DE69830765T2

DE69830765T2 - Dielektrische Wellenleiter

Info

Publication number: DE69830765T2
Application number: DE69830765T
Authority: DE
Inventors: Toru Nagaokakyo-shi Tanizaki; Hiroshi Nagaokakyo-shi Nishida; Atsushi Nagaokakyo-shi Saitoh
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: JP3120757B2; EP0886335A2; DE69830765D1; EP0886335B1; EP0886335A3; US6031433A; JPH118504A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen dielektrischen Wellenleiter, insbesondere auf einen dielektrischen Wellenleiter zur Verwendung in einer Übertragungsleitung oder einer integrierten Schaltung für das Millimeterwellenband.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Kürzlich wurde die Bedeutung einer Millimeterwelle erhöht. Um eine Verbesserung bei einer Millimeterwellentechnik zu erreichen, ist die Integrierte-Schaltung-Technik unverzichtbar. Verschiedene Arten dielektrischer Wellenleiter wurden vorgeschlagen, um den Übertragungsverlust des Hochfrequenzsignals bei einer integrierten Schaltung zu reduzieren. Zum Beispiel weist eine dielektrische Leitung vom normalen Typ einen dielektrischen Streifen auf, der zwischen zwei parallelen, elektrisch leitfähigen Platten vorgesehen ist. Auf ähnliche Weise weist ein dielektrischer Wellenleiter vom gerillten Typ einen dielektrischen Streifen auf, der zwischen zwei elektrisch leitfähigen Platten vorgesehen ist. Ein dielektrischer Streifen ist in Rillen eingefügt, die auf der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Platten vorgesehen sind. Ein dielektrischer Wellenleiter vom geflügelten Typ weist ein Paar aus gegenüberliegenden dielektrischen Platten, eine dielektrische Leitung, die zwischen den dielektrischen Platten vorgesehen ist, und Elektrodenplatten, die auf den äußeren Oberflächen der dielektrischen Platten aufgebracht sind, auf.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen weiteren neuen Typ eines dielektrischen Wellenleiters vorgeschlagen. Der dielektrische Wellenleiter ist in einer offengelegten, japanischen Patentanmeldung Nr. Tokkai-Hei-9-23109 offenbart. Der dielektrische Wellenleiter weist einen dielektrischen Streifen und eine Schaltungsplatine auf, beide vorgesehen zwischen zwei elektrisch leitfähigen Platten. Die Schaltungsplatine kann in der Nähe des dielektrischen Streifens vorliegen, um die Elektromagnetfeldkopplung zwischen einem Schaltungselement auf der Schaltungsplatine und dem dielektrischen Streifen zu erreichen. Stattdessen kann ein Teil einer Schaltungsplatine in den dielektrischen Streifen eingefügt sein, um die Elektromagnetfeldkopplung zwischen einem Schaltungselement auf der Schaltungsplatine und dem dielektrischen Streifen zu erreichen.
Um jedoch die Elektromagnetfeldkopplung zwischen dem Schaltungselement und dem dielektrischen Streifen, oder die Elektromagnetfeldkopplung zwischen einer Streifenleitung auf der Schaltungsplatine einzustellen, ist es notwendig, die umfasste Schaltungsplatine sorgfältig anzuordnen. Es besteht dieselbe Schwierigkeit beim Anordnen eines dielektrischen Resonators zum elektromagnetischen Koppeln mit einem dielektrischen Wellenleiter vom normalen Typ, gerillten Typ oder geflügelten Typ.
Die EP-A1-0 767 507 bezieht sich auf dielektrische Wellenleiter. Ein Ausführungsbeispiel der dielektrischen Wellenleiter, die in der EP-A1-0 767 507 offenbart sind, weist dielektrische Bauglieder auf, die entsprechende hervorstehende Abschnitte aufweisen, um einen dielektrischen Wellenleiter zu bilden. Leitfähige Filme sind auf den äußeren Oberflächen der dielektrischen Bauglieder angeordnet. Eine Schaltungsplatine, die mit Streifenleitungen versehen ist, ist sandwichartig zwischen den dielektrischen Baugliedern angeordnet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ausrichtung eines dielektrischen Streifens und einer Schaltungsplatine zur Zeit des Aufbaus eines dielektrischen Wellenleiters zu ermöglichen, und somit die Charakteristika der hergestellten, dielektrischen Wellenleiter zu stabilisieren.
Diese Aufgabe wird durch einen dielektrischen Wellenleiter gemäß Anspruch 1 erreicht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, weist ein dielektrischer Wellenleiter ein Dielektrikum mit aufeinanderfolgenden Abschnitten, deren Dicke größer ist als die der anderen Abschnitte des Dielektrikums, ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden, die auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Dielektrikums angeordnet sind, wobei die aufeinanderfolgenden Abschnitte eine Ausbreitungsregion mit dem Paar der gegenüberliegenden Elektroden bilden, und eine Schaltungsanordnung auf, die in dem Dielektrikum vorgesehen ist, um elektromagnetisch mit den aufeinanderfolgenden Abschnitten gekoppelt zu sein. Da die Schaltungsanordnung an den willkürlichen Positionen innerhalb des Dielektrikums unter Verwendung von z. B. einer Drucktechnik angeordnet werden kann, ist eine Schaltungsplatine nicht notwendig zum Implementieren einer Schaltungsanordnung in den dielektrischen Wellenleiter. Dies trägt zu einer Größenreduzierung eines dielektrischen Wellenleiters bei.
Ein Teil der Schaltungsanordnung kann ein Leitungs-Leiter sein. Durch Einfügen eines Leitungs-Leiters in die Ausbreitungsregion des dielektrischen Wellenleiters können der Leitungs-Leiter und das Paar aus gegenüberliegenden Elektroden eine Triplate-Leitung bilden. Eine Leitungsumwandlung wird ausgeführt zwischen der Triplate-Leitung und einem dielektrischen Wellenleiter.
Die Schaltungsanordnung kann eine elektronische Komponente sein. Zum Beispiel kann ein kompaktes Millimeterwellen- Schaltungsmodul umfasst sein, durch Einlagern eines Oszillators und einer Detektorschaltung in den dielektrischen Wellenleiter.
Eine Kammer kann in der Innenseite eines Dielektrikums vorgesehen sein, und der dielektrische Resonator, der von einem Dielektrikum hervorsteht, kann in einer Kammer vorgesehen sein. Der dielektrische Resonator ist vorzugsweise in der Nähe der Ausbreitungsregion vorgesehen, um die Elektromagnetfeldkopplung zwischen denselben zu verursachen. Der Vorsprung des dielektrischen Resonators kann z. B. durch Formbildung gebildet werden. Ein Positionieren des dielektrischen Resonators ist nicht notwendig, wenn der dielektrische Wellenleiter angeordnet wird.
Ein weiterer dielektrischer Resonator kann in der Kammer gebildet sein, um ein dielektrisches Filter mit einem anderen dielektrischen Resonator zu bilden.
Es ist ebenfalls möglich, den dielektrischen Resonator als einen primären Strahler einer Antennenvorrichtung zu verwenden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine perspektivische Ansicht eines dielektrischen Wellenleiters gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei ein Teil eines oberen dielektrischen Substrats zu Erklärungszwecken gebrochen ist.
1B ist eine Querschnittansicht des dielektrischen Wellenleiters aus 1A.
2 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines dielektrischen Wellenleiters gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine perspektivische Ansicht des dielektrischen Wellenleiters aus 2.
4A ist eine Querschnittansicht des dielektrischen Wellenleiters aus 3 im Hinblick auf die Line A-A.
4B ist eine Querschnittansicht des dielektrischen Wellenleiters aus 3 im Hinblick auf die Line B-B.
5 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines dielektrischen Wellenleiters gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Querschnittansicht eines dielektrischen Filters, der in dem dielektrischen Wellenleiter aus 5 hergestellt ist.
7A ist eine Querschnittansicht des dielektrischen Wellenleiters aus 5.
7B ist eine Querschnittansicht des dielektrischen Wellenleiters aus 5.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines dielektrischen Wellenleiters gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
9A und 9B sind Querschnittansichten des dielektrischen Wel lenleiters aus 8.
10 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines dielektrischen Wellenleiters gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine perspektivische Ansicht des dielektrischen Wellenleiters aus 10.
12A und 12B sind Querschnittansichten des dielektrischen Wel lenleiters aus 10.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
1(A) und (B) zeigen die Struktur eines dielektrischen Wellenleiters gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dielektrische Substrate 1 und 2 sind laminiert. Die dielektrischen Substrate 1 und 2 weisen Vorsprünge 1a bzw. 2a auf. Die dielektrischen Substrate sind so laminiert, dass die Vorsprünge 1a und 2a ausgerichtet sind. Elektroden 3 und 4 sind in der im Wesentlichen ganzen Oberfläche jeder dielektrischen Platte vorgesehen.
Das Dielektrikum, das zwischen den Vorsprüngen 1a und 1b, den Vorsprüngen 1a und 2a und dem Paar aus gegenüberliegenden Elektroden 3 und 4 vorgesehen ist, bildet eine Ausbreitungsregion. Ein anderes Dielektrikum als die Ausbreitungsregion und das Paar aus Elektroden 3 und 4 bildet eine Grenzregion. Leitungs-Leiter 5a und 5b können auf dem dielektrischen Substrat 1 vorgesehen sein. Der Leitungs-Leiter 5a kann sich zu der Ausbreitungsregion erstrecken. In der Ausbreitungsregion bilden die Leitungs-Leiter 5a, die Elektroden 3 und 4 und das Dielektrikum zwischen den Vorsprüngen eine Triplate-Leitung.
Die elektronischen Komponenten 6, wie z. B. eine Halbleitervorrichtung, können mit den Leitungs-Leitern 5a und 5b verbunden sein.
Der dielektrische Wellenleiter kann durch z. B. den nachfolgenden Prozess hergestellt werden:
Zuerst wird das dielektrische Substrat 2 durch Formbildung gebildet. Beliebige Materialtypen, wie z. B. Keramik, ein Harz, können als das Dielektrikum verwendet werden. Als nächstes wird eine Schaltungsstruktur auf das dielektrische Substrat 2 aufgebracht. Dann wird das obere dielektrische Substrat 3 mit Hilfe einer Formgebung gebildet. Schließlich werden die Elektroden 2 und 3 auf die obere und unter Oberfläche des Dielektrikums aufgebracht.
Die Struktur des dielektrischen Wellenleiters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird Bezug nehmend auf 2, 3, 4A und 4B beschrieben. Ein Paar aus dielektrischen Substraten 1 und 2 wird laminiert, wie in 3 gezeigt ist, wobei die dielektrischen Substrate der Übersichtlichkeit halber getrennt gezeigt sind.
3 zeigt den dielektrischen Wellenleiter gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4(A) ist eine Querschnittansicht der Linie A-A aus 3. 4(B) ist eine Querschnittansicht der Linie B-B aus 3.
Ähnlich zu dem dielektrischen Wellenleiter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bilden die Vorsprünge 1a und 2a, das Dielektrikum zwischen den Vorsprüngen und die Elektroden 3 und 4 eine Ausbreitungsregion. Die Elektroden 3, 4 können Elektrodenschichten sein, die im Wesentlichen auf allen Außenoberflächen der dielektrischen Substrate 1 und 2 gebildet sind. Ein Schlitz 11 ist auf der oberen Oberfläche eines Hohlraums 9 vorgesehen. Eine Elektrodenschicht ist nicht in dem Schlitz 11 gebildet.
Die Leitungs-Leiter 5a und 5b können auf dem dielektrischen Substrat 1 gebildet sein. Der Leitungs-Leiter 5a überkreuzt den Ausbreitungsabschnitt. Der Leitungs-Leiter 5a, die Elektroden 3 und 4 und das Dielektrikum unter den Vorsprüngen bilden eine Triplate-Leitung. Die Schottky-Barriere-Diode 6 kann mit den Leitungs-Leitern 5a und 5b verbunden sein. Ein Ende des Leitungs-Leiters 5a ist mit Masse über eine HF-Filterstruktur verbunden. Eine andere HF-Filterstruktur ist mit einem Ende des Leitungs-Leiters verbunden. Eine DC-Vorspannungsschaltung ist ferner mit der HF-Filterstruktur verbunden.
Aushöhlungen 21 und 22 sind in der Nähe des Endes der Vorsprünge 1a und 2a vorgesehen. Wenn die dielektrischen Substrate 1 und 2 laminiert werden, werden die Hohlräume 21 und 22 ausgerichtet, um eine einzelne Kammer zu bilden. Ein Teil der Ausbreitungsregion ist innerhalb der Aushöhlung freiliegend und bildet ein Leerlaufende. Durch Einstellen der Distanz zwischen dem Leerlaufende und dem Leitungs-Leiter 5a wird die elektromagnetische Kopplung zwischen der Triplate-Leitung und der Ausbreitungsregion eingestellt.
Die elektromagnetische Welle, die sich über den dielektrischen Wellenleiter ausbreitet, wird zu der Schottky-Barriere-Diode 6 über das Leerlaufende und den Leitungs-Leiter 5a übertragen. Die elektromagnetische Welle wird durch die Schottky-Barriere-Diode erfasst.
Ferner werden die Erweiterungs-Teile 9 und 10 der dielektrischen Platten 1 und 2 in einem anderen Ende des Vorsprungs 1a und 2a vorgesehen. Die Erweiterungs-Teile 9 und 10 werden zur Zeit der Herstellung des dielektrischen Substrats 1 und 2 mit Hilfe von z. B. Formgebung gebildet. Ferner werden zylinderförmige Vorsprünge 7 und 8 in den Erweiterungsteilen vorgesehen. Durch Ausrichten der Vorsprünge 7 und 8 wird ein dielektrischer Resonator gebildet. Ferner wird ein Hohlraum durch Ausrichten der Erweiterungsteile 9 und 10 miteinander gebildet.
Der dielektrische Resonator wirkt als ein primärer Strahler einer Antenne. Eine dielektrische Linse kann über dem Schlitz 11 angeordnet sein, um die Diversität der Antenne zu verbessern. Der dielektrische Resonator wird durch die elektromagnetische Welle erregt, die auf den Schlitz 11 einfällt, zusammen mit der Hauptachse des dielektrischen Resonators. Das einfallende Signal wird zu dem dielektrischen Wellenleiter übertragen und breitet sich innerhalb der Ausbreitungsregion in der LSM-Mode aus.
Als nächstes wird ein dielektrischer Wellenleiter gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt, Bezug nehmend auf 5 – 7. Hohlräume 18 und 19 sind auf halbem Weg einer Ausbreitungsregion vorgesehen. Eine Ausrichtung der Aushöhlungen 18 und 19 bildet einen Hohlraum in der Mitte der Ausbreitungsregion. Ein dielektrisches Filter 12 wird in den Hohlraum eingefügt. Das dielektrische Filter 12 besteht aus den Elektroden 12 und 14, die auf der oberen/unteren Oberfläche des dielektrischen Substrats 17 angeordnet sind, und den Öffnungen 15a und 15b in den Elektroden 13. Die Öffnungen 16a und 16b derselben Form sind ebenfalls in der Elektrode 14 vorgesehen. Diese Öffnungen 15a und 16a und 15b und 16b liegen sich jeweils gegenüber. Der Querschnitt des oben erwähnten, dielektrischen Filters ist in 6 gezeigt. Der Bereich zwischen den Öffnungen 15a und 16a und der Bereich zwischen den Öffnungen 15b und 16b bildet dielektrische TE010-Mode-Resonatoren. Wie in 7A gezeigt ist, ist das dielektrische Filter 12 in dem Hohlraum vorgesehen. Die dielektrischen Substrate 1 und 2 und die dielektrischen Resonatoren sind isoliert. Eine Aussparung ist in der Seitenwand des Hohlraums gebildet, um das dielektrische Filter 12 zu tragen. Die gegenüberliegenden Kanten des dielektrischen Filters 12 werden durch die Aussparung getragen.
Der Hohlraum funktioniert als eine Grenzregion. Einer der dielektrischen Resonatoren in der Grenzregion bildet eine elektromagnetische Kopplung mit der Ausbreitungsregion des dielektrischen Wellenleiters. Der dielektrische Resonator bildet ferner eine Kopplung mit einem anderen dielektrischen Resonator, der ferner eine Kopplung mit der Ausbreitungsregion des dielektrischen Wellenleiters bildet. Anders ausgedrückt können die Ausbreitungsregionen, die durch den Hohlraum getrennt sind, miteinander eine Kopplung über das dazwischenliegende, dielektrische Filter 12 bilden.
8 und 9 zeigen die Struktur eines dielektrischen Wellenleiters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Aushöhlung ist in einem Teil der Ausbreitungsregion vorgesehen. Die Aushöhlung ist mit den dielektrischen Substraten 1a und 2a umgeben. Wie in 9A und 9B gezeigt ist, sind die dielektrischen Substrate 1 und 2 so geformt, dass ein dielektrischer Stab 1b und 2b zusammen einen einzelnen dielektrischen Stab in der Aushöhlung bilden. Die Öffnung der Aushöhlung wird durch das oben erwähnte dielektrische Filter 12 abgedeckt. Ferner ist das dielektrische Filter 12 mit der Abdeckung 20 abgedeckt, die aus Metall hergestellt ist.
Der Pfeil in 9A zeigt die Verteilung des Magnetfeldes. Die Aushöhlung bildet eine Grenzregion. Die Ausbreitungsregion und das dielektrische Filter 12 bilden eine Kopplung miteinander. Folglich werden die Ausbreitungsregionen, die durch die Aushöhlung getrennt werden, elektromagnetisch miteinander gekoppelt.
10 – 12 zeigen die Struktur eines dielektrischen Wellenleiters gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Eine Aushöhlung ist in einer Ausbreitungsregion vorgesehen, wie bei den oben erwähnten Beispielen. In der Aushöhlung sind dielektrische Vorsprünge 7a, 7b, 8a und 8b (12) vorgesehen. Wenn die dielektrischen Substrate 1 und 2 laminiert werden, werden die Vorsprünge ausgerichtet, um jeweilige dielektrische Resonatoren zu bilden.
11 ist eine perspektivische Ansicht des angeordneten, dielektrischen Wellenleiters. 12A ist eine Querschnittansicht über eine Oberfläche entlang der Ausbreitungsregion aus 11. 12B ist eine Querschnittan sicht im Hinblick auf die Ebene, die die Ausbreitungsregion kreuzt. Die dielektrischen Resonatoren arbeiten in der TE011-Mode. Das Beispiel zeigt den dielektrischen Wellenleiter, der ein Bandpassfilter umfasst, das die zwei Resonatoren aufweist.
Durch die ähnliche Technik ist es ebenfalls möglich, einen dielektrischen Wellenleiter herzustellen, der einen Verstärker oder einen Oszillator in der Ausbreitungsregion aufweist, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen denselben zu verursachen.

Claims

Ein dielektrischer Wellenleiter, der folgende Merkmale aufweist: zwei dielektrische Substrate (1, 2), die aufeinander laminiert sind; ein Paar von gegenüberliegenden Vorsprüngen (1a, 2a), die von der Außenoberfläche der jeweiligen laminierten dielektrischen Substrate (1, 2) hervorstehen, Elektroden (3, 4), die auf den Außenoberflächen des jeweiligen laminierten dielektrischen Substrats (1, 2) angeordnet sind, um eine Ausbreitungsregion mit den Vorsprüngen (1a, 2a) zu bilden, wobei nicht hervorstehende Abschnitte eine abgeschnittene Region bilden; eine Schaltungsstruktur (5a, 5b, 6), die auf der Innenoberfläche von zumindest dem einen (2) der zwei laminierten dielektrischen Substrate (1, 2) angeordnet ist, wobei die dielektrischen Substrate (1, 2) direkt aufeinander laminiert sind, wobei die Schaltungsstruktur (5a, 5b, 6) zwischen denselben angeordnet ist.
Ein dielektrischer Wellenleiter gemäß Anspruch 1, bei dem die Schaltungsstruktur einen Leitungsleiter (5a, 5b) umfasst, wobei zumindest ein Teil (5a) desselben in die Ausbreitungsregion eingefügt ist.
Ein dielektrischer Wellenleiter gemäß Anspruch 1, bei dem die Schaltungsstruktur (5a) eine Triplateleitung mit den planaren Elektroden (3, 4) bildet, wobei die Triplateleitung mit dem dielektrischen Wellenleiter gekoppelt ist, um eine Leitungsumwandlung zu erreichen.
Ein dielektrischer Wellenleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner folgende Merkmale aufweist: eine elektronische Komponente (6), die auf der Innenoberfläche von zumindest dem einen (2) der zwei laminierten dielektrischen Substrate (1, 2) angeordnet ist.
Ein dielektrischer Wellenleiter gemäß Anspruch 1, der ferner folgendes Merkmal aufweist: einen dielektrischen Resonator (7, 8) der aus dem Dielektrikum (1, 2) hervorsteht, um mit dem dielektrischen Wellenleiter zu koppeln.
Ein dielektrischer Wellenleiter gemäß Anspruch 1, der ferner folgende Merkmale aufweist: eine Kammer, die in dem dielektrischen Substrat (1, 2) vorgesehen ist, wobei die Kammer in der Nähe der Ausbreitungsregion angeordnet ist einen dielektrischen Resonator (7a, 8a), der in der Kammer angeordnet ist, wobei der dielektrische Resonator (7a, 8a) von einer Wand der Kammer hervorsteht.
Ein dielektrischer Wellenleiter gemäß Anspruch 6, der ferner einen anderen zweiten dielektrischen Resonator (7b, 8b) aufweist, der in der Kammer angeordnet ist, wobei der zweite dielektrische Resonator (7b, 8b) elektromagnetisch mit dem ersten Resonator (7a, 8a) gekoppelt ist, sodass der erste (7a, 8a) und der zweite (7b, 8b) Resonator ein Filter bilden.