DE19828488B4

DE19828488B4 - Modul mit einem strahlungsfreien dielektrischen Wellenleiter

Info

Publication number: DE19828488B4
Application number: DE19828488A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Kokubu Kishino; Takeshi Kokubu Okamura
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: DE19828488A1; US6094106A

Abstract

Modul mit einem strahlungsfreien dielektrischen Wellenleiter, aufweisend ein Paar paralleler flacher Leiter (1, 1), die mit einem Zwischenraum von der Hälfte oder weniger der Signalwellenlänge λ angeordnet sind, und einen dielektrischen Streifen (2) zwischen den parallelen flachen Leitern (1, 1), wobei der dielektrische Streifen (2) aus einem Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von 4,5 bis 8 besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum aus einer Cordierit-Keramik besteht, die eines der Elemente Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu in einem komplexen Oxid enthält, das Mg, Al und Si enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Modul mit einem strahlungsfreien dielektrischen Wellenleiter, zum Beispiel ein derartiges Modul, wie es in einem integrierten Schaltkreis im Millimeterwellenbereich einem Sender-Empfänger im Millimeterbereich oder einer Radarvorrichtung für den Schutz vor einem Zusammmenstoß mit einem Kraftfahrzeug verwendet wird.

Der strahlungsfreie dielektrische Wellenleiter (NRD-Leiter) hat einen Aufbau, bei dem lineare dielektrische Streifen zwischen einem Paar paralleler flacher Leiter vorgesehen ist, die mit einem Zwischenraum von 1/2 oder weniger einer verwendeten Wellenlänge λ eines Hochfrequenzsignals angeordnet sind. Bei einem NRD-Leiter mit einem solchen Aufbau werden Hochfrequenzsignale mit einer Wellenlänge über λ ausgefiltert und können nicht in den Raum zwischen den parallelen flachen Leitern eintreten. Hochfrequenzsignale können entlang der Streifen übertragen werden, und Abstrahlungen von dem dielektrischen Wellenleiter werden durch die Filterwirkung der parallelen flachen Leiter unterdrückt.

Es ist bekannt, daß Ausbreitungsmodi bei einem NRD-Leiter der LSM-Modus und der LSE-Modus sind. Im allgemeinen wird der LSM-Modus verwendet, weil er einen geringen Verlust mit sich bringt.

Da sich in einem solchen NRD-Leiter durch Vorsehen eines dielektrischen Streifens in gekrümmter Form ein Hochfrequenzsignal entlang des Streifens leicht ausbreiten kann, ist es möglich, kleine Abmessungen des Schaltkreises zu erreichen oder viel Freiheit bei der Schaltkreisgestaltung zu haben.

Als Material für den dielektrischen Streifen wurden im Hinblick auf eine leichte Verarbeitbarkeit Kunststoffe, wie Teflon und Polystyrol, verwendet.

Jedoch tritt bei einem NRD-Leiter, der mit einem dielektrischen Streifen aus einem solchen Kunststoff versehen ist, in einem gekrümmten Bereich ein Übertragungsverlust auf (einfach "Krümmungsverlust" genannt), oder es ergibt sich in einem konjugierten Leitungsabschnitt ein großer Übertragungsverlust. Beispielsweise besteht das Problem, daß eine plötzliche Krümmung mit einem kleinen Krümmungsradius nicht ausgebildet werden kann. Ferner soll dann, wenn eine schwache Krümmung mit einem großen Krümmungsradius hergestellt wird, der Krümmungsradius genau verwirklicht werden. Auch ist die Bandbreite einer Krümmung extrem klein, nämlich etwa 1 bis 2 GHz in der Nähe von 60 GHz. In einem NRD-Leiter, der mit einem dielektrischen Streifen aus einem solchen Kunststoff ausgerüstet ist, ergeben sich die Streuungskurven des LSM-Modus und des LSE-Modus entsprechend der hier beigefügten 22. Das Ergebnis ist, daß die Frequenzdifferenz zwischen diesen Modi einen sehr kleinen Wert von etwa 3 GHz erreicht. Somit wird ein Teil der elektromagnetischen Wellen des LSM-Modus in den LSE-Modus umgewandelt.

Es gibt auch einen NRD-Leiter, bei dem Aluminiumoxid als Material des dielektrischen Streifens verwendet wird. Jedoch soll in diesem Fall bei Anwendung im Hochfrequenzbereich von mindestens 50 GHz die Breite des Streifens sehr gering sein. Es ist äußerst schwierig, einen solchen Streifen zu montieren. Dieser NRD-Leiter ist für die Praxis nicht geeignet.

Die Veröffentlichung "Millimeter-Wave Integrated Circuits Using Nonradiative Dielectric Waveguide", Tsukasa YONEYAMA, Electronics and Communications in Japan, Part 2, Vol. 74, No. 2, 1991, betrifft integrierte Schaltkreise für Millimeterwellen, in denen nichtstrahlende dielektrische (NRD) Wellenleiter verwendet werden. Insbesondere ist ein Wellenleiter mit einem Leiterplattenpaar und dielektrischen Streifen offenbart, die zwischen dem Leiterplattenpaar angeordnet sind. Als Streifenmaterial werden Teflon oder ein Polysteren vorgeschlagen. Bei einer Übertragung von Hochfrequenzsignalen tritt eine Dämpfung auf, die von der Frequenz des jeweiligen Hochfrequenzsignals abhängig ist.

Die Veröffentlichung "Manufacturing Of Microwave Modules Using Low-Temperature Cofired Ceramics", Brown, Polinski and Shaikh; Microwave Symposium Digest, 1994, IEEE MTT-S International San Diego, Ca, USA 23-27 May 1994, New Work, NY, USA, betrifft eine Herstellung von Mikrowellenmodulen unter Verwendung von bei niedriger Temperatur gefeuerter Glaskeramik. Das Glaskeramikmaterial hat den Nachteil, dass es hochfrequente Wellen dämpft.

Die DE 695 20 394 T2 betrifft eine integrierte Schaltung für Mikrowellen und offenbart eine Koppleranordnung mit zwei leitenden Platten und dielektrischen Streifen, die in einem Abstand zwischen den Platten angeordnet sind. Auch bei dieser Koppleranordnung tritt eine Dämpfung durchgeleiteter Hochfrequenzwellen auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modul mit einem strahlungsfreien dielektrischen Wellenleiter zu schaffen, das verbesserte Durchleitfähigkeiten für Hochfrequenzwellen aufweist, insbesondere eine geringere Dämpfung und/oder eine gleichmäßigere Durchleitung innerhalb eines vorgegebenen, möglichst breiten Frequenzbandes als bei herkömmlichen Modulen.

Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Modul mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche geben beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

Erfindungsgemäß wird ein Modul eines strahlungsfreien dielektrischen Wellenleiters zur Verfügung gestellt, der ein Paar paralleler flacher Leiter aufweist, die mit einem Zwischenraum angeordnet sind, der 1/2 oder weniger einer Signalwellenlänge λ entspricht, und der mit einem dielektrischen Streifen versehen ist, welcher sich zwischen den parallelen flachen Leitern befindet, wobei der dielektrische Streifen aus einem Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von 4,5 bis 8, insbesondere von 4,5 bis 6, hergestellt ist.

Ferner ist ein Modul eines strahlungsfreien dielektrischen Wellenleiters vorgesehen, das ein Paar paralleler flacher Leiter mit einem Zwischenraum von 1/2 oder weniger einer Signalwellenlänge λ und einen zwischen den parallelen flachen Leitern angeordneten dielektrischen Streifen aufweist, wobei der dielektrische Streifen mit einem ersten Streifen und einem benachbarten zweiten Streifen ausgebildet ist und ein Hochfrequenzsignal, das durch den ersten oder den zweiten Streifen hindurch übertragen wird, den benachbarten Bereich durchläuft und von dem ersten oder dem zweiten Streifen abgegeben wird, und wobei die Durchlässigkeitskurve, die durch Auftragen der Durchlässigkeit gegen die Frequenz eines Hochfrequenzsignals, das von jedem Streifen abgegeben wird, bei einer gewünschten Frequenz einen Extremwert aufweist.

Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Darin zeigen
1 und 2 einen Grundaufbau eines NRD-Leiter-Moduls;
3 einen Grundaufbau einer Ausführungsform, bei der im Falle des Moduls gemäß 1 auf dem parallelen flachen Leiter ein isolierter Film vorgesehen ist;
4 eine spezielle Ausführungsform des Moduls gemäß 3;
5 einen Grundaufbau einer Ausführungsform, bei der eine Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung auf dem Weg des dielektrieschen Streifens des Moduls gemäß 1 vorgesehen ist;
6 eine Musteroberfläche der Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung gemäß 5;
7 einen Grundaufbau eines Moduls, das durch Herstellen eines Drosselmusters in der Eingabe- oder Ausgabevorrichtung auf dem parallelen flachen Leiter ausgebildet ist;
8 einen Grundaufbau eines Moduls, das durch Herstellen einer Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung, in der Muster oder ein Halbleiterelement eingebaut sind, erhalten worden ist;
9 eine perspektivische Ansicht der zerlegten Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung gemäß 8;
10 einen Grundaufbau eines Moduls mit einem Terminator und einem Dämpfungsglied, das mit einem Absorber für elektromagnetische Wellen ausgerüstet ist;
11 den Aufbau des Terminators und des Dämpfungsglieds;
12 den Grundaufbau eines Moduls mit einem Streifen, der an einer Seite eines Absorbers für elektromagnetische Wellen vorgesehen ist;
13 eine vergrößerte Explosionsdarstellung des Dämpfungsbereichs des Streifens;
14 eine vergrößerte Explosionsdarstellung des Terminators des Streifens;
15 und 16 typische Beispiele eines Kopplungsaufbaus (eines Kopplers) aus zwei Streifen;
17 eine Darstellung der Beziehung zwischen der Frequenz und der Durchlässigkeit eines üblicherweise verwendeten symmetrischen Kopplers;
18 eine Darstellung der Beziehung zwischen der Frequenz und der Durchlässigkeit eines üblicherweise verwendeten nichtsymmetrischen Kopplers;
19 eine Darstellung der Beziehung zwischen der Frequenz und der Durchlässigkeit eines gemäß der Erfindung bevorzugt verwendeten Kopplers;
20 eine Darstellung der Frequenzabhängigkeit des Durchlässigkeitsverlustes in einem gekrümmten Abschnitt eines Streifens bei einem NRD-Leiter, der unter Verwendung eines Streifens gemäß der Probe Nr. 12 im Versuchsbeispiel 1 hergestellt worden ist;
21 eine Streuungskurve des LSM-Modus und des LSE-Modus in dem NRD-Leiter gemäß 20;
22 eine Streuungskurve des LSM-Modus und des LSE-Modus in dem NRD-Leiter, bei dem der Streifen aus Teflon mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,1 hergestellt worden ist;
23 eine Darstellung des Durchlässigkeitsverlustes eines NRD-Leiters mit einem isolierten Film, der durch das Versuchsbeispiel 2 auf der Oberfläche eines parallelen flachen Leiters ausgebildet worden ist, und eines NRD-Leiters ohne isolierten Film;
24 eine graphische Darstellung eines Vergleichs der Millimeterwellen-Durchlässigkeitseigenschaften eines NRD-Leiters gemäß den 7 und 5, hergestellt im Versuchsbeispiel 3;
25 eine graphische Darstellung eines Vergleichs der Millimeterwellen-Durchlässigkeitseigenschaften eines NRD-Leiters gemäß den 8 und 5, hergestellt im Versuchsbeispiel 4;
26 eine Darstellung der Reflexionseigenschaften eines dielektrischen Streifens, der mit einem Terminator gemäß 11, Teil (a), sowie einem dielektrischen Streifen mit einem Terminator gemäß 14 und hergestellt im Versuchsbeispiel 5 ausgerüstet ist;
27 eine Darstellung der Reflexionseigenschaften eines dielektrischen Streifens, in dem ein Absorber für elektromagnetische Wellen an einer Seitenoberfläche des Terminators gemäß 11, Teil (a), und hergestellt im Versuchsbeispiel 5, vorgesehen ist;
28 und 29 Darstellungen der Millimeterwellen-Durchlässigkeitseigenschaften der Koppler gemäß der Erfindung und hergestellt im Versuchsbeispiel 6;
30 eine Darstellung der Millimeterwellen-Durchlässigkeitseigenschaften eines Kopplers, der nach einer üblichen Methode im Versuchsbeispiel 6 hergestellt worden ist; und
31 ein erfindungsgemäßes Modul in einem Sender-Empfänger für Millimeterwellen.
Gemäß den 1 und 2, welche den Grundaufbau des NRD-Leiter-Moduls zeigen, ist dieses Modul mit einem Paar paralleler flacher Leiter 1,1 und einem dielektrischen Streifen 2, der sandwichartig zwischen den parallelen flachen Leitern 1,1 angeordnet ist, versehen. In den 1 und 2 ist zum besseren Verständnis ein Teil des oberen parallelen flachen Leiters 1 abgeschnitten.
Es ist vorgegeben, daß der Zwischenraum zwischen den parallelen flachen Leitern 1,1 einer Größe von 1/2 oder weniger der verwendeten Signalwellenlänge λ entspricht. Durch diese Vorgabe wird ein Hochfrequenzsignal mit einer Wellenlänge von über λ am Eindringen zwischen die parallelen flachen Leiter 1,1 gehindert, und ein Abstrahlen von elektromagnetischen Wellen von dem Streifen 2 wird unterdrückt. Ferner wird das Hochfrequenzsignal entlang des Streifens 2 übertragen. Jedoch kann dieser Streifen 2 in einer linearen Form, wie in 1, oder in gekrümmter Form, wie in 2, ausgebildet sein.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Streifen 2 unter Einsatz eines Dielektrikums mit einer Dielektrizitätskonstante von 4,5 bis 8, insbesondere von 4,5 bis 6, ausgebildet ist. Der Kunststoff, zum Beispiel das üblicherweise verwendete Teflon oder Polystyrol, weist eine Dielektrizitätskonstante von 2 bis 4 auf. Aluminiumoxid hat eine Dielektrizitätskonstante von etwa 10. Das bei der Erfindung benutzte Dielektrikum als Material für den Streifen 2 weist eine Dielektrizitätskonstante auf, die zwischen jenen der vorgenannten Materialien liegt. Gemäß der Erfindung kann durch Ausbilden des Streifens 2, der ein Dielektrikum mit einer solchen Dielektrizitätskonstante aufweist, die Umwandlung von elektromagnetischen Wellen im LSM-Modus in solche im LSE-Modus herabgesetzt werden. Dementsprechend wird dann, wenn an dem Streifen 2 ein stark gekrümmter Abschnitt mit einem kleinen Krümmungsradius ausgebildet ist, eine Bandbreite oder ein Frequenzbereich, in dem der auf die Krümmung zurückzuführende Durchlässigkeitsverlust (Krümmungsverlust) klein ist, breiter. Wenn beispielsweise ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von kleiner als 4,5 verwendet wird, ist die Umwandlung der elektromagnetischen Wellen mit einem LSM-Modus in jene mit einem LSE-Modus groß, und der Vorteil der Erfindung geht verloren. Ferner erfordert es das Übertragen eines Hochfrequenzsignals mit einer Frequenz von mindestens 50 GHz, wenn ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von über 8 verwendet wird, daß die Breite des Streifens 2 deutlich schmäler gemacht wird, und es treten Probleme bei den Herstellungstoleranzen oder der Festigkeit auf.
Dielektrika, die bei dieser Erfindung als Material für den Streifen 2 eingesetzt werden, sollen einen Q-Wert (Qualitätsfaktor) von mindestens 1000, vorzugsweise von mindestens 2000, insbesondere von 2500, bei einer Frequenz von 60 GHz aufweisen. Dielektrika mit solchen Q-Werten haben einen ausreichend geringen Verlust, um sie für Übertragungsleitungen einzusetzen, die in den letzten Jahren in Mikrowellenbändern und Millimeterwellenbändern verwendet wurden.
Als Dielektrikum mit der vorgenannten Dielektrizitätskonstante können beispielsweise Cordierit-Keramiken genannt werden. Diese weisen ein komplexes Oxid mit einem Gehalt an Mg, Al und Si als Hauptkomponente auf. Beispielsweise wird die Molzusammensetzung dieser metallischen Elemente durch die folgende Formel x MgO∙y Al₂O₃∙z SiO₂ ausgedrückt, worin x, y und z Zahlen bedeuten, welche die Beziehung x + y + z = 100 sowie die folgenden Bedingungen
10 ≤ x ≤ 40, insbesondere 15 ≤ x ≤ 35, vorzugsweise 20 ≤ x ≤ 30,
10 ≤ y ≤ 40, insbesondere 17 ≤ y ≤ 35, vorzugsweise 17 ≤ y ≤ 30,
20 ≤ z ≤ 80, insbesondere 30 ≤ z ≤ 65, vorzugsweise 40 ≤ z ≤ 60
erfüllen.
Die Cordierit-Keramiken mit einem Gehalt an Mg, Al und Si in den vorgenannten Verhältnissen haben bei 60 GHz einen hohen Q-Wert und sind im Rahmen der Erfindung äußerst vorteilhaft.
Wenn x, das den Gehalt an MgO zeigt, beispielsweise kleiner als 10 ist, ist es unmöglich, ein gutes gesintertes Produkt zu erhalten, und der Q-Wert ist niedrig. Wenn x größer als 40 ist, ist die Dielektrizitätskonstante des gesinterten Produkts hoch. Um bei 60 GHz den Q-Wert auf mindestens 2000 zu erhöhen, soll x im Bereich von 15 bis 35 liegen. Um den Q- Wert auf mindestens 2500 anzuheben, liegt x vorzugsweise im Bereich von 20 bis 30.
Wenn y, das den Gehalt an Al₂O₃ zeigt, kleiner als 10 ist, ist es unmöglich, ein gutes gesintertes Produkt zu erhalten, wie im obigen Fall, und der Q-Wert ist niedrig. Wenn y größer als 40 ist, wird die Dielektrizitätskonstante des gesinterten Produkts höher. Um den Q-Wert bei 60 GHz auf mindestens 2000 zu erhöhen, soll y vorzugsweise im Bereich von 17 bis 35 liegen. Um den Q-Wert auf mindestens 2500 zu steigern, soll y vorzugsweise im Bereich von 17 bis 30 liegen.
Wenn z, das den Gehalt an SiO₂ zeigt, kleiner als 20 ist, ist die Dielektrizitätskonstante des gesinterten Produkts hoch. Wenn z die Zahl 80 übersteigt, ist es unmöglich, ein gutes gesintertes Produkt zu erhalten, und der Q-Wert ist niedrig. Um den Q-Wert bei 60 GHz auf mindestens 2000 zu erhöhen, soll z vorzugsweise im Bereich von 30 bis 65 liegen. Um den Q-Wert auf mindestens 2500 zu steigern, soll z vorzugsweise im Bereich von 40 bis 60 liegen.
Die vorgenannten Cordierit-Keramiken enthalten vorzugsweise ein Element der Gruppe 3A des Periodensystems. Solche Keramiken haben den Vorteil, daß sie die bei der Erfindung am meisten bevorzugten Dielektrizitätskonstanten und hohe Q-Werte aufweisen und daß die Brennbedingungen für die Herstellung von verdichteten gesinterten Produkten milde sind. Wenn beispielsweise ein Material verwendet wird, das kein Element der Gruppe 3A des Periodensystems enthält, beträgt der Temperaturbereich für das Sintern und Brennen etwa 10°C. Wenn aber das Material ein solches Element beinhaltet, wird dieser Terperaturbereich auf etwa 100°C verbreitert. Dies stellt insofern einen Vorteil dar, als dann die Massenproduktion leicht ist. Ferner kann durch Steuern der Abnahmegeschwindigkeit der Temperatur von der Sintertemperatur aus (zum Beispiel 100 °C/h oder weniger) das zugegebene Oxid des Elements der Gruppe 3A als Disilicat Re₂Si₂O₇ (Re = Element der Gruppe 3A) ausgefällt werden, das eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen hohen Q-Wert aufweist. Deshalb kann ein gesintertes Produkt mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante und einem hohen Q-Wert erhalten werden, wobei der Bereich der Brenntemperatur verbreitert werden kann.
Zu den Elementen der Gruppe 3A des Periodensystems gehören Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu. Bei der vorliegenden Erfindung ist Yb (Ytterbium) bevorzugt. Bezogen auf das vorgenannte komplexe Oxid soll Yb in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew%, insbesondere in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew%, berechnet als Yb₂O₃, enthalten sein. Wenn der Gehalt des Yb geringer als 0,1 Gew% ist, wird der Temperaturbereich für das Sintern und Brennen nicht breit, und die Keramik ist für eine Massenproduktion unbefriedigend. Wenn die Keramik Yb in einer Menge von über 15 Gew% enthält, weist das gesinterte Produkt einen großen dielektrischen Verlust und einen verminderten Q-Wert auf. Im allgemeinen wird der Temperaturbereich für das Sintern und Brennen der Cordierit-Keramiken mit steigendem Gehalt an Yb breiter. Andererseits wird die Dielektrizitätskonstante des gesinterten Produkts höher, und der Q-Wert des gesinterten Produkts nimmt ab. Es ist zweckmäßig, den Gehalt an Yb im Hinblick- auf eine Ausgewogenheit zwischen der Dielektrizitätskonstante oder dem Q-Wert und dem Temperaturbereich für das Sintern und Brennen zu bestimmen.
Die Cordierit-Keramik, die bei dieser Erfindung am meisten bevorzugt ist, hat eine Zusammensetzung des komplexen Oxids mit einem Molverhältnis von x=22,2 , y=22,2 und z=55,6, wobei 0,1 bis 10 Gew% Yb, berechnet als Yb₂O₃, enthalten sind.
Um die Cordierit-Keramik zu erhalten, können ein Ausgangsmaterial, das Mg, Al und Si enthält, sowie erforderlichenfalls ein Material, das ein Element der Gruppe 3A des Periodensystems umfaßt, eingesetzt werden. Diese Ausgangsmaterialien können anorganische Verbindungen, wie ein Oxid, ein Carbonat und ein Acetat oder organische Verbindungen, wie organische Metallverbindungen, enthalten, solange diese Materialien durch Brennen die Oxide bilden. Beispielsweise können als Quellen für diese Elemente MgCO₃-Pulver, Al₂O₃-Pulver, SiO₂-Pulver und Yb₂O₃-Pulver benutzt werden. Solche Ausgangspulver können zum Beispiel in vorbestimmten Verhältnissen naß gemischt und dann getrocknet werden, wobei das Gemisch dann bei 1100 bis 1300°C in Luft calciniert und noch pulverisiert wird. Eine geeignete Menge eines Bindemittels wird dem erhaltenen Pulver zugefügt. Dem entstandenen Produkt wird eine bestimmte Form gegeben (die Form des Streifens 2). Das geformte Produkt wird bei einer Temperatur von 1200 bis 1550°C in Luft gebrannt, wobei ein aus der Cordierit-Keramik bestehender Streifen gebildet wird.
Die so erhaltene Cordierit-Keramik enthält Cordierit als Hauptkristallphase. Jedoch können entsprechend der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials noch andere Kristalle, wie Mullit, Spinell, Protoenstatit, Klinoenstatit, Cristobalit, Forsterit, Tridymit, Sapphirin und Yb₂Si₂O₇, als Unterkristallphasen ausgefällt werden. Wenn die Dielektrizitätskonstanten und die Q-Werte der gesinterten Produkte innerhalb der vorgegebenen Bereiche liegen, treten keine Probleme auf, selbst wenn eine solche Unterkristallphase ausgeschieden wird. In der Cordierit-Keramik zur Herstellung eines Streifens können die aus den Ausgangsmaterialien oder aus Malkugeln stammenden Elemente Ca, Ba, Zr, Ni, Fe, Cr, P, Na und Ti als Verunreinigungen enthalten sein. Jedoch ergibt sich daraus kein besonderes Problem, solange die Dielektrizitätskonstanten oder die Q-Werte innerhalb der obigen Bereiche liegen.
Bei dem erfindungsgemäßen NRD-Leiter-Modul, das mit einem Streifen 2 aus einem Dielektrikum mit einer speziellen Dielektrizitätskonstante ausgerüstet ist, kann ein plötzlich gekrümmter Bereich mit einem kleinen Krümmungsradius in dem Streifen 2 ausgebildet sein. Somit besteht eine sehr große Freiheit bei der Schaltkreisgestaltung, und es ergeben sich enorme Vorteile bei der Ausbildung von Schaltkreisen mit kleinen Abmessungen oder im Sinne einer Kostensenkung. Auch kann ein solcher Schaltkreis sehr genau hergestellt werden. Er ist für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen mit einer Frequenz von mindestens 50 GHz sehr wertvoll.
Da bei dem erfindungsgemäßen NRD-Leiter-Modul das den Streifen 2 bildende Dielektrikum eine höhere Dielektrizitätskonstante als der Kunststoff, z. B. das Teflon, aufweist, ist es von Vorteil, daß der Kunststoff kaum zu einer Beeinträchtigung führt. Wenn in der Nähe des Streifens 2 angeordnete Teile, wie eine Einspannvorrichtung als Träger einer Schaltkreisgrundplatte oder der Streifen aus einem solchen Kunststoff hergestellt werden, ergibt sich keine Verschlechterung der Übertragungseigenschaft. In dieser Hinsicht ist man bei der Schaltkreisgestaltung besonders frei. Auch die Verwirklichung kleiner Abmessungen und die Senkung der Kosten sind als hervorragende Ergebnisse anzusehen.
Aufbau des Moduls
Es können verschiedene elektronische Komponenten oder Schaltkreise dem Modul zugeführt werden, das mit einem strahlungsfreien dielektrischen Wellenleiter (NRD-Leiter) versehen ist, der aus einem Streifen 2 hergestellt ist, welcher aus einem Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von 4,5 bis 8 und einem Paar paralleler flacher Leiter 1,1 aufgebaut ist. Die parallelen flachen Leiter 1 werden vorzugsweise als eine Leiterplatte, beispielsweise aus Cu, Al, Fe, korrosionsbeständigem Stahl, Ag, Au und Pt, hergestellt, da diese eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine hervorragende Verarbeitbarkeit haben. Die Leiter 1 können so aufgebaut sein, daß eine aus einem der vorgenannten Metalle bestehende Leiterschicht auf einem isolierenden Substrat ausgebildet ist.
Beispielsweise kann bei der vorliegenden Erfindung eine isolierte Filmschicht an der Oberfläche des parallelen flachen Leiters vorliegen, in dem sich der Streifen 2 befindet. Auf dem isolierten Film können verschiedene elektronische Komponenten vorgesehen sein. 3 zeigt den Grundaufbau des Moduls, auf dem ein solcher isolierter Film vorliegt. 4 zeigt ein spezielles Beispiel hiervon. In diesen Figuren ist der obere parallele flache Leiter 1 zur Verbesserung der Erläuterung weggelassen.
Gemäß 3 ist bei diesem Beispiel der vorliegenden Erfindung an der oberen Oberfläche des parallelen flachen Leiters 1, nämlich an jener Oberfläche, an welcher der Streifen 2 vorliegt, ein isolierter Film vorgesehen. Ein Leitermuster 6 ist auf dem isolierten Film 5 ausgebildet. Ferner sind auf diesem Film 5 verschiedene elektronische Komponenten vorhanden, die mit dem Streifen 2 oder dem Leitermuster 6 verbunden sind. Wie 4 zeigt, ist in dem vorderen Endabschnitt des Streifens 2 ein Oszillator 10 für Hochfrequenzsignale und auf dem weiteren Weg des Streifens 2 eine Eingabe- oder Ausgabevorrichtung 11, ausgerüstet mit einem Halbleiterelement, wie einer Diode, angeordnet. Ferner sind mit dem auf dem isolierenden Film 5 ausgebildeten Leitermuster 6 verschiedene oder zusätzliche elektronische Komponenten 12, wie ein Oszillator für modulierte Signale oder ein integrierter Schaltkreis, verbunden. Da bei einer Ausführungsform mit dem isolierenden Film 5 verschiedene elektronische Komponenten zwischen dem Paar der parallelen flachen Leiter 1,1 untergebracht werden können, kann die Dicke des Moduls klein gehalten werden. Dies ist sehr vorteilhaft, um das Modul in Kartenform zur Verfügung zu stellen. Das ist auch zur Durchführung einer Massenproduktion sehr günstig. Beispielsweise werden bei einem Modul, das mit einem üblichen strahlungsfreien dielektrischen Wellenleiter ausgerüstet ist, die vorgenannten elektronischen Komponenten 12 auf einem isolierten Substrat angeordnet, das an jener Seite befestigt ist, an welcher der Streifen 2 des parallelen flachen Leiters 1 nicht vorgesehen ist. In einem solchen Fall wird die Dicke des Moduls notwendigerweise groß, und das Modul ist nicht problemfrei im Hinblick auf seinen Einbau in Kartenform in einen Computer. Ferner wird an dem parallelen flachen Leiter 1 ein isoliertes Substrat befestigt, und zum Verbinden einer ergänzenden elektronischen Komponente mit einem Oszillator oder einer an den Streifen 2 angeschlossenen Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung ist es notwendig, in dem isolierten Substrat oder dem parallelen flachen Leiter ein Loch vorzusehen. Dementsprechend besteht hier eine Schwierigkeit im Hinblick auf eine Massenproduktion. Dagegen ist ersichtlich, daß die in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen diese Probleme wirksam lösen.
Der isolierte Film 5 kann aus irgendeinem gewünschten Material hergestellt sein, soweit nicht die Durchlässigkeitseigenschaften des NRD-Leiters, bestehend aus dem Streifen 2 und einem Paar paralleler flacher Leiter 1, in größerem Umfang verschlechtert wird. Jedoch soll der isolierte Film 5 im allgemeinen eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 5 oder kleiner sowie eine Dicke von 0,3 mm oder darunter aufweisen. Wenn der isolierte Film 5 aus einem Material gebildet ist, das eine Dielektrizitätskonstante von über 5 oder eine Dicke von über 0,3 mm hat, tritt eine Störung der elektromagnetischen Wellen ein, die durch den dielektrischen Streifen übertragen werden, und es wird eine Reflexion oder Abstrahlung hervorgerufen. Geeignete Materialien für den isolierten Film sind beispielsweise Kunststoffe, wie Polyacetat, Teflon, Cellophan (Cellulosehydrat oder degenerierte Cellulose), Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethylen und Polyethylenterephthalat, sowie Glaspasten und Glas-Keramik-Pasten. Es kann auch laminiertes Papier verwendet werden, das durch Auf laminieren der vorgenannten Kunststoffe auf Papier erhalten worden ist. Diese Filme können unter Verwendung eines Klebstoffs oder eines Klebebandes auf die parallelen flachen Leiter aufgebracht werden, oder der parallele flache Leiter wird mit der Glaspaste oder der Glas-Keramik-Paste beschichtet und das beschichtete Produkt wird dann wärmebehandelt, um den isolierten Film 5 zu bilden.
Der Streifen 2, das Leitermuster 6, der Oszillator 10 und die weiteren elektronischen Komponenten 12 können auf dem Film 5 aufgebracht werden, nachdem dieser auf dem parallelen flachen Leiter 1 vorliegt. Alternativ wird der Streifen 2 auf den Kunststoffilm aufgebracht, und anschließend wird der parallele flache Leiter 1 mit dem Kunststoffilm versehen. Wenn der Streifen 2 oder die elektronischen Komponenten 12 auf dem Kunststoffilm 5 vorliegen, ist es für ein genaues Vorgeben der Position dieser Elemente zweckmäßig, die Einbaustelle auf dem isolierten Film 5 klar zu spezifizieren oder den isolierten Kunststoffilm entsprechend zu bedrucken. Die Dicke des Leitermusters 6, die Qualität seines Materials und das Verfahren zur Herstellung dieses Musters auf dem isolierten Film 5 sind nicht besonders beschränkt. Es ist aber bevorzugt, daß die Dicke des unmittelbar unter dem Streifen 2 vorliegenden Abschnitts auf 0,1 mm oder weniger begrenzt ist. Das Verfahren zum Verbinden der elektronischen Komponenten 12 mit dem Leitermuster 6 ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann das Verbinden unter Einsatz einer elektrisch leitenden Paste, eines elektrisch leitenden Klebstoffs oder eines Lötmittels geschehen. Üblicherweise kann jeder gewünschte Klebstoff benutzt werden, um den Streifen 2 auf dem isolierten Film 5 zu befestigen. Soweit die Durchlässigkeitseigenschaften oder die Festigkeit des Streifens 2 nicht verschlechtert werden, kann irgendein Klebstoff Verwendung finden. Ferner kann der isolierte Film 5 auf der gesamten Oberfläche des parallelen flachen Leiters 1 oder nur auf demjenigen Teil, auf dem die elektronischen Komponenten 12 oder das Leitermuster 6 vorgesehen sind, vorliegen.
Bei dem erfindungsgemäßen Modul kann auf dem Weg des Streifens 2 eine Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung, die mit einem Halbleiterelement, zum Beispiel einer Diode, ausgerüstet ist, vorhanden sein. Dabei kann das Modul verschiedene Funktionen übernehmen, zum Beispiel das Umwandeln von Frequenzen von Signalen, Schaltvorgänge, eine Dämpfung sowie Nachweisvorgänge. Beispielsweise ist in der 4 diese Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung durch die Bezugsnummer 11 dargestellt. Ein Grundaufbau eines NRD-Leiters, in dem eine Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 11 vorgesehen ist, wird in 5 gezeigt, und ein Aufbau eines Musters, der in der Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 11 ausgebildet ist, ist in 6 dargestellt.
Die vorgenannte Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 11 ist aus einem dielektrischen Substrat 15 hergestellt, das auf dem Weg des Streifens 2 dazwischen angeordnet ist. Wie aus 6 klar ersichtlich ist, ist ein Paar Drosselmuster 16, 16 zur Verhinderung eines Verlustes von Hochfrequenzsignalen an einen äußeren Bereich sowie ein Paar Antennenmuster 17, 17 für den Empfang des Hochfrequenzsignals vorgesehen. Das Drosselmuster ist jeweils mit dem Antennenmuster 17, 17 verbunden, und ein Halbleiterelement 18, zum Beispiel eine Diode, ist zwischen den Antennenmustern 17, 17 angeordnet und mit diesen verbunden. Das Antennenmuster 17 ist in einem Bereich angeordnet, der mit dem Streifen 2 bedeckt ist, nämlich in dem Übertragungsweg der Hochfrequenzsignale. Ferner ist ein Eingabe- oder Ausgabeleiter 20 mit dem Dros selmuster 16 verbunden. Der Eingabe- oder Ausgabeleiter 20 erstreckt sich durch ein Loch 21 hindurch nach außen, das in dem parallelen flachen Leiter 1 vorgesehen ist, und ist mit verschiedenen elektronischen Komponenten verbunden. Wenn somit der isolierte Film in der in 4 dargestellten Weise vorgesehen ist, entspricht das Leitermuster 6 dem Eingabe- oder Ausgabeleiter 20, und ein derartiges Loch 21 braucht nicht ausgebildet zu werden.
Wenn die Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 11 vorliegt, tritt insoweit ein Nachteil auf, als die Übertragungseigenschaften verschlechtert werden, weil das dielektrische Substrat 15 in einen Übertragungsdurchgang für Hochfrequenzsignale, nämlich in einem Bereich, in dem elektromagnetische Wellen konzentriert sind, eingesetzt ist. Da ein Teil der Hochfrequenzsignale zur Innenseite des dielektrischen Substrats 15 übertragen wird und verlorengeht, ergibt sich bei den Signalen ein Verlust. Ferner ist es schwierig, das dielektrische Substrat 15 genau anzuordnen, da es eine geringe Dicke und eine große Länge aufweist, und es besteht während der Herstellung oder dem Gebrauch des Moduls das Risiko, daß sich das dielektrische Substrat 15 in seiner Lage verschiebt oder beschädigt wird.
Dagegen können gemäß der vorliegenden Erfindung diese Schwierigkeiten durch Ausbilden des Drosselmusters in der Eingabe- oder Ausgabevorrichtung 11 an dem parallelen flachen Leiter 1 umgangen werden. Dieses Beispiel wird durch 7 erläutert. In dieser Figur ist, wie in 5, der obere parallele flache Leiter 1 weggelassen.
Bei dem Modul gemäß 7 ist ein dielektrisches Substrat 25, das im wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie der Streifen 2 aufweist, auf dem Weg des Streifens 2 eingesetzt. Ferner ist ein Paar Antennenmuster 26, 26 auf der Oberfläche des dielektrischen Substrats 25 (einer Oberfläche entsprechend einem senkrechten Schnitt des Streifens 2) ausgebildet. Ein Halbleiterelement 27 ist dazwischen mit den beiden Antennenmustern 26, 26 verbunden. Zusätzlich wurde auf dem parallelen flachen Leiter 1 eine isolierte Schicht 28 hergestellt, und auf dieser Schicht 28 wurde ein Drosselmuster 29 ausgebildet. Das Drosselmuster 29 ist mit dem Antennenmuster 26 über eine Elektrode 30 verbunden. Das Drosselmuster 29 ist auch mit dem Leiter bzw. der Leitung 20 verbunden, der bzw. die sich nach außen durch das Loch 21 hindurch erstreckt, das in der gleichen Weise, wie es in dem Beispiel in der 5 dargestellt ist, in dem parallelen flachen Leiter 1 vorgesehen ist. Der Eingabe- oder Ausgabeleiter 20 ist mit verschiedenen elektronischen Komponenten verbunden.
Gemäß einem solchen Aufbau ist das Drosselmuster 29 nicht an einem senkrechten Schnitt des Streifens 2 ausgebildet, an dem die elektromagnetischen Wellen konzentriert sind. Deshalb beeinträchtigt dieses Drosselmuster 29 nicht die Hochfrequenzsignale, die durch den Streifen 2 hindurchgeschickt werden, sondern kann die Übertragungseigenschaften für Hochfrequenzsignale verbessern. Da das dielektrische Substrat 25 die gleiche Größe wie der vertikale Schnitt des Streifens 2 aufweisen kann, ist der Einbau des Substrats leicht, wird eine hohe Genauigkeit der Position erreicht und tritt während der Herstellung oder des Gebrauchs des Moduls keine Verschiebung der Position oder Beschädigung auf.
Das dielektrische Substrat 25 besteht vorzugsweise aus dem gleichen dielektrischen Material wie der Streifen 2. Die isolierte Schicht 28 kann aus dem gleichen isolierenden Material hergestellt sein, aus dem der isolierte Film 5 gemäß dem Beispiel entsprechend 5 besteht. Dieses isolierende Material weist eine Dicke von etwa 10 bis etwa 200 μm auf. Die isolierte Schicht 28 kann auf dem parallelen flachen Leiter 1 durch beispielsweise ein Zerstäubungsverfahren, ein Verdampfungsverfahren im Vakuum, ein Druckverfahren oder ein Tauchverfahren hergestellt werden. Der isolierte Film kann durch Einsatz eines Klebstoffs oder eines Klebebands erhalten werden. Als Halbleiterelement 27 können beispielsweise eine Hochfrequenzdiode, eine Strahldiode, eine IMPATT-Diode, eine Diode mit variabler Kapazität, eine Schottky-Diode, eine Reaktanzdiode und eine PIN-Diode genannt werden. Jedoch sind die im Rahmen der Erfindung eingesetzten Halbleiterelemente auf diese Beispiele nicht beschränkt. Auch können weitere elektronische Komponenten mit bestimmten Funktionen eingesetzt werden, zum Beispiel ein Induktor, ein Kondensator und ein Transistor.
Das Antennenmuster 26 und das Drosselmuster 29 sind vorzugsweise aus Au, Cu oder Al, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, hergestellt. Ferner können diese Muster 26, 29 auf dem dielektrischen Substrat 25 ausgebildet sein oder die isolierte Schicht 28 kann durch Anwendung eines Verdampfungsverfahrens im Vakuum entstanden sein. Auch können sie durch Aufkleben einer dünnen Metallplatte, die in bestimmter Weise geformt worden ist, erhalten worden sein. Die Eingabe- oder Ausgabevorrichtung wird grundsätzlich für den Nachweis oder das Modulieren von Frequenzsignalen benutzt. Sie kann aber auch für das Aussenden von Hochfrequenzsignalen oder anderen Signalen eingesetzt werden. Wenn sie für das Modulieren von Hochfrequenzsignalen verwendet wird, ist es nötig, eine Speiseleitung für das Eingeben von Modulationssignalen mit dem Antennenmuster 26 zu verbinden. Modulationssignale können durch das Drosselmuster 29 in das Antennenmuster 26 eingegeben werden. Bei einem Beispiel, das in 7 dargestellt wird, ist das Drosselmuster 29 vorzugsweise derart ausgebildet, daß bei dem Muster der Zwischenraum auf 1/4 λ der Drossel eingestellt ist, was durch Vorschreiben eines Viertels der Wellenlänge des Hochfrequenzsignals erhalten wurde. Ein solches Drosselmuster ist zu einem Induktor (Drosselspule) äquivalent, der ein Hochfrequenzsignal ausschließt, und kann einen Verlust des Hochfrequenzsignals nach außen wirksam verhindern.
Eine Elektrode 30 kann durch Erstrecken des Antennenmusters 26 bis zum unteren Bereich des dielektrischen Substrats 25 oder durch Vorsehen einer anderen Elektrode in dem unteren Bereich des dielektrischen Substrats 25 ausgebildet sein. Diese Elektrode 30 kann mit einem Lötmittel oder einem elektrisch leitfähigen Klebstoff mit dem Drosselmuster 29 verbunden sein.
Das Eingeben oder Ausgeben der Signale, wie eines Modulationssignals, von dem Drosselmuster 29 aus kann durch den Eingabe- oder Ausgabeleiter 20 hindurch erfolgen. Das Loch 21, durch das der Leiter 20 hindurchgeführt ist, ist in seiner Innenseite mit einem Isoliermaterial gefüllt, oder die Innenwand des Lochs 21 ist mit dem Isoliermaterial beschichtet, wodurch eine Leitfähigkeit zwischen dem Leiter 20 und dem parallelen flachen Leiter 1 verhindert wird. Selbstverständlich kann der Eingabe- oder Ausgabeleiter 20 von einem Isolationsrohr umgeben oder in entsprechender Weise beschichtet sein. Wenn, wie im Beispiel gemäß 4, der isolierte Film 5 auf dem parallelen flachen Leiter 1 vorgesehen ist, kann ein solcher Eingabe- oder Ausgabeleiter 20 durch ein Leitermuster 6 ersetzt werden. In diesem Fall braucht man dann kein Loch 21 vorsehen.
7 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Drosselmuster in der Vorrichtung 11 an dem parallelen flachen Leiter 1 getrennt von dem Antennenmuster angeordnet ist. Jedoch können dieses Antennenmuster und das Drosselmuster in dem dielektrischen Substrat eingebaut sein. 8 zeigt einen Grundaufbau eines Moduls, das mit einer Eingabe- oder Ausgabevorrichtung (dargestellt durch die Bezugsnummer 40) ausgerüstet ist. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Eingabe- oder Ausgabevorrichtung 40 in zerlegter Form. In 8 ist der obere parallele flache Leiter 1 weggelassen.
Wie aus den 8 und 9 ersehen werden kann, ist die Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 40 mit einem Paar dielektrischer Substrate 45 und 46 ausgerüstet und dazwischen sind ein Paar Antennenmuster 47, 47, ein Paar Drosselmuster 48, 48 und ein Halbleiterelement 49 angeordnet. Jedes Drosselmuster 48 ist mit den Antennenmustern 47, 47 verbunden. Eine Oberflächenelektrode 50, die auf dem dielektrischen Substrat 45 oder 46 ausgebildet ist, ist mit dem Drosselmuster 48 verbunden (in der 8 ist die Oberflächenelektrode 50 auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 46 angeordnet). Ferner befindet sich an einem dielektrischen Substrat 45 ein konkaver Abschnitt 51 zur Anpassung an ein Halbleiterelement. In diesem Abschnitt kann das Halbleiterelement 49 angeordnet werden. Natürlich kann dieser konkave Abschnitt 51 an dem anderen dielektrischen Substrat 46 oder an beiden dielektrischen Substraten 45 und 46 ausgebildet sein. Durch Anordnen des Halbleiterelements 49 an diesem konkaven Abschnitt 51 ist es möglich, die dielektrischen Substrate 45 und 46 gut aneinander haften zu lassen. Somit wird die Festigkeit der Anordnung 40 erhöht, und ihre Dicke kann geringer bemessen sein.
In der gleichen Weise wie 7 kann ein geeigneter Eingabe- oder Ausgabeleiter (nicht dargestellt) mit der Oberflächenelektrode 50 verbunden sein. Dieser Leiter ist nach außen durch ein Loch verlängert, das in dem parallelen flachen Leiter 1 vorliegt, und ist mit verschiedenen elektronischen Komponenten oder Schaltkreisen verbunden. Wie in 5 kann dann, wenn der isolierte Film auf dem parallelen flachen Leiter 1 vorgesehen ist, die Oberflächenelektrode 50 direkt mit dem auf dem Film gebildeten Leitermuster verbunden sein.
Da bei dem Modul, das mit der Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 40 ausgerüstet ist, die Antenne, das Drosselmuster und das Halbleiterelement durch das dielektrische Substrat geschützt sind, können während der Herstellung oder des Gebrauchs des Moduls Probleme wegen einer Beschädigung dieser Teile wirksam verhindert werden. Da bei der bekannten Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung das Halbleiterelement an der Oberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist, wie in den 5 und 6 erläutert ist, wird in einem Abschnitt, der mit dem Streifen 2 verbunden ist, ein Zwischenraum gebildet, welcher der Dicke des Halbleiterelements entspricht. Dementsprechend ergibt sich das Problem, daß aufgrund einer nichtpassenden Impedanz leicht eine Reflexion des Hochfrequenzsignals eintritt. Wenn die in den 8 und 9 gezeigte Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 40 verwendet wird, ist eine passende Impedanz leicht zu erreichen, weil ein zugeordneter Abschnitt zwischen dem Streifen 2 und dem dielektrischen Substrat flach ist. Ein wesentlicher Vorteil wird dadurch erreicht, daß die Bandbreite eines Hochfrequenzsignals mit guten Übertragungseigenschaften verbreitert wird. Ferner kann die Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 40 an einer vorgegebenen Position stabil und mit guter Genauigkeit angeordnet sowie ein Verschieben der Position wirksam verhindert werden, weil die Verbindung mit dem Streifen 2 in einer flachen Oberfläche gegeben ist.
In den 8 und 9 können das Antennenmuster 47 und das Drosselmuster 48 in der gleichen Weise, wie es in dem Beispiel gemäß 7 erläutert ist, ausgebildet sein. Die Oberflächenelektrode 50 kann durch Verlängern des Drosselmusters 48 oder durch Vorsehen einer getrennten Elektrode sowie durch Verbinden dieser Teile mit dem Drosselmuster 48 unter Verwendung eines Lötmittels oder eines elektrisch leitenden Klebstoffs hergestellt sein.
In den oben erwähnten verschiedenen Arten von Modulen kann ein Absorber für elektromagnetische Wellen zum Dämpfen oder Auslöschen einer elektromagnetischen Welle auf dem Weg des Streifens 2 oder in einem Endabschnitt zur Verfügung gestellt werden. Die elektromagnetische Welle kann einer Reflexion in dem Endabschnitt des Streifens unterliegen. Wenn aber eine solche Reflexion eintritt, wird die Hochfrequenzvorrichtung beeinträchtigt, und die Eingabesignalwelle und eine Reflexionssignalwelle überlagern sich und bilden eine stehende Welle. Um eine solche Reflexion zu unterdrücken, kann in einem Endabschnitt des Streifens 2 ein Terminator eingebaut sein, der mit einem Absorber für elektromagnetische Wellen ausgerüstet ist. Ferner kann in einem geeigneten Abschnitt auf dem Weg des Streifens 2 ein Dämpfer mit einem Absorber für elektromagnetische Wellen vorgesehen sein, um die Hochfrequenzvorrichtung zu schützen. Somit kann die Eingabesignalenergie abgeschwächt werden. 10 zeigt einen Grundaufbau eines Moduls mit einem Streifen, der mit einem solchen Terminator und einem solchen Dämpfer ausgerüstet ist. Der Aufbau des Terminators wird in 11a und der Aufbau des Dämpfers in 11b erläutert. Bei dem Modul gemäß 10 sind sowohl ein Dämpfer als auch ein Terminator an dem Streifen 2 vorgesehen. Es kann aber auch nur ein Dämpfer oder nur ein Terminator benutzt werden. In der 10 wurde der obere parallele flache Leiter 1 weggelassen.
Wie aus diesen Figuren klar ersichtlich ist, ist in dem Terminator 60, der am Ende des Streifens 2 vorgesehen ist, und im Dämpfer 61, der auf dem Weg des Streifens 2 vorgesehen ist, ein Absorber 65 für elektromagnetische Wellen sandwichartig zwischen den dielektrischen Teilen 63, 63, welche den Streifen bilden, angeordnet. Dieser Absorber 65 für elektromagnetische Wellen ist in der Dickenrichtung des Streifens 2 in einer zentralen Position vorgesehen, weil in dieser Position das stärkste elektrische Feld in der Querrichtung herrscht. Es wird angenommen, daß durch Anordnen des Absor bers 65 für elektromagnetische Wellen in diesem Abschnitt eine elektromagnetische Welle äußerst wirksam gedämpft oder ausgelöscht werden kann. Außerdem sind in dem obigen Absorber 65 für elektromagnetische Wellen in einem Endabschnitt in dem Terminator 60 entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung X der elektromagnetischen Welle und in beiden Endabschnitten in dem Dämpfer 61 entlang dieser Ausbreitungsrichtung X Nuten 66 ausgebildet. Diese Nuten dienen zur Anpassung der Impedanzen der Vorrichtung und des Streifens 2.
Der Terminator 60 und der Dämpfer 61, die mit dem Absorber 65 für elektromagnetische Wellen ausgerüstet sind, werden im allgemeinen eingesetzt. Jedoch können diese Vorrichtungen keine ausreichenden Eigenschaften zum Dämpfen oder Auslöschen der elektromagnetischen Welle aufweisen. Wenn beispielsweise der genannte Terminator 60 verwendet wird, soll die Länge des Absorbers 65 für die elektromagnetischen Wellen auf etwa 20 mm eingestellt werden, um die elektromagnetische Welle vollständig auszulöschen und eine Reflexion zu verhindern. Diese Tatsache hat einen negativen Einfluß auf das Ausbilden des Moduls mit kleinen Abmessungen. Außerdem kann leicht ein Verschieben der Position oder eine Beschädigung der Vorrichtung eintreten, da sie gesondert hergestellt werden muß und an dem Streifen 2 zu befestigen ist. Als Ergebnis sehr intensiver Untersuchungen mit einer solchen Vorrichtung wurde gefunden, daß das vorgenannte Problem dadurch gelöst werden kann, daß auf der Seite des Streifens 2 ein Absorber für elektromagnetische Wellen vorgesehen wird.
12 zeigt einen Grundaufbau eines Moduls mit einem Streifen, der an seiner Seite mit einem Absorber für elektromagnetische Wellen ausgestattet ist.
13a zeigt eine vergrößerte Darstellung eines dämpfenden Abschnitts des Streifens, und aus 13b ist eine Explosionsdarstellung dieses Abschnitts ersichtlich. 14a zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Endabschnitts des Streifens, und 14b ist eine Explosionsdarstellung dieses Abschnitts.
In diesen Figuren sind Absorber 71 für elektromagnetische Wellen an vier Stellen vorgesehen, bei denen es sich um die oberen und die unteren Enden an den Seitenoberflächen eines Dämpfungsabschnitts 70 auf dem Weg des Streifens 2 handelt. Die Absorber 71 für elektromagnetische Wellen befinden sich in beiden Seitenoberflächen des Streifens 2. Es ist in manchen Fällen auch möglich, die Absorber 71 auch nur an einer Seite auszubilden. Der Absorber kann auch nur am oberen Endabschnitt oder am unteren Endabschnitt vorgesehen sein. Gemäß einer solchen Ausführungsform können elektromagnetische Wellen mit großer Wirksamkeit gedämpft oder ausgelöscht werden, verglichen mit dem Fall, in dem der Dämpfer oder der Terminator gemäß den 10 und 11 verwendet werden. Wenn die Verteilung des elektromagnetischen Feldes des NRD-Leiters geprüft wurde, zeigte es sich, daß am oberen Ende und am unteren Ende in den Seiten des Streifens 2 ein Bereich mit einem starken elektrischen Feld in senkrechter Richtung existiert.
Somit ist es durch Vorsehen eines Absorbers für elektromagnetische Wellen in diesem Abschnitt möglich, elektromagnetische Wellen mit einer guten Wirksamkeit zu dämpfen oder auszulöschen. Ferner kann gemäß dieser Ausführungsform der Absorber 71 für elektromagnetische Wellen sehr einfach durch ein Klebeverfahren oder ein Verdampfungsverfahren im Vakuum unter Einsatz eines Klebstoffs auf der Seitenoberfläche des Streifens 2 angebracht werden. Wie durch das Beispiel gemäß der 10 oder 11 gezeigt wird, ist es nicht nötig, getrennt von dem Streifen 2 einen Dämpfer oder Terminator herzustellen, was hinsichtlich der Produktivität von Vorteil ist. Der Absorber für elektromagnetische Wellen wird stabil in einer vorgegebenen Position gehalten, und es gibt kein Problem, zum Beispiel ein Verschieben der Position. Darüber hinaus arbeitet diese Technik äußerst zuverlässig.
Vorzugsweise wird in einem Endabschnitt auf der Seite des Einfalls der elektromagnetischen Welle in dem Absorber 71 für elektromagnetische Wellen ein kegelförmig verlaufender Abschnitt 71a mit einer allmählich zunehmenden Breite in der Ausbreitungsrichtung X der elektromagnetischen Welle ausgebildet. Durch ein Verbinden dieses kegelförmigen Bereichs 71 wird ein gürtelartiger Bereich 71b mit einer konstanten Breite erhalten. Ferner ist es bevorzugt, daß in dem Absorber 71 für elektromagnetische Wellen, der in dem Dämpferabschnitt 70 vorgesehen ist, ein kegelförmig verlaufender Abschnitt 71c mit einer allmählich kleiner werdenden Breite in der Ausbreitungsrichtung X der elektromagnetischen Welle ausgebildet ist, und zwar in einem Endabschnitt auf der Seite des Austritts der elektromagnetischen Welle. Durch Verwenden einer solchen Form des Absorbers 71 für elektromagnetische Wellen ist es möglich, die Eigenschaften für das Dämpfen und Löschen eines Hochfrequenzsignals bis zu einem Höchstmaß zu verbessern. Die Breite des gürtelartigen Bereichs 71b des Absorbers 71 für elektromagnetische Wellen ist hinsichtlich der Größe nicht beschränkt, solange die Reflexion des Signals oder die Änderung des Modus nicht zunimmt. Jedoch kann im Hinblick auf das Erreichen guter Eigenschaften der Dämpfung und der Reflexionsverhinderung die Größe auf etwa 10 bis 40% der Höhe (entsprechend dem Zwischenraum zwischen den parallelen flachen Leitern 1,1) des Streifens 2 eingestellt werden. Die Länge des Absorbers 71 für elektromagnetische Wellen ist vorgegeben, so daß die gewünschten Dämpfungs- oder Auslöschungseigenschaften erhalten werden können. Wie oben erwähnt, kann gemäß dieser Ausführungsform eine kurze Länge des Absorbers 71 für elektromagnetische Wellen eine ausreichende Dämpfung und ein ausreichendes Beenden ergeben. Der oben erwähnte, an der Seite des Streifens 2 vorgesehene elektromagnetische Absorber 71 für elektromagnetische Wellen kann auch auf der Seitenoberfläche des Terminators oder des Dämpfers, wie in den 10 und 11 dargestellt ist, angebracht werden.
In den vorgenannten Beispielen können die Absorber 65 und 71 für elektromagnetische Wellen aus irgendwelchen gewünschten beständigen Materialien oder Wellenabsorbermaterialien hergestellt werden. Um gute Dämpfungseigenschaften zu erhalten, kann eine Nickel-Chrom-Legierung oder Kohlenstoff als beständiges Material eingesetzt werden. Die Materialien für Absorber für elektromagnetische Wellen sind beispielsweise Permalloy und Sendust.
In Modulen mit verschiedenem Aufbau, die mit dem NRD-Leiter ausgerüstet sind, können durch Anordnen mehrerer benachbarter Streifen Signale, die durch den Streifen hindurchgeführt werden, geteilt und gekoppelt werden. Der gekoppelte Rufbau (er kann einfach als "Koppler" bezeichnet werden) kann in Strukturen aufgeteilt werden, wie sie in den 15 und 16 dargestellt sind.
In 15 ist einem ersten linearen Streifen 80 ein zweiter linearer Streifen 81 mit einem Zwischenraum L zugeordnet. In diesem Koppler sind die Streifen 80 und 81 symmetrisch angeordnet. In diesem Fall können der erste Streifen 80 und der zweite Streifen 81 eine gekrümmte Gestalt mit jeweils gleichem Krümmungsradius aufweisen.
In 16 befindet sich ein erster linearer Streifen 80 neben einem zweiten gekrümmten Streifen 81 mit einem Krümmungsradius R. Der zweite Streifen 81 ist dem ersten Streifen 80 in dem gekrümmten Abschnitt am nächsten. Der Zwischenraum zwischen beiden ist mit L bezeichnet. In diesem Koppler sind die Streifen 80 und 81 asymmetrisch angeordnet. In diesem Fall kann der erste Streifen einen gekrümmten Abschnitt mit einem Krümmungsradius aufweisen, der viel größer ist als der vorgenannte Krümmungsradius R.
In den in den 15 und 16 dargestellten Kopplern wird ein Teil eines Hochfrequenzsignals (einer elektromagnetischen welle), das an einer Stelle a des ersten Streifens 80 einfällt, direkt durch einen anschließenden Abschnitt hindurchgeschickt und tritt an einer Stelle b aus. Der Rest wird an dem vorgenannten anschließenden Abschnitt elektromagnetisch an den zweiten Streifen 81 gekoppelt und tritt an einer Stelle c aus. Die elektromagnetische Welle, welche an einer Stelle d des zweiten Streifens 81 einfällt, wird in gleicher weise, wie oben beschrieben, geteilt und tritt an der Stelle b und der Stelle c aus. Wenn elektromagnetische Wellen gleichzeitig an der Stelle a und der Stelle d einfallen, werden die geteilten elektromagnetischen Wellen gemischt und treten an der Stelle b und der Stelle c aus. In diesen Fällen können die Anteile (kann das Aufteilungsverhältnis) der elektromagnetischen Wellen, die aus der Stelle b und der Stelle c austreten, im allgemeinen durch Verändern des Zwischenraums L zwischen den beiden Streifen 80 und 81 eingestellt werden.
Wenn ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz von 60 GHz, das an der Stelle a einfällt, zur Stelle b und zur Stelle c aufgeteilt wird, wird die Beziehung zwischen der Frequenz und der Durchlässigkeit durch Berechnung unter Berücksichtigung der üblicherweise eingesetzten symmetrischen Koppler bestimmt. Diese Beziehung ist vorgegeben, wie 17 zeigt. Bei einem asymmetrischen Koppler ist die Beziehung vorgegeben, wie 18 zeigt. In den 17 und 18 bedeutet Sba eine Durchlässigkeitskurve eines Hochfrequenzsignals, das an der Stelle b austritt, und Sca eine Durchlässigkeitskurve eines Hochfrequenzsignals, das aus der Stelle c austritt.
Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, sind Koppler vorgegeben, so daß sich die Kurven Sba und Sca bei der Frequenz von 60 GHz kreuzen können. Im Falle eines asymmetrischen Kopplers ist die Durchlässigkeit an der Stelle c kleiner als im Falle des symmetrischen Kopplers, und außerdem wird der Schnittpunkt zwischen den vorgenannten Kurven zu einer niedrigeren Frequenz verschoben. Da im Falle asymmetrischer Koppler zwei benachbarte Streifen asymmetrisch sind, ergibt sich ein Problem daraus, daß ein Hochfrequenzsignal nicht mit einer berechneten Durchlässigkeit aus der Stelle c austritt. Im Hinblick darauf wurde in einem üblichen Modul ein symmetrischer Koppler eingesetzt, der speziell in 15 dargestellt ist. Wenn ein Streifen die Gestalt einer geraden Linie und der andere Streifen eine gekrümmte Gestalt aufweist, werden die Koppler derart ausgebildet, daß der Krümmungsradius des gekrümmten Streifens möglichst groß ist und sich die Symmetrie der Streifen erhöht.
Da bei den gegenwärtig eingesetzten Kopplern die Gestaltungsfreiheit sehr klein ist, wurde dies zu einem großen Hindernis bei der Herstellung von Modulen mit kleinen Abmessungen. Auch ist aufgrund der 17 zu verstehen, daß bei der Verwendung symmetrischer Koppler die Durchlässigkeit in der Nachbarschaft der Frequenz des benutzten Signals stark variiert. Das heißt, wenn die Frequenz von 60 GHz etwas verändert wird, ändert sich die Durchlässigkeit stark. Deshalb ist die Bandbreite der angewandten Frequenz bei bekannten Kopplern extrem klein und liegt beispielsweise bei etwa 1 GHz. In eingesetzten Kommunikationsanlagen, die eine große Bandbreite der Frequenz benötigen, ist es schwierig, solche Koppler einzusetzen. Wenn der Zwischenraum L zwischen den Streifen 80 und 81 variiert, verändert sich die Durchlässigkeit stark. Somit ist es nötig, den Zwischenraum zwischen diesen Streifen streng vorzugeben. Dies beeinträchtigt in erheblichem Ausmaß eine Steigerung der Massenproduktion der Module.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß die vorgenannten Probleme wirksam vermieden werden können, wenn die Streifen 80 und 81 derart gestaltet sind, daß dann, wenn Kurven, die durch Auftragen der Durchlässigkeit gegen die Frequenz eines Signals bezüglich der benachbarten Streifen 80 und 81 hergestellt werden, jede Kurve bei einer Frequenz eines verwendeten Signals einen Extremwert haben kann. Hierzu wird auf 19 verwiesen, welche die Ergebnisse des Berechnens der Beziehung zwischen der Frequenz und der Durchlässigkeit bezüglich der Streifen 80 und 81 aufzeigt. In. der 19 zeigt sowohl die Kurve Sba als auch die Kurve Sca einen Extremwert bei einer Frequenz von 60 GHz (die Kurve Sba hat einen Minimalwert und die Kurve Sca einen Maximalwert). Wenn Koppler verwendet werden, die in der obigen Weise ausgestaltet sind, ist die Neigung der Durchlässigkeitskurve in der Nachbarschaft einer verwendeten Frequenz (60 GHz) sehr klein. Somit wird der gürtelartige Bereich, der eine kleine Schwankung in der Durchlässigkeit aufweist, verbreitert. Daher wird die Bandbreite der Frequenz groß, und es ist möglich, solche Koppler mit guter Wirkung in Anlagen einzusetzen, die eine große Frequenzbandbreite benötigen, wie es in der Kommunikation der Fall ist. Da der gürtelartige Bereich, der eine kleine Schwankung in der Durchlässigkeit aufweist, breit ist, selbst wenn sich der Zwischenraum L zwischen den Streifen 80 und 81 etwas ändert, variiert die Durchlässigkeit nicht sehr, und die Signale können in einem vorgegebenen Verhältnis geteilt und gekoppelt werden.
Somit steigt im Ergebnis die Massenproduktivität der Module. Wie 19 zeigt, ist es bevorzugt, daß die Extremwerte der zwei Durchlässigkeitskurven bei den angewandten Frequenzen auf denselben Wert eingestellt werden, wobei der 3-dB-Koppler erhalten wird, indem Signale gleich geteilt werden.
Die Durchlässigkeit und die Frequenz bei den Extremwerten der Durchlässigkeitskurven hängen vom Krümmungsradius des benach barten Abschnitts der Streifen 80 und 81, vom Zwischenraum L zwischen den Streifen 80 und 81, von der Breite und Höhe der Streifen 80 und 81 sowie von der Dielektrizitätskonstante ab. Somit wird eine Durchlässigkeitskurve experimentell oder durch Rechnung entsprechend der gewünschten Frequenz ermittelt, und diese Werte (der Krümmungsradius, die Breite und Höhe, die Dielektrizitätskonstante und der Zwischenraum) der Streifen sollen derart vorgegeben werden, daß die obigen Bedingungen erfüllt sind. Wenn beispielsweise das Hochfrequenzsignal an der Stelle a einfällt und der Krümmungsradius R in dem benachbarten Bereich des zweiten Streifens 81 zunimmt, nimmt der Minimalwert der Durchlässigkeit zur Stelle b zu und der Maximalwert der Durchlässigkeit zur Stelle c ab. Wenn die Differenz zwischen den Krümmungsradien in den benachbarten Bereichen der zwei Streifen größer wird, wird der Extremwert der Durchlässigkeit zur Stelle b kleiner.
Dementsprechend kann bei dieser Ausführungsform der erste Streifen 80 linear sein und der zweite Streifen 81 kann eine gekrümmte Gestalt aufweisen, bei welcher der Krümmungsradius des benachbarten Abschnitts klein ist. Dadurch wird die Freiheit im Aufbau des Kopplers wesentlich erhöht, und dies ist bei der Gestaltung von Modulen mit kleinen Abmessungen äußerst vorteilhaft.
Bei einem solchen Aufbau der Koppler sollen bei praktischen Anwendungen die Dielektrizitätskonstanten der Streifen 80 und 81 vorzugsweise mindestens 4, insbesondere 4,5 bis 10, betragen. Dementsprechend ist ein solcher Koppler optimal, wenn der vorgenannte Streifen aus einem Dielektrikum eine Dielektrizitätskonstante von 4,5 bis 8, insbesondere von 4,5 bis 6, aufweist. Wenn ein Streifen mit einer solchen Dielektrizitätskonstante benutzt wird, soll der Krümmungsradius R des zweiten Streifens 81 vorzugsweise auf nicht mehr als 8 mm eingestellt werden. Der erste Streifen 80 kann einen gekrümmten Aufbau haben, wenn die Bedingungen, welche sich auf die obige Durchlässigkeitskurve beziehen, eingehalten werden, aber er kann im allgemeinen eine lineare Gestalt aufweisen. Wenn zum Beispiel ein Streifen mit einer Höhe von 2,25 mm, einer Breite von 1,0 mm und einer Dielektrizitätskonstante von 5 verwendet wird, wobei der erste Streifen 80 linear ist, und der Kurvenradius R an dem benachbarten Bereich des zweiten Streifens 81 auf etwa 4 mm eingestellt wird, kann ein 3-dB-Koppler erhalten werden, bei dem die Durchlässigkeiten an der Stelle b und der Stelle c bei 60 GHz gleich sind.
Selbstverständlich können in solchen Kopplern die Streifen 80 und 81 aus einem Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von weniger als 4, insbesondere von 2 bis 3, hergestellt werden. In diesem Fall soll der Krümmungsradius R an einem benachbarten Bereich des zweiten Streifens 81 auf nicht mehr als 12 mm eingestellt werden. Insbesondere ist der erste Streifen vorzugsweise linear.
Wie oben erläutert, kann das erfindungsgemäße Modul, das mit einem NRD-Leiter ausgerüstet ist, der aus einem Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante innerhalb eines festgelegten Bereichs hergestellt ist, verschiedene Aufbauten haben.
Ein Beispiel für den Einsatz des NRD-Leiter-Moduls als Sender-Empfänger für Millimeterwellen wird an Hand der 31 erläutert.
In dem Modul gemäß der 31 oszilliert eine Millimeterwelle an einer Gunn-Diode (Millimeterwellenoszillator) B, die am vorderen Ende des dielektrischen Streifens A angeordnet ist. Ein Teil der Millimeterwelle wird durch einen Koppler C1 in lokale Wellen geteilt. Die restliche Welle wird durch einen Zirkulator D in eine Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung E eingegeben, durch diese Vorrichtung E moduliert und beispielsweise auf ein vorausfahrendes Kraftfahrzeug abgestrahlt. Um die Gunn-Diode B vor der Reflexion der Millime terwelle, welche durch die Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung E verursacht wird, zu schützen, wird die reflektierte Welle durch den Zirkulator D zu einem Terminator F umgeleitet.
Eine erhaltene Welle, die von dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug reflektiert wird, breitet sich durch den dielektrischen Streifen A aus. Die erhaltene Welle und die lokale Welle werden an dem Koppler C2 kombiniert und dann der Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung E zugeführt, die sich am Ende des dielektrischen Streifens A bzw. am Koppler C2 befindet. Die entsprechenden Signale werden von der Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung E abgegeben. Der Terminator F ist beispielsweise an einem Endabschnitt des Kopplers C1 vorgesehen.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Versuchsbeispiel 1
Zunächst wurde eine Cordierit-Keramik hergestellt, die als dielektrischer Streifen verwendet wurde.
Als Ausgangspulver wurden MgCO₃ mit einer Reinheit von 99%, Al₂O₃ mit einer Reinheit von 99,7%, SiO₂ mit einer Reinheit von 99,4% und Re₂O₃ (Re = Element der Gruppe 3A) mit einer Reinheit von 99,9% derart abgewogen, daß das gesinterte Produkt eine Zusammensetzung aufwies, wie sie in den Tabellen I und II angegeben ist. Die Ausgangspulver wurden 15 Stunden naß gemischt und dann getrocknet. Das Gemisch wurde in Luft 2 Stunden bei 1200°C calciniert und anschließend pulverisiert. Eine geeignete Menge eines Bindemittels wurde dem Gemisch zum Granulieren zugegeben. Dieses wurde unter einem Druck von 1000 kg/cm² geformt, um ein geformtes Produkt mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Dicke von 8 mm zu erhalten. Das geformte Produkt wurde in Luft 2 Stunden bei einer Tempe ratur von 1200 bis 1550°C gebrannt, um ein Porzellan herzustellen. Dieses wurde dann poliert, um eine Probe aus dielektrischem Porzellan mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 2,25 mm zu erhalten.
Mit dieser Probe wurde die Dielektrizitätskonstante bei einer Frequenz von 60 GHz und der Q-Wert unter Anwendung des Verfahrens mit einem dielektrischen Resonator gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen I und II angegeben.
Es wurde eine Keramikplatte ausgeschnitten und ein dielektrischer Streifen mit einem gekrümmten Abschnitt mit einem Radius von 3,9 mm und 90° hergestellt. Unter Einsatz des dielektrischen Streifens und Kupferplatten, deren Oberflächen einem Oberflächenpolierverfahren unterworfen worden waren, als parallele flache Leiter wurde ein strahlungsfreier dielektrischer Wellenleiter (NRD-Leiter) hergestellt, wie ihn 2 zeigt. Bezüglich der Streuungseigenschaften im LSM-Modus und im LSE-Modus, bestimmt mit Hilfe der Dielektritätskonstanten und der Gestalt des dielektrischen Streifens, wurde die Differenz zwischen den Streuungskurven der beiden Modi bei β/β_o = 0 gemessen. (β ist die Ausbreitungskonstante in einem dielektrischen Streifen und β_o ist die Ausbreitungskonstante im Vakuum). Die Ergebnisse sind gleichfalls in den Tabellen I und II aufgeführt.
Gemäß Tabelle I weist die Cordierit-Keramik der vorliegenden Erfindung eine Dielektrizitätskonstante von 4,7 bis 7,9 sowie bei einer Frequenz von 60 GHz einen hohen Q-Wert von mindestens 510, insbesondere von mindestens 1000, auf. Es ist ersichtlich, daß der Bereich der Brenntemperatur mit zunehmendem Gehalt an Yb erweitert wurde.
Es ist auch zu erkennen, daß bezüglich der Streuungseigenschaften des LSM-Modus und des LSE-Modus die Streuungskurven der beiden Modi durch mindestens 13 GHz bei β/β_o = 0 voneinander getrennt sind.
Die Frequenzabhängigkeit des Durchlässigkeitsverlustes des NRD-Leiters, der unter Verwendung der Keramiken der Probe Nr. 12 in der Tabelle I hergestellt worden ist, zeigt 20. Die Einfügungsdämpfung war nicht größer als 1 dB über eine Frequenz von mehreren GHz in einem stark gekrümmten Abschnitt mit einem Radius von 3,9 mm.
Bezüglich des NRD-Leiters unter Verwendung der Keramiken des Beispiels 12 zeigt 21 Dispersionskurven des LSM-Modus und des LSE-Modus. Für Vergleichszwecke zeigt 22 für einen NRD-Leiter, bei dem der Streifen unter Einsatz von Teflon mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,1 hergestellt worden ist, die gleiche Streuungskurve. Es ist aus der Streuungskurve in 21 und der Vergleichskurve in 22 unter Verwendung von Teflon ersichtlich, daß die Streuungskurven der beiden Modi durch 13 GHz bei β/β_o sehr deutlich voneinander getrennt sind. Aus diesem Grund sind der LSM-Modus und der LSE-Modus schwer zu koppeln, und es kann ein stark gekrümmter Abschnitt hergestellt werden.
Versuchsbeispiel 2
Zuerst wurden zwei parallele flache Leiter mit den Abmessungen 100 mm × 100 mm × 8 mm, die aus Kupfer bestanden, bereit gestellt. Es wurden drei Leitermuster (Breite 2 mm, Länge 18 mm) mittels eines Verdampfungsverfahrens im Vakuum auf einem Acetatfilm mit einer Länge von 50 mm, einer Breite von 20 mm und einer Dicke von 0,08 mm hergestellt. Der Film wurde mit einem Klebstoff an die obere Oberfläche des unteren parallelen flachen Leiters aufgebracht, wie 3 zeigt.
Anschließend wurde ein dielektrischer Streifen, der aus Cordierit bestand sowie eine Höhe von 2,25 mm, eine Breite von 1 mm und eine Länge von 100 mm aufwies, auf dem unteren parallelen flachen Leiter derart angeordnet, daß der Streifen den isolierten Film kreuzte. Dann wurde der obere parallele flache Leiter auf die obere Oberfläche des dielektrischen Streifens aufgebracht, um einen NRD-Leiter der vorliegenden Erfindung herzustellen, wie er in 3 gezeigt ist. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem der isolierte Film auf der ganzen Oberfläche des parallelen flachen Leiters vorgesehen ist. Jedoch wurde beim vorliegenden Beispiel der isolierte Film nur in einem Teil des parallelen flachen Leiters ausgebildet.
Andererseits wurde ein NRD-Leiter ohne Aufbringen des isolierten Films hergestellt.
Mit diesem dielektrischen Streifen wurden die Durchlässigkeitseigenschaften mit Millimeterwellen (mehrere zig bis mehrere hundert GHz) gemessen. Die Ergebnisse zeigt die 23. Es wurde gefunden, daß beim Vorliegen und beim Nichtvorliegen des isolierten Films die Durchlässigkeitseigenschaften der elektromagnetischen Welle fast gleich waren. Selbst wenn zwischen dem Streifen und dem parallelen flachen Leiter der isolierte Film vorhanden ist, werden die Übertragungseigenschaften der elektromagnetischen Welle kaum beeinträchtigt. Es ist selbstverständlich, daß auch elektronische Komponenten verwendet werden können.
Versuchsbeispiel 3
Gemäß der folgenden Methode wurde ein NRD-Leiter, wie er in 7 gezeigt wird, hergestellt. Es wurden zwei parallele flache Leiter aus Kupfer mit einer Größe von 100 mm × 100 mm × 8 mm bereitgestellt. Ein Teflonfilm mit einer Dicke von 0,1 mm wurde als isolierte Schicht 28 mit einem Klebstoff an einer Hauptoberfläche des unteren parallelen flachen Leiters befestigt. Auf der Oberfläche des Teflonfilms wurde mit Hilfe eines Verdampfungsverfahrens im Vakuum Au für ein Dämpfungsmuster 29 aufgebracht. Leiter 20 wurden in beiden Endbereichen in Längsrichtung des Dämpfungsmusters 29 mit Hilfe eines Lötmittels befestigt, und die Leiter wurden durch ein in dem parallelen flachen Leiter 1 vorgesehenes Loch 21 mit der Außenseite verbunden. Um die Isolierung beizubehalten, wurden die Leiter durch ein Teflonrohr hindurchgeführt.
Anschließend wurde ein Streifen 2 aus Cordierit mit einer Höhe von 2,25 mm und einer Breite von 1 mm derart angeordnet, daß er den Mittelbereich des Dämpfungsmusters 29 kreuzte, und entsprechend befestigt. Durch Teilen des Streifens 2 in zwei Abschnitte im Mittelbereich des Dämpfungsmusters 29 wurde in diesem Mittelbereich ein dielektrisches Substrat 25 zum Befestigen des Halbleiterelements 27 angeordnet. Eine Elektrode 30 wurde unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs eine Elektrode 30 mit dem Dämpfungsmuster 29 verbunden.
Als Halbleiterelement 27 diente eine PIN-Diode mit einem Flachleiteranschluß, um dem NRD-Leiter eine Schaltfunktion zu geben.
Unter Einsatz eines Streifens 2, eines dielektrischen Substrats 15 aus Cordierit, eines Dämpfungsmusters 16 und eines Antennenmusters 17 aus Au wurde ein NRD-Leiter hergestellt, wie er in 5 dargestellt ist. Die Durchlässig keitseigenschaften der Millimeterwellen (mehrere zig bis mehrere 100 GHz) werden in 24 gezeigt, wo die Durchlässigkeitseigenschaften mit der erfindungsgemäßen Probe verglichen werden. Bei einer Frequenz von mindestens etwa 60 GHz wurde ein Verlust des Hochfrequenzsignals nach außen durch das Dämpfungsmuster zurückgedrängt. Jedoch trat bei dem bekannten Produkt ein Verlust an elektromagnetischen Wellen nach außen auf und die Durchlässigkeitseigenschaften der Millimeterwellen wurden verschlechtert, weil das dielektrische Substrat 15 als Wellenleiter für das Hochfrequenzsignal dient.
Versuchsbeispiel 4
Ein NRD-Leiter, wie er in 8 dargestellt ist, wurde in folgender Weise hergestellt. Zwei parallele flache Leiter aus Kupfer mit einer Größe von 100 mm × 100 mm × 8 mm wurden bereitgestellt.
Dann wurde eine Teflonplatte mit einer Dicke von 0,3 mm als Material für dielektrische Platten 45, 46 verwendet, um eine Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 40 herzustellen. Zuerst wurde durch ein Verdampfungsverfahren im Vakuum mit Gold ein Antennenmuster 47 und ein Dämpfungsmuster 48 auf der dielektrischen Platte 46 ausgebildet. Gleichzeitig wurde auf die obere Oberfläche der dielektrischen Platte 46 eine Oberflächenelektrode 50, die mit dem Dämpfungsmuster 48 verbunden wurde, aufgebracht.
Als Halbleiterelement 49 diente eine PIN-Diode mit Flachleiteranschluß für Hochfrequenzsignale. Die Diode wurde mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs zwischen den Antennenmustern 47 der dielektrischen Platte 46 befestigt.
In der anderen dielektrischen Platte 45 wurde ein konkaver Bereich 51, dessen Größe der Diode angepaßt war, ausgebildet. Diese dielektrische Platte 45 und die dielektrische Platte 46, an der die Diode befestigt war, wurden mit einem Klebstoff zusammengefügt.
Anschließend wurde auf dem unteren parallelen flachen Leiter 1 der Streifen 2 mit einer Höhe von 2,25 mm und einer Breite von 1 mm, der aus Cordierit bestand, angeordnet. Die Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung 40 wurde auf dem Weg des Streifens 2 derart befestigt, daß der Streifen 2 den Mittelbereich des Dämpfungsmusters 48 kreuzte.
Der mit einem Teflonrohr abgedeckte Leiter wurde mit der Oberflächenelektrode 50 verbunden, die auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Platte 46 gebildet worden war. Dann wurde der obere parallele flache Leiter 1 mit einem Loch versehen, das der Oberflächenelektrode 50 entsprach, und dieser Leiter 1 wurde durch das Loch hindurchgeführt.
Andererseits wurde unter Einsatz eines dielektrischen Streifens, eines dielektrischen Substrats aus Cordierit, eines Dämpfungsmusters und eines Antennenmusters aus Au sowie einer PIN-Diode mit Flachleiteranschluß ein bekanntes Produkt hergestellt, wie es in 5 gezeigt wird. Die Durchlässigkeitseigenschaften von Millimeterwellen (mehrere zig bis mehrere 100 GHz) sind aus 25 ersichtlich, wo diese Durchlässigkeitseigenschaften des bekannten Produkts und der erfindungsgemäßen Probe für einen Vergleich dargestellt sind. Diese graphische Darstellung zeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen NRD-Leiter die Breite des Frequenzbandes, in dem gute Durchlässigkeitseigenschaften von Hochfrequenzsignalen gegeben sind, gegenüber dem bekannten Produkt verbreitert ist.
Versuchsbeispiel 5
Es wurden zwei parallele flache Leiter aus Cu mit einer Länge von 100 mm, einer Breite von 100 mm und einer Dicke von 8 mm bereitgestellt. Ein Streifen 2 aus Cordierit mit einer Höhe von 2,25 mm, einer Breite von 1 mm und einer Länge von 30 mm wurde zwischen diesen parallelen flachen Leitern angeordnet. Es wurde ein NRD-Leiter, wie er in 12 dargestellt ist, in der folgenden Weise hergestellt. Ein Absorber für elektromagnetische Wellen wurde nur in dem Endbereich 75 des Streifens 2 vorgesehen.
Das Streifenstück 75 für das Ende bestand aus dem gleichen Material und hatte die gleiche Querschnittsform wie der Streifen 2 sowie eine Länge von 16 mm. Wie 14 zeigt, wurden der obere Endabschnitt und der untere Endabschnitt beider Seitenoberflächen mit einer Paste aus einem Widerstandsmaterial beschichtet, das aus einer kohlenstoffhaltigen Masse bestand, und getrocknet, um ein Muster des Absorbers 71 für elektromagnetische Wellen auszubilden. Die Länge des Absorbers 71 betrug 16 mm und war damit die gleiche wie beim Streifenstück 75 für das Ende. Bei dem Absorber wurde der Abschnitt (8 mm) in der Nähe des Streifens 2 als ein sich verjüngender Abschnitt 71a ausgebildet, und die Breite des gürtelartigen Abschnitts 71b wurde auf 0,8 mm eingestellt.
Andererseits wurde unter Verwendung der gleichen vorgenannten Materialien ein üblicher NRD-Leiter mit einem Terminator 60 hergestellt, wie in 11(a) gezeigt ist. In diesem Fall wurden zwei Arten von NRD-Leitern bereitgestellt, bei denen die Länge des Terminators 16 und 20 mm betrug. Die Länge des Absorbers für elektromagnetische Wellen wurde auf 16 und 20 mm eingestellt, was der Länge des Terminators entsprach. Der verjüngte Abschnitt hatte eine Länge von 8 mm und 10 mm, was der Hälfte der Länge des Absorbers entsprach.
Bezüglich des erfindungsgemäßen NRD-Leiters und des bekannten Produkts wurden die Reflexionseigenschaften der Millimeterwellen (mehrere zig bis mehrere hundert GHz) mittels eines Netzwerkanalysators (8757C), hergestellt von Hewlett Packard, gemessen. Die Ergebnisse sind in der 26 dargestellt.
26 zeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Probe nur eine kleine Reflexion auftritt, selbst wenn die Länge des Absorbers für elektromagnetische Wellen gekürzt wird. Das erfindungsgemäße Produkt hatte gute Terminatoreigenschaften.
Der in 11(a) dargestellte Terminator wurde in der gleichen Weise, wie oben angegeben, durch Anpassen der Länge des Terminators auf 10 mm hergestellt. Der gleiche Absorber 71 (Länge 10 mm) für elektromagnetische Wellen wurde auf die Seitenoberfläche des Terminators aufgeklebt. Es wurden bezüglich des NRD-Leiters, bei dem der Terminator an dem Streifen 2 befestigt war, die Reflexionseigenschaften gemessen. Die Ergebnisse sind in der 27 dargestellt. Es zeigt sich, daß die Reflexion kleiner wird und gute Dämpfungseigenschaften vorliegen, wenn der Absorber 71 an einer Seitenoberfläche vorgesehen ist, selbst wenn die Länge auf die Hälfte vermindert wird.
Versuchsbeispiel 6
Es wurden zwei parallele flache Leiter aus Cu mit einer Länge von 100 mm, einer Breite von 100 mm und einer Dicke von 8 mm bereitgestellt. Zwischen diesen beiden parallelen flachen Leitern wurden ein erster Streifen und ein zweiter Streifen angeordnet, die aus Cordierit bestanden und eine Dielektrizitätskonstante von 4,8 sowie eine Höhe von 2,25 mm und eine Breite von 1 mm aufwiesen. Asymmetrische Koppler gemäß 16 wurden in der folgenden Weise hergestellt.
Dieses Versuchsbeispiel zeigt den Fall des Herstellens von Kopplern, bei denen Hochfrequenzsignale auf die Durchgänge b und c bei 60 GHz gleich verteilt werden.
Die beiden Enden des ersten linearen Streifens mit einer Länge von 80 mm wurden über einen Konverter mit einem Meßwel lenleiter verbunden. Es wurde ein zweiter gekrümmter Streifen mit einem Krümmungsradius von 3,9 mm (Krümmung 180°, halbkreisförmige Gestalt) verwendet, wobei mit seinen beiden Enden ein linearer Streifen verbunden wurde, und er wurde über den Konverter an den Meßwellenleiter angeschlossen.
Der Zwischenraum zwischen dem ersten linearen Streifen und dem zweiten gekrümmten Streifen wurde experimentell mit 1,4 mm festgestellt, so daß die Durchlässigkeit bei 60 GHz einen Extremwert aufweist. Ferner wurde für Vergleichszwecke ein bekannter Koppler hergestellt, nämlich ein symmetrischer Koppler mit einer Krümmung von 180° und einem Krümmungsradius von 12,7 mm.
Bezüglich des erfindungsgemäßen Kopplers und des bekannten Kopplers wurden die Durchlässigkeitseigenschaften der Millimeterwellen (mehrere zig bis mehrere 100 GHz) unter Verwendung eines Netzwerkanalysators (8757C), hergestellt von Hewlett Packard, gemessen. Die mit den erfindungsgemäßen Kopplern erhaltenen Ergebnisse sind in den 28 und 29, die Ergebnisse mit den bekannten Kopplern in 30 dargestellt. Da in den Figuren die auf der Ordinate angegebenen Durchlässigkeiten den Verlust des Konverters beinhalten, ist die tatsächliche Durchlässigkeit des Kopplers allein größer als der angegebene Wert von etwa 1 dB.
Aus den 28 und 29 ist ersichtlich, daß bei den erfindungsgemäßen Kopplern über einen großen Frequenzbereich von etwa 59 bis 61,5 GHz fast gleiche Hochfrequenzsignale auf die Durchgänge b und c verteilt werden, und daß bei den bekannten Kopplern dann, wenn die Hochfrequenzsignale auf die Durchgänge b und c gleich verteilt wurden, der Frequenzbereich auf 60 bis 60,5 GHz eng begrenzt war.

Claims

Modul mit einem strahlungsfreien dielektrischen Wellenleiter, aufweisend ein Paar paralleler flacher Leiter (1, 1), die mit einem Zwischenraum von der Hälfte oder weniger der Signalwellenlänge λ angeordnet sind, und einen dielektrischen Streifen (2) zwischen den parallelen flachen Leitern (1, 1), wobei der dielektrische Streifen (2) aus einem Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von 4,5 bis 8 besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum aus einer Cordierit-Keramik besteht, die eines der Elemente Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu in einem komplexen Oxid enthält, das Mg, Al und Si enthält.
Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Streifen (2) aus einem Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von 4,5 bis 6 besteht.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum bei einer Frequenz von 60 GHz einen Qualitätsfaktor von mindestens 1000 aufweist.
Modul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element Yb ist und in bezug auf das komplexe Oxid Yb in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew%, berechnet als Yb₂O₃, vorliegt.
Modul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Metallelemente in dem komplexen Oxid durch das Molverhältnis entsprechend der folgenden Formel x MgO∙y Al₂O₃∙z SiO₂ entspricht, worin x, y und z die Bedingung x + y + z = 100 sowie die Bedingungen 10 ≤ x ≤ 40, 10 ≤ y ≤ 40, 20 ≤ z ≤ 80 erfüllen.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein isolierter Film (5) auf einer Oberfläche des parallelen flachen Leiters (1) vorgesehen ist, die auf der Seite mit dem dielektrischen Streifen (2) liegt.
Modul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierte Film (5) zwischen dem dielektrischen Streifen (2) und dem parallelen flachen Leiter (1) angeordnet ist.
Modul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß weitere elektronische Komponenten (12) vorgesehen sind und ein Leitermuster (6) auf dem isolierten Film (5) ausgebildet ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Weg des dielektrischen Streifens (2) ein Paar Antennenmuster (17) und ein Halbleiterele ment (27) vorgesehen sind, wobei letzteres zwischen den Antennenmustern (17) angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden ist, sowie ein Dämpfungsmuster (16) über eine isolierte Schicht (5) auf dem parallelen flachen Leiter (1) ausgebildet ist, und wobei das Dämpfungsmuster (16) mit dem Antennenmuster (17) verbunden ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung (11) auf dem Weg des dielektrischen Streifens (2) angeordnet ist und die Signaleingabe- oder -ausgabevorrichtung (11) aus einem dielektrischen Substrat (15), das ein Paar Antennenmuster (17) aufweist, einem Halbleiterelement (27), das mit den Antennenmustern (17) elektrisch verbunden und dazwischen angeordnet ist, und einem Dämpfungsmuster (16), das mit jedem der Antennenmuster (17) verbunden ist, besteht.
Modul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des dielektrischen Substrats (45, 46) eine Oberflächenelektrode (50) elektrisch mit dem Dämpfungsmuster (48) verbunden ist, ein Leiter (20) mit der Oberflächenelektrode (50) verbunden ist und sich der Leiter (20) in einem nichtleitenden Zustand bezüglich des parallelen flachen Leiters (1) durch ein Loch (21), das in dem parallelen flachen Leiter (1) ausgebildet ist, hindurch erstreckt.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absorber (71) für elektromagnetische Wellen an der Seitenoberfläche auf dem Weg des Streifens (2) oder in dem Endabschnitt des Streifens (2) vorgesehen ist.
Modul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (71) für elektromagnetische Wellen in einem oberen Endabschnitt oder einem unteren Endabschnitt auf der Seitenoberfläche des Streifens (2) vorgesehen ist.
Modul nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (71) für elektromagnetische Wellen einen sich verjüngenden Abschnitt (71a) aufweist, der in Richtung der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle allmählich breiter wird.