧表面延伸的突起。两个导体板彼此接触，从而凹槽彼此相向。置于突起和突出部之间的螺丝以预定压力固定导体板，其中突出部形成于导体板上的突起之外。

Description

波导管、高频电路和高频电路装置

发明背景

发明领域

本发明涉及毫米波频带与微波频带的波导管、高频电路和具有波导管的高频电路装置。

相关技术描述

已知诸如中空矩形波导管的三维波导管，它由两块导体板组成。例如，这种波导管揭示于日本未审查的特许公开No.2002-76716(在段落0015到0017和0021中描述的以及所述文件的图1所示的)。通过将具有彼此相向的凹槽的两块导体板结合来形成波导管。在每个凹槽的两侧处形成另外的凹槽来用作节流口以抑制电磁波泄漏。

在这种结构中，由于节流口频率特性取决于用于节流口的凹槽的加工精度，因此组合波导管的电特性是不一致的。为了实现一致的电特性，就需要很高的加工精度。此外，用于节流口的凹槽宽度应该是波长的1/4，这造成波导管很大。此外，所揭示的文件没有描述结合两块导体板来将它们固定在一起的方法。

发明概述

因此，本发明的目的是提供由两块导体板组成的波导管结构，以获得特性稳定的、电改善的波导管，它能可靠地抑制来自导体板接触表面的电磁波泄漏，以及高频电路和具有所述波导管的高频电路装置。

根据本发明的第一个方面，波导管包括两块导体板，它们每个都有含凹槽的表面。至少一个导体板具有从凹槽两侧的表面延伸的突起。导体板彼此接触以使凹槽彼此相向。紧固件置于突起之外且以预定的压力将导体板固定在一起。

根据本发明的第二个方面，波导管包括表面上含凹槽的第一导体板，和第二导体板。第一导体板具有从凹槽两侧的表面延伸的突起。第二导体板和第一导体板接触以使凹槽朝向第二导体板。紧固件置于突起之外且以预定压力将导体板固定在一起。结果，提供了具有稳定特性的电改善的波导管。此外，还可靠地抑制了来自两块导体板接触表面的电磁波泄漏。

较佳地，在该波导管中，突起是锥形的从而当突起从凹槽开口处的边界向外延伸时，朝向另一个导体板的表面和所述另一个导体板之间的距离增加。这些锥形将最大压力施加到凹槽两侧的接触表面，从而稳定地阻断电磁波泄漏。

较佳地，在该波导管中，朝向另一个导体板的突起表面通过切割或磨光处理形成。这使得表面之间的间隙最小，从而稳定地阻断电磁波泄漏。

较佳地，在该波导管中，由于预定压力的作用，增加了朝向另一个导体板的突起表面的平滑度。这也使得表面之间的间隙最小，从而稳定地阻断电磁波泄漏。

较佳地，在该波导管中，突起通过浇铸形成；因此，可以在很短的时间内以很低的成本制造波导管。

较佳地，在该波导管中，紧固件包括螺丝，它通过在突起和突出部(bump)之间的一点处旋紧以固定两块导体板，其中的突出部在突起之外形成且具有和突起大体相同的高度。该结构易于以预定的压力结合和固定两块导体板。由于导体板的位置由螺纹孔的位置确定，所以通过插入螺丝可以固定导体板。

较佳地，在该波导管中，只在两个导体板中的一个导体板上形成突起。这简化了导体板的结构，从而降低了制造成本。

较佳地，在该波导管中，将电介质材料插入凹槽以形成电介质负载的波导管。结果，提供了阻断电磁波泄漏的小三维波导管。

较佳地，提供了具有所述波导管的高频电路，其中波导管用作信号传输线。

较佳地，提供了具有所述高频电路的高频电路装置，其中在用于传输或接收信号的高频电路装置的处理部件中具有所述高频电路。因此，提供了低传输损耗和高功率效率的装置。由于该装置中的S/N比不减少，因此当该装置用于雷达中时可以增加探测的距离。将该装置用于通信装置中可以有利地降低数据传输误差率。

附图概述

图1是示出根据本发明第一实施例的中空矩形波导管结构的剖视图；

图2是图1所示的中空矩形波导管的部分剖视图；

图3是示出处理中空矩形波导管的导体板的方法的说明性示意图；

图4是示出根据本发明第二实施例的中空矩形波导管结构的部分剖视图；

图5是示出根据本发明第三实施例的电介质负载波导管结构的部分剖视图；以及

图6是示出根据本发明第四实施例的毫米波雷达组件和毫米波雷达结构的框图。

具体实施方式

现在将参考图1到3描述根据本发明第一实施例的中空矩形波导管。

图1示出垂直于信号传输方向的中空矩形波导管的剖视图。图1中，导体板11和21可以由锌(Zn)或铝(Al)金属板组成。较佳地将高电导率的银(Ag)或金(Au)涂覆于导体板11和21的表面上。但是，对于具有高电导率的导体板，诸如铝，则不需要涂层。凹槽12和22形成于彼此相向的导体板11和21的表面上，其中所述凹槽有大体矩形的截面且有给定的宽度和给定的深度。由相对的凹槽12和22形成的空间用作中空矩形波导管。导体板11和21的相对表面平行于E平面，它是平行于TE10模式电场方向的波导管顶面或底面。突起13和23分别形成于凹槽12和22两侧的表面上，从而使它们向另一个导体板凸出并沿凹槽12和22的方向延伸。突出部14和24的高度较佳地大体等于突起13和23的高度。

图1中，根据本发明，螺丝31用作紧固件。和螺丝31啮合的螺纹孔形成于导体板11内。如图1所示，通过螺丝31从导体板21的暴露表面和螺纹孔啮合，使得导体板11和21以预定压力结合和固定在一起。在该实施例中，导体板11和21由螺丝31以预定压力结合和固定，该螺丝被置于突起13(和23)和突出部14(和24)之间的中点处。导体板11和21的弹性将预定压力施加到突起13和23以及突出部14和24的两个接触区域，因此，去除了凹槽12和22附近的接触表面之间的任何间隙。这可靠地抑制了来自突起13和23接触表面的电磁波泄漏。

图2是示出用作中空波导管的凹槽附近结构的部分剖视图。这里Gg是凹槽12和22的深度。Gb是凹槽12和22的宽度。Ga是相对凹槽12和22所形成的空间的高度。根据设计实例，在76GHz(W-频带)频率时，Gg是1.27毫米，Gb是1.27毫米且Ga是2.54毫米。

突起13和23的宽度Db较佳地大于或等于0.1毫米，以便防止突起13和23的接触区域太小，从而在制造过程中不需要将相对于导体板11和21的凹槽12和22以及突起13和23精确地量尺寸和定位。但是，突起13和23的宽度Db较佳地小于凹槽的宽度Gb，这是因为太大的宽度Db通常由于突起13和23的大接触区域上的扩散压力而导致凹槽12和22两侧的接触表面之间的间隙。

突起13和23的高度Da较佳地大于或等于0.05毫米，以确保在图1所示的螺丝31接合时引起在突起13和23之外的弹性变形的边缘。较佳地，它小于约深度Gg的0.4倍，因为突起13和23的高度Da太大会降低凹槽12和22侧壁的强度。

因此，突起13和23的高度Da和宽度Db的范围是：Da大于或等于0.05毫米并小于或等于0.5毫米，而Db大于或等于0.1毫米并小于或等于1.3毫米。

图3示出处理导体板接触表面的方法。凹槽12、突起13和凹陷(depression)15形成于朝向另一个导体板21的导体板11的表面上。它们由通常用于金属板的凹槽加工工艺形成，其中金属板诸如平面铝板。例如，凹槽12和凹陷15通过切割形成，诸如用金刚石刀片切割或使用切削工具。随后，如图3中两个箭头的粗线所示出的，和另一个突起23接触的突起13的表面通过诸如磨光工艺的切割工艺切割成平面。较佳地，将突起13的接触表面的平面度设定为小于0.05毫米。另一个导体板21也以同样的方式处理。

如图1和2所示，当它们以给定的压力彼此接触时，增加接触表面的平面度明显降低了凹槽12和22两侧表面之间的纵向间隙并阻断了来自波导管凹槽12和22的电磁波泄漏。由于导体板11和21的位置由螺纹孔的位置确定，所以导体板11和21可以由螺丝31固定到合适位置。

参考图1所示的实施例，插入螺丝31造成导体板11和21弹性变形，这减少了由突起13和突出部14之间以及突起23和突出部24之间两个凹陷形成的空间。因此，如果确定了凹陷的深度从而当螺丝31以正常扭矩插入时所述空间消失，则施加到突起13和23的接触表面的压力可以保持恒定。

图1中，示出了单个波导管。为了通过配合上和下导体板11和21形成多个平行波导管，由凹陷构成的上述空间形成在一个波导管和其相邻波导管的凹槽之间，且随后通过空间处的螺丝使导体板配合并固定在一起。即，图1中的突出部14和24视作相邻波导管的突起。

此外，为了改善导体板11和21的定位精度，一个导体板可以含插头而另一个导体板可以含孔，并通过插头和孔的啮合确定位置。

参考图4，现在描述根据本发明第二实施例的中空矩形波导管。图4示出中空矩形波导管的部分剖视图，它垂直于电磁波的传播方向。和图2所示的第一实施例不同，图4中只有导体板11具有突起13，而另一个导体板21没有突起。突起13是锥形的，从而当突起从凹槽12的开口处边缘向外延伸时，朝向导体板21的表面之间的距离增加。该结构的其余元件类似于第一实施例的图1中所示的那些元件。

在该结构中，将最大压力施加到形成于导体板21中的凹槽22的两侧表面和形成于导体板11的凹槽12的两侧表面。因此，消除了凹槽两侧的接触表面之间的间隙从而可靠地阻断了来自波导管的电磁波泄漏。这里Da是突起13的高度，Db是突起13的宽度且Dt是锥形部分的高度。

根据设计实例，在76GHz(W-频带)时，Da大于或等于0.05毫米，Db大于或等于0.1毫米且Dt大于或等于0.05毫米。凹槽12和22的其它测量较佳地等于第一实施例的实例中的测量。当然，锥形部分的高度Dt应该小于突起13的高度Da。具有锥形、凹槽12和凹陷15的突起较佳地通过在一个操作中浇铸形成。

图5示出根据本发明的第三实施例的电介质负载波导管的结构。如图5所示，凹槽12和突起13形成于朝向另一个导体板21的导体板11的表面上。凹槽22形成于朝向另一个导体板11的导体板21的表面上。电介质带41置于配合导体板11和21中的各凹槽12和22形成的空间中。导体板11和21彼此相向以使凹槽12和22配合。随后它们以给定的压力固定在一起。该结构的其它元件类似图1中的那些元件。

因此，通过将电介质带41插入具有矩形截面的波导管的空间中形成电介质负载波导管。这里，Gg是凹槽12和22的深度，Gb是凹槽12和22的宽度，Ga是通过配合凹槽12和22形成的空间的高度，Sb是电介质带41的宽度，以及Sa是电介质带41的高度。根据设计实例，在76GHz频率时，使用具有约2.0的相对介电常数εr的碳氟化合物树脂作为电介质带41，Gg是0.9毫米，Ga是1.8毫米，Sa是1.8毫米以及Sb是1.1毫米。

参考图5，对于所选的实例频率，电介质带41中的波长λ是2.8毫米。宽度Gb小于或等于λ的一半。空间的高度Ga大于或等于λ的一半且小于或等于λ。

该结构允许在所选的频率带时以单个模式传输。由于传输仅仅在矩形TE10模式中进行而所有其它模式被阻断，所以即使导体板中凹槽的位置发生平移也不发生模式转换。结果，因为没有由模式转换引起的损耗而降低了传输损耗。

在该实施例中，凹槽12和22开口处的边界被形成以给定的曲率半径倒圆。此外，将突起13的外边界倒圆。此外，将凹槽12和22的下边界倒圆。该形状允许导体板11和21易于通过浇铸(压模铸法)形成，从而降低制造成本。

确定朝向导体板21的突起13的表面粗糙度，以使导体板21的压力增加了表面的平滑度。当导体板11和21彼此接触时，这降低了凹槽12和22的两侧处表面之间的间隙。从而，可靠地阻断了电磁波泄漏。

凹槽12和22的侧壁与电介质带41之间的空间吸收导体板11和21以及电介质带41之间线性膨胀系数的不同引起的任何变形。更特别地，由该空间吸收相对于凹槽12和22的电介质带41的热膨胀，从而电介质带41不接收来自导体板11和21的应力集中。这抑制了电特性中的任何波动。

导体板11和21可以通过锻造取代压模铸法形成。可供选择地，可以通过用金属涂覆在浇铸成的树脂上来形成导体板主体，

用于上述频率带中的电介质带41不限于碳氟化合物树脂。它可以是具有其它相对介电常数的电介质材料。凹槽的深度Gg和宽度Gb可以根据相对介电常数调整。在上述实施例中，配合两个导体板中的凹槽来形成波导管。但是，本发明不限于此。即，本发明可以应用到波导管，该波导管中凹槽只形成于与另一个平导体板配合的一个导体板上。

现在参考图6描述毫米波雷达组件和毫米波雷达，它们分别是根据本发明第四实施例的高频电路和高频电路装置。

图6中，VCO是使用Gunn二极管和变容二极管的电压控制的振荡器，ISO是防止反射信号回到VCO的隔离器，以及CPL是检取部分传输信号作为局域信号的耦合器。CIR是将传输信号提供到天线ANT的主辐射器并将接收信号发送到混合器MIX的循环器。混合器MIX接收信号和局域信号产生高频波以便将它作为中频(IF)信号输出。

上述部分是毫米波雷达组件100。信号处理部分101从所发射的调制信号和从毫米波雷达组件100接收的IF信号中检测到毫米波雷达组件100的VCO的目标的相对距离和相对速度。毫米波雷达由信号处理部分101和毫米波雷达组件100组成。

通过使用一个上述波导管作为这种毫米波雷达组件和毫米波雷达的传输线提供了低传输损耗和高功率效率的装置。由于不损耗该波导管的S/N比，所以可以增加探测距离。此外，在通信装置中使用该传输线提供了低数据传输误差率的优点。

虽然结合特殊实施例描述了本发明，但对于本技术领域内的熟练技术人员，许多其它的变化和修改以及其它使用将变得更加明显。因此，较佳地是，本发明不受这里所特殊揭示的限定，而是由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种波导管，其特征在于，包括：

两块导体板，分别都有带凹槽的表面，至少一个导体板具有沿凹槽相对的两侧从表面向外延伸的突起，所述导体板彼此接触以使每个导体板内的凹槽彼此相对；以及

紧固件，它相对于突起置于凹槽的远端，所述紧固件以预定的压力将导体板固定在一起。

2.如权利要求1所述的波导管，其特征在于，和两个导体板中的另一个接触的突起的表面是锥形的，从而当突起从凹槽向外延伸时，突起的表面和所述另一个导体板之间的距离增加。

3.如权利要求1所述的波导管，其特征在于，朝向两个导体板中的另一个的突起的表面通过切割或磨光工艺形成。

4.如权利要求1所述的波导管，其特征在于，预定压力使得朝向两个导体板的另一个的突起的表面平滑度增加。

5.如权利要求1所述的波导管，其特征在于，通过浇铸形成所述突起。

6.如权利要求1所述的波导管，其特征在于，还包括突出部，它从两个导体板中的至少一个的面上向外延伸，所述突出部相对于紧固件置于凹槽远端。

7.如权利要求6所述的波导管，其特征在于，所述紧固件包括螺丝，它在所述突起和突出部之间的一点处固定两个导体板。

8.如权利要求6所述的波导管，其特征在于，所述突出部具有和所述突起大体相同的高度。

9.如权利要求1所述的波导管，其特征在于，所述突起形成于两个导体板上，当两个导体板彼此接触时每个导体板的突起彼此接触。

10.如权利要求1所述的波导管，其特征在于，电介质材料置于凹槽内。

11.具有如权利要求1所述的波导管的高频电路，其特征在于，所述波导管用作信号传输线。

12.具有如权利要求11所述的高频电路的高频电路装置，其特征在于，高频电路设置在用于传输或接收信号的高频电路装置的处理部分内。

13.一种波导管，其特征在于，包括：

第一导体板，它具有带凹槽的面，所述导体板具有从所述面沿凹槽的相对两侧向外延伸的突起；

第二导体板，它具有面和凹槽，所述第二导体板和第一导体板接触从而第一导体板的凹槽面对第二导体板的凹槽；以及

紧固件，它相对于突起置于凹槽远端，所述紧固件以预定压力固定导体板。

14.如权利要求13所述的波导管，其特征在于，和第二导体板接触的突起的表面是锥形的，从而当突起从凹槽向外延伸时突起表面和第二导体板之间的距离增加。

15.如权利要求13所述的波导管，其特征在于，预定压力使得朝向第二导体板的突起表面的平滑度增加。

16.如权利要求13所述的波导管，其特征在于，还包括从第一和第二导体板的面向外延伸的突出部，所述突出部相对于紧固件置于凹槽远端。

17.如权利要求16所述的波导管，其特征在于，所述紧固件包括螺丝，它在突起和突出部之间的一点处固定第一和第二导体板。

18.如权利要求16所述的波导管，其特征在于，所述突出部具有和所述突起大体相同的高度。

19.如权利要求13所述的波导管，其特征在于，电介质材料置于凹槽中。

20.一种高频电路装置包括：

高频电路，它具有如权利要求13所述的波导管，其特征在于，所述高频电路设置在用于传输或接收信号的高频电路装置的处理部分中。