DE69520394T2

DE69520394T2 - Integrierte Schaltung für Mikrowellen

Info

Publication number: DE69520394T2
Application number: DE69520394T
Authority: DE
Inventors: Youhei Ishikawa; Niroshi Nishida; Toru Tanizaki
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 2002-01-03
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: KR960009268A; KR0175200B1; CN1054705C; US5604469A; JP3220967B2; CN1127434A; EP0700114A2; JPH0878913A; EP0700114A3; EP0700114B1; DE69520394D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Hochfrequenzschaltkreis, insbesondere auf einen integrierten Hochfrequenzschaltkreis, welcher einen nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter aufweist und in einem Mikrowellenband oder Millimeterwellenband arbeitet.

[technischer Hintergrund]

Zum Beispiel aus ELECTRONIC & COMMUNICATIONS IN JAPAN, TEIL II - ELECTRONICS, Band 74, Nr. 2, 1 Februar 1991, Seiten 20-28, XP000240840 TSUKASA YO- NEYAMA: "MILLIMETER-WAVE INTEGRATED CITCUITS USING NONRADIATI- VE DIELECTRIC WAVEGUIDE" ist gut bekannt, daß dielektrische Streifen zwischen einem Paar leitender Platten angeordnet werden, welche zueinander parallel sind mit einem festen Zwischenraum, um einen nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter zu bilden, welcher eine elektromagnetische Welle in LSM01- oder LSE01-Mode propagiert. Wenn zum Beispiel die dielektrischen Streifen aus einem dielektrischen Material mit einer Die- lektrizitätskonstante (sr) von 2 wie Flourharz (Flouroresin) besteht und eine Breite b von 2.5 mm und eine Höhe a von 2.25 mm hat, so werden die dielektrischen Streifen einen nichtstrahlenden dielektrischen Wellenleiter bilden, der eine elektromagnetische Welle in einem Band von 60 GHz leitet. Werden diese dielektrischen Streifen zwischen zwei leitende Platten gebracht, durchdringt eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge von mehr als der doppelten Höhe a die dielektrischen Streifen kaum. Daher breitet sich eine elektromagnetische Welle in der LSM01-Mode oder der LSE01-Mode längs der dielektrischen Streifen ohne zu strahlen aus, also mit geringem Verlust. Daher ist ein nichtstrahlender Wellenleiter geeignet, um als Übertragungsleitung für eine Mikrowelle oder Millimeterwelle verwendet zu werden.
Da es auch möglich ist, magnetische Teile und Halbleiterchips genauso wie dielektrische Streifen zwischen einem Paar leitender Platten vorzusehen, kann ein Zirkulator, ein Oszillator und dergleichen, mit einem nichtstrahlenden dielektrischen Wellenleiter gebildet werden. In dieser Weise kann ein integrierter Hochfrequenzschaltkreis hergestellt werden, welcher in einem Mikrowellen- oder Milimeterwellenband arbeitet.
Bei der Herstellung eines solchen Hochfrequenzschaltkreises, wird gewöhnlich zuerst eine Auswertung durchgeführt. Bei der Herstellung eines FM-CW-Radars werden zum Beispiel dielektrische Streifen, magnetische Teile und Halbleiterchips zwischen einem Paar leitender Platten zur Auswertung angeordnet, um einen Zirkulator, Oszillator usw. zu bilden. Die leitenden Platten werden mit einem Auswertungsanschluß verbunden, und die Kennlinien der gesamten Schaltung, die aus dem Zirkulator, Oszillator, usw. besteht, werden gemessen. Anschließend werden die dielektrischen Streifen, die magnetischen Teile und die Halbleiterchips von den leitenden Platten zur Auswertung abmontiert, und diese Teile werden wieder zwischen einem weiteren Paar leitender Platten zur Erzeugung eines integrierten Schaltkreises angeordnet.
Trotzdem ist es bei diesem Verfahren schwierig den Zirkulator, den Oszillator usw. in der selben Weise wieder anzuordnen, um einen integrierten Hochfrequenzschaltkreis mit den gemessenen Kennlinien zu reproduzieren. Bei diesem Verfahren ist es unmöglich, den Zirkulator, Oszillator usw. individuell auszuwerten. Daher ist die Massenproduzierbarkeit des integrierten Schaltkreises nicht gut. Weist ferner der integrierte Schaltkreis ein Problem auf, und wird ein Teil des integrierten Schaltkreises, beispielsweise der Zirkulator oder Oszillator, ausgetauscht, kann der Austausch des Teils den gesamten Schaltkreis beeinflussen.

[Offenbarung der Erfindung]

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen integrierten Hochfrequenzschaltkreis und seine Komponenten bereitzustellen, die für die Massenproduktion geeignet sind.
Um dieses Ziel zu erreichen, weist ein integrierter Hochfrequenzschaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter und ein Montiergehäuse mit einem einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter auf. Die Vorrichtung mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter umfaßt: ein Paar erster leitender Platten, die in einem festgelegten Abstand zueinander parallel sind; einen ersten dielektrischen Streifen, der zwischen den ersten leitenden Platten angeordnet ist; eine ebene Montierfläche, die auf einer der ersten leitenden Platten ausgebildet ist; und eine Endfläche, die an einem Ende der ersten leitenden Platten ausgebildet ist, derart, daß sie vertikal zu einer Richtung, in der eine elektromagnetische Welle in dem ersten dielektrischen Streifen propagiert wird, ist, wobei ein Ende des ersten dielektrischen Streifens an der Endfläche bloßgelegt ist. Das Montiergehäuse mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter umfaßt: ein Paar von zweiten leitenden Platten, die in einem festgelegten Abstand zueinander parallel sind, wobei die Vorrichtung mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter zwischen den zweiten leitenden Platten angeordnet ist; und einen zweiten dielektrischen Streifen, der zwischen den zweiten leitenden Platten angeordnet ist.
Die Vorrichtung mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter und das Montiergehäuse mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter werden getrennt voneinander hergestellt. Die Vorrichtung wird ausgewertet und danach im Montiergehäuse montiert. Wenn nötig, kann die Vorrichtung aus dem Montiergehäuse in einfacher Weise abmontiert werden.

[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]

Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen ergeben, in denen:
Fig. 1 eine perspektivischen Explosionsansicht eines integrierten Hochfrequenzschaltkreises ist, welcher eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2A eine perspektivische Ansicht einer Meßvorrichtung zur Auswertung eines Oszillators des integrierten Schaltkreises ist;
Fig. 2B eine perspektivische Ansicht der Meßvorrichtung und einem darin montierten Oszillator ist;
Fig. 2C eine Querschnittansicht der Meßvorrichtung und des Oszillators längs der Linie 11 C-II C in Fig. 2B ist;
Fig. 3A eine innere Draufsicht des Verbindungabschitts zwischen einem dielektrischen des Oszillators und einem dielektrischen Streifen der Meßvorrichtung ist;
Fig. 3B eine innere Draufsicht einer Modifikation des Verbindungsabschnittes zwischen einem dielektrischen des Oszillators und einem dielektrischen Streifen der Meßvorrichtung ist;
Fig. 3C eine innere Draufsicht einer weiteren Modifikation des Verbindungsabschnittes zwischen dem dielektrischen Streifen des Oszillators und dem dielektrischen Streifen der Meßvorrichtung ist;
Fig. 4 ein Graph ist, welcher eine Oszillationskennlinie des Oszillators zeigt;
Fig. 5A ein Verteilungsdiagramm ist, welches das elektrische Feld und das magnetische Feld einer elektromagnetischen Welle zeigt, die sich in einem metallischen Rohrwellenleiter in der TE10-Mode ausbreitet;
Fig. 5B ein Verteilungsdiagramm ist, welches den Oberflächenstrom einer elektromagnetischen Welle zeigt; die sich in einem metallischen Rohrwellenleiter in der TE10-Mode ausbreitet;
Fig. 6A ein Verteilungsdiagramm ist, welches das elektrische Feld und das magnetische Feld einer elektromagnetischen Welle zeigt, die sich in einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter in der LSM01-Mode ausbreitet;
Fig. 6B ein Verteilungsdiagramm ist, welches den Oberflächenstrom einer elektromagnetischen Welle zeigt, die sich in einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter in der LSM01-Mode ausbreitet;
Fig. 6C ein Verteilungsdiagramm ist, welches den Oberflächenstrom einer elektromagnetischen Welle zeigt, wenn der nicht-strahlende dielektrische Wellenleiter bei der Linie B-B' abgeschnitten wird;
Fig. 7A ein Graph ist, welcher die Reflesxionsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn die leitenden Platten und der dielektrische Streifen den Abstand 0 haben;
Fig. 7B ein Graph ist, welcher die Einführungsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn die leitenden Platten und der dielektrische Streifen den Abstand 0 haben;
Fig. 8A ein Graph ist, welcher die Reflesxionsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn die leitenden Platten und der dielektrische Streifen den Abstand 0.1 mm haben;
Fig. 8B ein Graph ist, welcher die Einführungsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn die leitenden Platten und der dielektrische Streifen den Abstand 0.1 mm haben;
Fig. 9 A ein Graph ist, welcher die Reflesxionsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn die leitenden Platten und der dielektrische Streifen den Abstand 0.1 mm haben;
Fig. 9B ein Graph ist, welcher die Einführungsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn die leitenden Platten und der dielektrische Streifen den Abstand 0.1 mm haben;
Fig. 10A ein Graph ist, welcher die Reflesxionsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn nur die leitenden Platten den Abstand 0.1 mm haben;
Fig. 10B ein Graph ist, welcher die Einführungsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn nur die leitenden Platten den Abstand 0.1 mm haben;
Fig. 11A ein Graph ist, welcher die Reflesxionsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn nur die leitenden Platten den Abstand 0.2 mm haben;
Fig. 11B ein Graph ist, welcher die Einführungsverlust-Kennlinie des Oszillators zeigt, wenn nur die leitenden Platten den Abstand 0.2 mm haben;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht der Meßvorrichtung zur Auswertung eines Zirkulators der integrierten Schaltung aus Fig. 1 ist;
Fig. 13A ein Graph ist, welcher die Einführungsverlust-Kennlinie und die Isolations- Kennlinie des Zirkulators zeigt;
Fig. 13B ein Graph ist, welcher die Reflexionsverlust-Kennlinie des Zirkulators zeigt; und
Fig. 14 eine perspektivische Teilansicht eines Hochfrequenzschaltkreises ist, welches eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

[Bester Modus zur Ausführung der vorliegenden Erfindung]

Ein Hochfrequenzschaltkreis, welcher eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wird mit bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Der Hochfrequenzschaltkreis wird zum Beispiel als Hochfrequenzteil eines FM-CW-Radars verwendet, welches in einem Millimeterwellenband arbeitet. Durch Vorsehen einer Antenne 8 am Hochfrequenzteil wird der Hochfrequenzteil als Radarkopf verwendet. Der Hochfrequenzschaltkreis umfaßt Vorrichtungen mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter, nämlich einem Oszillator 1, einem Zirkulator 2, usw., und ein Montiergehäuse 7 mit einem nicht-strahlenden Wellenleiter, in dem diese Vorrichtungen montiert werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt der Oszillator 1 ein Paar rechteckige leitende Platten 10 und 11, einen dielektrischen Streifen 12 und Halbleiterchips (nicht gezeigt), welche zwischen den leitenden Platten 10 und 11 angebracht sind, einen Energieversorgungsanschluß 16 und einen Modulationsanschluß 17. Die leitenden Platten 10 und 11 bestehen aus einem leitenden Material wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder dergleichen. Die leitende Platte 11 hat Abstandshalter 11b, um den Abstand zur leitenden Platte 10 bei einer festgelegten Höhe a zu halten. Der dielektrische Streifen 12, als Beispiel, besteht aus einem dielektrischen Material, wie zum Beispiel Flourharz (Flouroresin), mit einer Dielektrizitätskonstante (sr) von 2, und ist ausgebildet mit einer Höhe a von 2.25 mm und einer Breite b von 2.5 mm. Die leitenden Platten 10 und 11 haben Gewindelöcher 18a in den entsprechenden vier Ecken. Durch Feststellschrauben 18b in den Gewindelöchern 18a werden der dielektrische Streifen 12 und die Halbleiterchips zwischen den leitenden Platten 10 und 11 fixiert.
Die leitende Platte 11 hat eine ebene Montierfläche 19a auf der unteren Seite. Die laminierten leitenden Platten 10 und 11 haben eine Endfläche 19b, auf der ein Ende 12a des dielektrischen Streifens 12 sichtbar ist, und die Endfläche 19b ist senkrecht zur Richtung, in der sich eine hochfrequente elektromagnetische Welle ausbreitet. Der Oszillator 1 gibt eine elektromagnetische Welle an den Zirkulator 2 durch das Ende 12a des dielektrischen Streifens aus.
Der Zirkulator 2 umfaßt ein Paar dreieckiger leitender Platten 20 und 21 und drei dielektrische Streifen 22 (obwohl nur ein dielektrischer Streifen in Fig. 1 zu sehen ist) sowie magnetische Teile (nicht gezeigt), welche zwischen den leitenden Platten 20 und 21 angebracht sind. Die leitenden Platten bestehen aus einem leitenden Material wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder dergleichen. Zwischen den leitenden Platten 20 und 21 sind Abstandshalter 26 in den drei Ecken vorgesehen, um den Abstand hierzwischen bei einer Höhe a zu halten. Gewindelöcher (nicht gezeigt) sind in die leitenden Platten 20 und 21 an den entsprechenden drei Ecken gebohrt, so daß die Gewindelöcher in Verbindung stehen. Durch Befestigungsschrauben 27 in den Gewindelöchern, werden die dielektrischen Streifen 22 und die magnetischen Teile zwischen den leitenden Platten 20 und 21 fixiert.
Die leitende Platte 20 hat eine ebene Montierfläche 29a auf der unteren Seite (siehe Fig. 12). Auf den drei Endflächen 29b der laminierten leitenden Platten 20 und 21 sind die entsprechenden Enden 22a der dielektrischen Streifen 22 sichtbar (siehe Fig. 12), und die Endflächen 29b sind senkrecht zu den Richtungen, in welche eine hochfrequente elektromagnetische Welle sich ausbreitet, die durch die Enden 22a der dielektrischen Streifen ein- oder ausgekoppelt wird.
Das Montiergehäuse 7 umfaßt eine rechteckige obere leitende Platte 70, eine rechteckige untere leitende Platte 71 und die dielektrischen Streifen 72, 73, 74, 75 und 76, die zwischen den leitenden Platten 70 und 71 angebracht sind. Die dielektrischen Streifen 72, 73, 74, 75 und 76 und die nicht-reflektierenden Enden 75a sind mit der unteren leitenden Platte 71 verklebt. Die untere leitende Platte 71 hat Abstandshalter 71a an den vier Randseiten, um einen festgelegten Abstand zur oberen leitenden Platte 70 herzustellen. Gewindelöcher 701 und 711 sind in die leitenden Platten 70 und 71 in den entsprechenden vier Ecken gebohrt, so daß die leitenden Platten 70 und 71 miteinander verbunden werden können. Der dielektrische Streifen 73 dient als ein nicht-reflektierendes Ende. Die nicht-reflektierenden Enden 75a sind an beiden Enden des dielektrischen Streifens 75 vorgesehen. Die untere leitende Platte 71 hat Ausnehmungen 710, welche die entsprechenden Anordnungen für den Oszillator 1, den Zirkulator 2 und einen Mischer (nicht gezeigt) aufweisen. Ebenso hat die obere leitende Platte 70 Ausnehmungen (nicht gezeigt) mit den selben Anordnungen.
Die leitenden Platten 70 und 71 sind Platten aus einem leitenden Material oder Platten aus einem isolierenden Material mit einer metallisierten Oberfläche. Gewindelöcher 710a sind in den Ausnehmungen eingebracht, und der Oszillator 1, der Zirkulator 2 und der Mischer werden in den entsprechenden Ausnehmungen 710 mit den Schrauben 18b und 27 fixiert. Es ist auch möglich, den Oszillator 1, den Zirkulator 2 und den Mischer zwischen den leitenden Platten 70 und 71 einzuklemmen oder diese Vorrichtungen in den Ausnehmungen 710 mit Lötmetall oder leitender Paste zu fixieren.
Ein Ende des dielektrischen Streifens 72 befindet sich im Kontakt mit dem Ende 12a des dielektrischen Streifens 12 des Oszillators 1, und das andere Ende des dielektrischen Streifens 72 befindet sich im Kontakt mit dem Ende 22a von einem der dielektrischen Streifen 22 des Zirkulators 2. Ein Ende des dielektrischen Streifens 73 befindet sich im Kontakt mit dem Ende 22a eines anderen der dielektrischen Streifen 22 des Zirkulators 2. Ein Ende des dielektrischen Streifens 74 befindet sich im Kontakt mit dem Ende 22a des anderen dielektrischen Streifens 22 des Zirkulators 2, und das andere Ende des dielektrischen Streifens 74 befindet sich im Kontakt mit einem Ende einer Sendestange 81 der Antenne 8. Ein Ende des dielektrischen Streifens 76 befindet sich im Kontakt mit einem Ende eines dielektrischen Streifens des Mischers, und das andere Ende des dielektrischen Streifens 76 befindet sich im Kontakt mit einem Ende einer Empfangsstange 82 der Antenne 8.
Die leitenden Platten 70 und 71, die dielektrischen Streifen 74, 75 und 76 und die nichtreflektierenden Enden 75a bilden einen Koppler.
Die Fig. 2A, 2B und 2C zeigen eine Vorrichtung 6 zur Messung der Kennlinien des Oszillators 1. Die Vorrichtung 6 umfaßt einen Montierteil 60 und einen Umwandlungsteil 61. Der Montierteil 60 ist in einem Teil einer Grundplatte 601 ausgebildet, welche aus einem leitenden Material wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder dergleichen besteht. Die Grundplatte 601 weist ein Paar Seitenwände 601a zur Positionierung des Oszillators 1 auf. Weiter hat die Grundplatte Gewindelöcher 601b, und wenn der Oszillator mit der Montierfläche 19a in dem Montierbereich 60 auf der Grundplatte 601 montiert wird, werden die Gewindelöcher 18a des Oszillators 1 mit den Gewindelöchern 601b der Grundplatte 1 verbunden. Somit kann der Oszillator 1 auf der Grundplatte 601 mittels der Schrauben 18b fixiert werden.
Der Umwandlungsteil 61 soll den Oszillator 1 mit einer Übertragungsleitung, zum Beispiel einen metallischen Rohrwellenleiter, verbinden. Der Umwandlungsteil 61 umfaßt einen Andrtickteil 610, einen dielektrischen Streifen 62, ein Horn 611 und einen metallischen Rohrwellenleiter 612. Beim Andrückteil 610 ist der dielektrische Streifen teilweise zwischen der Grundplatte 601 und einer Andrückplatte 610a durch die Schrauben 610b fixiert. Das Horn 611 ist an dem Andrückteil 610 durch Verbinden seines Flansches 611a mit dem Andrückteil 610 mittels einer Schraube 611b fixiert. Der Wellenleiter 612 hat einen Flansch 612a an seinem Ende.
Auf der Seite des Umwandlungsteils 61, welche dem Oszillator 1 zugewandt ist, ist eine Endfläche 61a, auf welcher sich ein Ende 62a des dielektrischen Streifens 62 zeigt, ausgebildet, und die Endfläche 61a ist senkrecht zu der Richtung, in welche die elektromagnetische Welle sich im dielektrischen Streifen 62 ausbreitet. Das andere Ende 62b des dielektrischen Streifens 62 verjüngt sich in der Breite, so daß der Wellenwiderstand des dielektrischen Streifens 62 mit dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung übereinstimmt, an welche der metallische Rohrwellenleiter 612 angeschlossen ist.
Fig. 3A ist eine Draufsicht auf einen Verbindungsteil zwischen dem dielektrischen Streifen 12 des Oszillators 1 und dem dielektrischen Streifen 62 der Meßvorrichtung 6, daß heißt, dem bloßliegenden Ende 12a des dielektrischen Streifens 12 und dem bloßliegenden Ende des dielektrischen Streifens 62. Die Enden 12a und 62a der dielektrischen Streifen 12 und 62 sind senkrecht zu einer Richtung, in der eine elektromagnetische Welle sich ausbreitet und sind auf einer Ebene mit der Endfläche 19b des Oszillators 1 beziehungsweise der Endfläche 61a des Andrückteils 610. Die Enden 12a und 62a stehen im Kontakt zueinander. Die Verbindung zwischen den dielektrischen Streifen 12 und 62 ist auf andere Weise möglich, wie dies in den Fig. 3B und 3C illustriert ist.
In Fig. 3B sind die Enden 12a und 62a der dielektrischen Streifen Keile, die ineinander fassen. Das Ende 12a ragt geringfügig über die Endfläche 19b des Oszillators 1 hinaus. In Fig. 3C sind die Enden 12a und 62a der dielektrischen Streifen 12 und 62 rund und fassen ineinander, und das Ende 12a ragt geringfügig über die Endfläche 1% des Oszillators 1 hinaus. Wie in den Fällen der Fig. 3B und 3C müssen die Enden 12a und 62a der dielektrischen Streifen 12 und 62 nicht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle sein, solange die Enden 12a und 62a ineinandergreifen. Es ist auch möglich, daß die Enden 12a und 62a, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle sind, geringfügig über die entsprechenden Endflächen 19b und 61a hinausragen und in Kontakt mit einander gebracht werden.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Oszillators 1 beschrieben.
Wird ein Gleichstrom auf den Energieversorgungsanschluß 16 des Oszillators 1 gegeben, wird eine hochfrequente elektromagnetische Welle erzeugt und in den dielektrischen Streifen 12 eingebracht. Angenommen, der Abstand zwischen den leitenden Platten 10 und 11 sei a und die erzeugte elektromagnetische Welle habe die Wellenlänge λ. Wenn a < λ/2, tritt die elektromagnetische Welle, die sich in einer Richtung parallel zu den leitenden Platten 10 und 11 ausbreitet, nicht aus dem dielektrischen Streifen 12 aus. Die elektromagnetische Welle breitet sich im dielektrischen Streifen 12 aus und tritt durch das Ende 12a aus. Wird der Oszillator 1 in der Meßvorrichtung 6 montiert, arbeitet der Oszillator 1 in derselben Weise, und die elektromagnetische Welle tritt durch das Ende 12a im Andrtickteil 610 aus. Mögliche Transmissionsmoden einer elektromagnetischen Welle in einem nichtstrahlenden dielektrischen Wellenleiter sind im allgemeinen die LSE-Mode und die LSM-Mode. Für einen geringen Verlust wird normalerweise die LSM01-Mode, welche die niedrigste LSM- Mode ist, verwendet.
Die Erfinder haben den Oszillator 1 unter Verwendung der Meßvorrichtung 6 und einem Spektralanalysator ausgewertet. Fig. 4 ist ein Graph, der die Schwingungskennlinie des Oszillators 1 zeigt. Wie aus dem Graph in Fig. 4 ersichtlich, wurde ein Schwingungssignal mit einer Resonanzfrquenz von etwa 60 GHz und einer guten Wellenform aus dem Ende 12a des dielektrischen Streifens 12 ausgegeben.
Der Unterschied zwischen einer elektromagnetischen Welle, die sich in einem metallischen Rohrwellenleiter ausbreitet und einer elektromagnetischen Welle, die sich in einem nichtstrahlenden dielektrischen Wellenleiter ausbreitet, wird nun beschrieben. Die Fig. 5A und 5B zeigen eine elektromagnetische Welle, welche sich in einem metallischen Rohrwellenleiter in der TE10-Mode ausbreitet. Fig. 5A zeigt das elektrische Feld E und das Magnetfeld H der elektromagnetische Welle, und Fig. 5B zeigt den Oberflächenstrom I. Die Fig. 6A, 6B und 6C zeigen eine elektromagnetische Welle, die sich in einem nichtstrahlenden dielektrischen Wellenleiter in der LSM01-Mode ausbreitet. Fig. 6A zeigt das elektrische Feld E und das Magnetfeld H der elektromagnetischen Welle, und die Fig. 6B und 6C zeigen den Oberflächenstrom I. Fig. 6C zeigt einen Zustand, in welchem der nicht-strahlende dielektrische Wellenleiter bei einer Linie B-B' abgeschnitten ist. Es ergibt sich aus Fig. 5B, daß der Oberflächenstrom I einer elektromagnetischen Welle, die sich in einem metallischen Rohrwellenleiter ausbreitet, eine Komponente in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle besitzt. Daher muß der Wellenleiter bei der Verbindung des metallischen Rohrwellenleiters mit einem anderen metallischen Rohrwellenleiter fest ohne Zwischenraum mit einem Flansch verbunden werden. Andernfalls wird der Oberflächenstrom I nicht von einem der Wellenleiter zum anderen Wellenleiter fließen. Auf der anderen Seite hat der Oberflächenstrom I einer elektromagnetischen Welle, die sich in einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter in der LSM01-Mode ausbreitet, wie sich aus Fig. 6B ergibt, nur eine Komponente in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle. Sogar wenn die leitenden Platten und der dielektrische Streifen des nicht-strahlenden Wellenleiters senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle abgeschnitten werden, d. h., sogar wenn der nicht-strahlende Wellenleiter eine Lücke aufweist, wird die Lücke daher die Übertragung der elektromagnetischen Welle nicht beeinflussen.
Um diese Annahme zu beweisen, haben die Erfinder die Kennlinien des Oszillators 1 gemessen, wobei die leitenden Platten 10 und 11 und der dielektrische Streifen 12 abgeschnitten wurden, so daß sie eine Lücke d in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle aufwiesen. Die Fig. 7A und 7B zeigen die Kennlinien bei einer Lücke d von 0. Die Fig. 8A und 8B zeigen die Kennlinien bei einer Lücke d von 0.1 mm. Wie aus den Fig. 7A bis 8B ersichtlich ist, waren der Reflexionsverlust und der Einflibrungsverlust des Oszillators 1 nur wenig erhöht, als der Oszillator I eine Lücke von 0.1 mm aufwies.
Dies wird nun angewendet auf die Verbindung zwischen dem dielektrischen Streifen 12 des Oszillators 1 und dem dielektrischen Streifen 62 der Meßvorrichtung 6. Der Fall der Fig. 7A und 7B entspricht dem Fall, in dem die Endfläche 19b des Oszillators 1 und das Ende 12a des dielektrischen Streifens 12 im Kontakt sind mit der Endfläche 61a des Andrückteils 6I0 beziehungsweise mit dem Ende 62a des Streifens 62 (d = 0 in Fig. 3A). Der Fall der Fig. 8A und 8B entspricht einem Fall, in welchem es eine Lücke d von 0.1 mm zwischen der Ebene der Endfläche 19b und dem Ende 12a sowie der Ebene der Endfläche 61a und dem Ende 62a gibt (d = 0.1 mm in Fig. 3A). Aus dem Ergebnis des Experiments kann man folgern, daß eine kleine Lücke zwischen dem Ende 12a und dem Ende 62a zulässig ist. Demnach braucht die Verbindung zwischen dem Oszillator 1 und der Meßvorrichtung 6 keine feste Verbindung unter Verwendung eines Flansches, und ein Drücken zwischen dem Ende 12a des dielektrischen Streifens 12 und dem Ende 62a des dielektrischen Streifens 62 ist nicht nötig. Nur durch Montieren des Oszillators 1 in dem Montierteil 60 der Meßvorrichtung 6 mit der Montierfläche 19b des Oszillators 1 auf der Grundplatte 601 breitet sich daher eine elektromagnetische Welle in den dielektrischen Streifen 12 und 62 in der LSM01-Mode ohne Fehlanpassung und mit nur einem geringen Energieverlust aus. Folglich können die Kennlinien des Oszillators 1 auf einfache Weise gemessen werden.
Um die Kennlinien in dem Fall einzuschätzen, in welchem das Ende 12a des dielektrischen Streifens 12 und das Ende 62a des dielektrischen Streifens 62, welche geringfügig über die Endflächen 19b beziehungsweise 61a hinausragen, in Kontakt miteinander gebracht werden, haben die Erfinder ferner ein Experiment in der folgenden Weise durchgeführt. Die leitenden Platten 10 und 11 und der dielektrische Streifen 12 wurden senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle abgeschnitten. Dann wurden die abgeschnittenen Enden des dielektrischen Streifens 12 wieder verbunden, während die leitenden Platten 10 und 11 mit einer Lücke d zwischen den entsprechenden abgeschnittenen Enden neu angeordnet wurden. In diesem Zustand wurden die Kennlinien des Oszillators 1 gemessen.
Die Fig. 9 A und 9B zeigen die Kennlinien für den Fall, in welchem die Lücke d 0 betrug, genauer gesagt für den Fall, wo die abgeschnittenen Enden des dielektrischen Streifens 12 und die abgeschnittenen Enden der leitenden Platten 10 und 11 wieder verbunden wurden. Die Fig. 10A und 10B zeigen die Kennlinien für den Fall, in welchem die Lücke d 0.1 mm betrug, genauer gesagt für den Fall, wo die abgeschnittenen Enden des dielektrischen Streifens 12 über die entsprechenden abgeschnittenen Enden der leitenden Platten 10 und 11 um 0.05 mm herausragten und miteinander in Kontakt gebracht wurden. Die Fig. 11A und 11B zeigen die Kennlinien für den Fall, in welchem die Lücke d 0.2 mm betrug, genauer gesagt der Fall, wo die abgeschnittenen Enden des dielektrischen Streifens 12 über die entsprechenden abgeschnittenen Enden der leitenden Platten 10 und 11 um 0.1 mm herausragten und miteinander in Kontakt gebracht wurden.
Wie sich aus den Fig. 9 A bis 11B ergibt, verändern sich, selbst wenn eine Lücke d zwischen den leitenden Platten 10 und 11 vorhanden ist, der Reflexionsverlust und Einführungsverlust des Oszillators 1 kaum, solange die abgeschnittenen Enden des dielektrischen Streifens 12 sich miteinander im Kontakt befinden. Dies ist auf die Verbindung zwischen dem Oszillator 1 und der Meßvorrichtung 6 anwendbar. Selbst wenn das Ende 12a des Streifens 12 und das Ende 62a des Streifens 62 geringfügig über die entsprechenden Endflächen 19b und 61a hinausragen, werden sich demnach der Reflexionsverlust und der Einführungsverlust kaum verändern, solange die Enden 12a und 62a miteinander im Kontakt stehen.
Fig. 12 zeigt die allgemeine Struktur einer Meßvorrichtung 6C zur Messung der Kennlinien des Zirkulators 2. In Fig. 12 sind dieselben Teile und Bauelemente, die bei der Meßvorrichtung 6 verwendet werden, mit denselben Bezugszeichen versehen, und die Beschreibung dieser Teile und Bauelemente wird ausgelassen. Da der Zirkulator 2 drei bloßliegende Enden 22a der dielektrischen Streifen 22, d. h. drei Öffnungen, aufweist, besitzt die Meßvorrichtung 6C eine Struktur, die eine Kombination von drei Meßvorrichtungen 6 ist. Der Zirkulator 2 wird in einem von drei senkrechten Flächen 61a geführten Montierteil 60 der Meßvorrichtung 6C placiert. Zu diesem Zeitpunkt können die dielektrischen Streifen 22 aus der Position geraten, wenn nur eine der Schrauben 27 sich vom Zirkulator 2 löst. Um dieses Problem zu vermeiden, wird eine Abdeckung 67 auf den Zirkulator 2 gelegt, und der Zirkulator 2 wird in der Meßvorrichtung 6C mit den Schrauben 68 fixiert. In diesem Zustand werden die Kennlinien des Zirkulators 2 gemessen.
Wird eine hochfrequente elektromagnetische Welle durch eine der drei Öffnungen (eines der Enden 22a der Streifen 22) in den Zirkulator 2 eingekoppelt, breitet sich die elektromagnetische Welle nur zu einer festgelegten der anderen zwei Öffnungen hin aus. Die Erfinder haben den Zirkulator 2 durch Verwendung der Meßvorrichtung 6C und einem Netzwerkanalysator ausgewertet. Die Auswertung wurde durchgeführt, während der Zirkulator 2 als Isolator verwendet wurde, wobei eines der Enden 22a des dielektrischen Streifens 22 als nicht-reflektierendes Ende diente.
Die Fig. 13A und 13B zeigen die Ergebnisse dieser Auswertung. Wie sich aus den Fig. 13A und 13B ergibt, weist der Zirkulator 2 eine gute Isolationskennlinie, eine gute Einführungsverlustkennlinie und eine gute Reflexionsverlustkennlinie auf.
Auf diese Weise können die Kennlinien des Zirkulators 2 ausschließlich durch Einsetzen und Verschrauben des Zirkulators in der Meßvorrichtung 6C gemessen werden. Die Verbindung zwischen dem Zirkulator 2 und der Meßvorrichtung 6C benötigt kein festes Verbinden mit Hilfe eines Flansches, und ein Andrücken zwischen den Enden 22a der dielektrischen Streifen 22 und den Enden 62a der dielektrischen Streifen 62 ist nicht nötig. Wird der Zirkulator 2 in der Meßvorrichtung 6C mit der Montierfläche 29a des Zirkulators 2 auf dem Montierteil 60 befestigt, breitet sich eine elektromagnetische Welle zu einem festegelegten der dielektrischen Streifen 62 durch die dielektrischen Streifen 22 in der LSM01-Mode ohne Fehlanpassung und mit geringem Verlust aus. Durch die Verwendung einer Meßvorrichtung können die Kennlinien des Zirkulators 2 daher präzise auf einfache Weise gemessen werden.
Eine Meßvorrichtung für ein Gerät mit vier Öffnungen mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter sollte als Kombination aus vier Meßvorrichtungen 6 aufgebaut sein. Die Meßvorrichtung 6 kann zur Auswertung anderer Geräte mit einem Anschluß mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter genauso gut verwendet werden wie bei dem Oszillator 1. Wenn die Ergebnisse der Auswertung des Oszillators 1, des Zirkulators und des Mischers gut sind, werden diese Geräte in den entsprechenden Ausnehmungen 710 der leitenden Platte 71 des Montiergehäuses 7 aufgeschraubt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, werden der Oszillator 1, der Zirkulator 2 und der Mischer in der Nähe von oder im Kontakt mit den dielektrischen Streifen 72, 73, 74, 75 und 76 aufgeschraubt. Demgemäß ist nicht zu befürchten, daß das Aufschrauben die Kennlinien des Oszillators, des Zirkulators 2 und des Mischers verändern wird, und diese Geräte können die Kennlinien so vorführen, wie sie bei der Auswertung unter Verwendung der Meßvorrichtungen 6 und 6C gemessen wurden. Folglich ist der hergestellte integrierte Schaltkreis gut hinsichtlich seiner Produktivität und Verläßlichkeit.
Obwohl in Fig. 1 der Oszillator 1, der Zirkulator 2 und der Mischer auf die leitende Platte 71 geschraubt sind, ist es möglich, Lötmetall oder leitende Paste zu verwenden, um die Geräte auf der leitenden Platte 71 zu fixieren.
Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht eines integrierten Hochfrequenzschaltkreises, welcher eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Dieselben Teile und Bauelemente, welche in der Ausführungsform aus Fig. 1 verwendet werden, sind mit denselben Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibung wird fortgelassen. Der entscheidende Punkt bei dieser Ausführungsform ist, daß die obere leitende Platte 70 drei Fenster 702 aufweist, durch welche der Oszillator 1, der Zirkulator 2 und der Mischer in dem Montiergehäuse 7 montiert werden. Diese Fenster 702 sind direkt über den Ausnehmungen 710 der unteren leitenden Platte 71 positioniert.
Nach dieser Ausführungsform wird die obere leitende Platte 70 auf die untere leitende Platte 71 geschraubt bevor der Oszillator 1, der Zirkulator 2 und der Mischer in dem Montiergehäuse 7 montiert werden. Dadurch können die dielektrischen Streifen 72, 73, 74, 75 und 76 sowie die nicht-reflektierenden Enden 75a zwischen den leitenden Platten 70 und 71 fixiert werden. Dies eliminiert den Prozeß des Verklebens der dielektrischen Streifen 72 bis 76 sowie der nicht-reflektierenden Enden 75a mit der unteren leitenden Platte 71. Dadurch kann die Massenproduzierbarkeit des Montiergehäuses 7 verbessert werden. Nach dem Zusammenschrauben der oberen leitenden Platte 70 mit der unteren leitenden Platte 71 werden der Oszillator 1, der Zirkulator 2 und der Mischer im Gehäuse 7 geführt durch die entsprechenden Fenster 702 montiert. Hierdurch können die dielektrischen Streifen dieser Geräte präzise in Kontakt mit den dielektrischen Streifen des Montiergehäuses 7 gebracht werden. Ein integrierter Schaltkreis kann daher auf einfache Weise hergestellt werden und eignet sich für die Massenproduktion. Zusätzlich können der Oszillator 1, der Zirkulator und der Mischer ausgetauscht werden ohne die leiten Platten 70 und 71 zu trennen, und dies ist für die Wartung komfortabel.
In den obigen Ausführungsformen sind die Geräte mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter ein Oszillator, ein Zirkulator und ein Mischer. Jedoch ist die vorliegende Erfindung anwendbar für einen integrierten Hochfrequenzschaltkreis, welcher andere Geräte mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter verwendet. Obwohl die Ausführungsformen integrierte Schaltkreise sind, die in einem Millimeterwellenband arbeiten, ist die vorliegende Erfindung auf integrierte Schaltkreise anwendbar, die in einem Mikrowellenband arbeiten.

Claims

1. Ein integrierter Hochfrequenzschaltkreis umfassend:

eine Vorrichtung (1; 2) mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter umfassend:

ein Paar erster leitender Platten (10, 11; 20,21), die in festgelegtem Abstand zueinander parallel sind;

einen ersten dielektrischen Streifen (12; 22), der zwischen den ersten leitenden Platten (10, 11; 20, 21) angeordnet ist;

eine ebene Montierfläche (19a; 29a), die auf einer der ersten leitenden Platten (10, 11; 20, 21) ausgebildet ist; und

eine Endfläche (19b; 29b), die an einem Ende der ersten leitenden Platten (10, 11; 20, 21) ausgebildet ist, derart, daß sie vertikal zu einer Richtung, in der eine elektromagnetische Welle in dem ersten dielektrischen Streifen (12; 22) propagiert wird, ist, wobei ein Ende (12a, 22a) des ersten dielektrischen Streifens (12; 22) an der Endfläche (19b; 29b) bloßgelegt ist; und

ein Gehäuse (7) mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter, in das die Vorrichtung (1; 2) mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter eingebaut ist, das Gehäuse umfassend:

ein Paar von zweiten leitenden Platten (70, 71), die in festgelegten Abstand zueinander parallel sind, wobei die Vorrichtung (1; 2), mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter zwischen den zweiten leitenden Platten (70, 71) angeordnet ist; und

einem zweiten dielektrischen Streifen (72, 73, 74, 75, 76), der zwischen den zweiten leitenden Platten (70, 71) angeordnet ist.

2. Integrierter Hochfrequenzschaltkreis nach Anspruch 1, in dem das bloßgelegte Ende (12a; 22a) des ersten dielektrischen Streifens (12; 22) nahe einem Ende des zweiten dielektrischen Streifen (72, 73, 74, 75, 76) ist.

3. Integrierter Hochfrequenzschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem das bloßgelegte Ende (12a; 22a) des ersten dielektrischen Streifens (12; 22) mit einem Ende des des zweiten dielektrischen Streifen (72, 73, 74, 75, 76) in Kontakt steht.

4. Integrierter Hochfrequenzschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem das bloßgelegte Ende (12a; 22a) des dielektrischen Streifens (12; 22) einen Vorsprung aufweist, der von der Endfläche (19b; 29b) der ersten leitenden Platten (10, 11; 20, 21) vorsteht.

5. Integrierter Hochfrequenzschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem das bloßgelegte Ende (12a; 22a) des dielektrischen Streifens (12; 22) eine Ausnehmung aufweist, die von der Endfläche (19b; 29b) der ersten leitenden Platten (10, 11; 20, 21) zurückgezogen ist.

6. Integrierter Hochfrequenzschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem die Vorrichtung mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter ein Ozillator (1) ist.

7. Integrierter Hochfrequenzschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem die Vorrichtung mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter ein Zirkulator (2) ist.

8. Integrierter Hochfrequenzschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem eine der zweiten leitungen Platten (70, 71) ein Fenster (702) aufweist, durch das die Vorrichtung (1; 2) mit einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter in das Gehäuse (7) eingebaut ist.

9. Integrierter Hochfrequenzschaltkreis nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Antenne (8), die in dem Gehäuse (7) vorgesehen ist.