專利名稱：毫米波信號轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及毫米波信號轉換器，更具體講涉及用于在兩個不同的幾何平面之間轉換毫米波信號的信號轉換器。
背景技術：
近些年對汽車的自動巡航控制(ACC)正得到普及。ACC允許用戶對他/她的機動車輛設置期望的速度和最小跟蹤距離。然后系統(tǒng)控制用戶機動車輛的速度，以確保維持最小跟蹤距離。這類系統(tǒng)的關鍵是雷達系統(tǒng)的有效執(zhí)行，這些雷達系統(tǒng)典型的是工作在77GHz范圍。這種系統(tǒng)必須能夠發(fā)送、接收和操作毫米波(mm-wave)信號。當使用大多數(shù)電子設備時，就具有持續(xù)不斷的壓力來縮小這種系統(tǒng)，以減少它們的空間和材料需要量。因此，這些系統(tǒng)的電路正變得更加緊湊和復雜，它們通過使用諸如堆棧電路工藝的技術來減少規(guī)模。采用堆棧電路，當工作在毫米波區(qū)域時就通常需要在電路襯底之間發(fā)送信號。例如，在ACC系統(tǒng)的應用中，收發(fā)器和天線被設置在厚支承板的兩側。這就必須在相對厚的金屬支承板的兩端上在兩個微波傳輸帶之間發(fā)送毫米波信號。發(fā)送是由本文使用的“信號轉換器(signal transition)”或“轉換器”來實現(xiàn)。對這種轉換器的設計對整個系統(tǒng)的性能很關鍵。
在電子電路中信號轉換的目的是采用最小的干擾和損耗將射頻(RF)能量從一端傳送到另一端。優(yōu)良信號轉換的關鍵要求是高回程損耗和低插入損耗。需要注意，一般這兩個規(guī)格是彼此獨立的，但必須同時獲得滿足。換句話說，使用特定的信號轉換可以獲得相對好的回程損耗，但不具備低的插入損耗，毫米波能量在轉換中會被吸收，因而減少了整個系統(tǒng)的性能。由于增加的導體和輻射損耗，低插入損耗在高頻中尤其重要。
現(xiàn)在本發(fā)明將更加詳細敘述設計為將電子信號從微波傳輸帶線路的橫平面轉送到與第一平面平行的另一個采用垂直連接的平面的轉換器，這是因為本發(fā)明將涉及這種結構。在標準多層印刷電路板(PCB)技術中應用的通孔是這種轉換器非常好的實例。這里的關鍵問題是垂直連接的電長度。隨著垂直連接長度的增加，轉換器的設計就變得更賦予挑戰(zhàn)性，這是由于增加了附加的電感。目前具有許多將信號從一個橫向平面板傳送到另一個橫向平面板的已報告的進展。例如，隨著它的變型使用垂直波導部分的微波傳輸帶到縫隙的轉換器是為實現(xiàn)這種目的多種常用技術中的一種。但是，這種方法具有很多缺點。首先，這種轉換器依賴共振現(xiàn)象來獲得良好的匹配。因此，它特別敏感在轉換器中幾何形狀的變化。另外，由于轉換器不具有反向短路，它會由于輻射而遭受相對高的插入損耗。由于可能出現(xiàn)在這種轉換器中的雜散輻射可以增加在毫米波系統(tǒng)中的串話或影響在毫米波系統(tǒng)中的天線模式，因此這就特別重要。另一種替換的方式，可以采用具有反向短路的E-平面探針通過波導部分來傳送能量的轉換。盡管這種方法在文獻資料中被很好制定，但是它具有在毫米波頻率中的明顯缺點。特別是，在這些頻率，必須按照在77GHz應用中分毫米的次序設定在容差內在微波傳輸帶探針上的反向短路。這很顯然是一項對大量制造的昂貴工序。

發(fā)明內容
因此，需要能夠克服前面所述背景技術中存在的困難的毫米波轉換器。本發(fā)明除其它優(yōu)點外，實現(xiàn)了上述的這種需要。
本發(fā)明提供一種克服現(xiàn)有技術中問題的毫米波信號轉換器。具體講，本發(fā)明的轉換器使用變換器來在橫電磁波模式(TEM)和波導模式之間轉換信號，而不依賴精確定位與波導有關的發(fā)送線來沿著波導發(fā)射信號。通過使用變換器，在TEM和波導模式之間的靈敏信號的轉換就在單一、模塊化的單元中被執(zhí)行，這通過使用公知的技術就可以自身提供大量的制造。一旦執(zhí)行在TEM和波導模式之間轉換信號的精確操作，轉換后的信號可以相對容易的被發(fā)送到正交配置的發(fā)送線或波導。如果為滿足需要，信號可以接著被轉換回TEM模式或波導模式的信號，用于沿著不同正交配置的發(fā)送線或波導來發(fā)送。這就允許在相對遠距離的電路之間在各種類型的發(fā)送線上進行信號的有效發(fā)送。
這種方法提供相對于現(xiàn)有技術方法在制造和性能方面的很多優(yōu)點。如上所述，由于TEM/波導模式的轉換在變換器(transducer)中執(zhí)行，這就可以使用公知的技術進行分離的制造，這就減輕在轉換器的其它元件之間對于緊容差配置的需要，從而促進了大規(guī)模制造技術和模塊化的實現(xiàn)。例如，波導不需要精密的與轉換線排列成行，而是可以通過支承板建立在相對寬松的鉆孔上。這個鉆孔可以適用于接收分離制造的、模塊化的波導填料，以幫助波導模式信號的傳播。另外，通過在模塊化轉換器中轉換TEM/波導模式，就不需要通過軟焊或其它耗時并且易于產(chǎn)生故障和性能變化的焊接技術來互連探針或類似的設備。變換器不僅簡化轉換的裝配，而且在其優(yōu)選的實施例中，它是平面的并消除了反向短路的需要，從而簡化了它的制造。因此，本發(fā)明在轉換器中對變換器的使用提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術的顯著制造優(yōu)勢。
除了本發(fā)明在制造方面的優(yōu)勢之外，它也提供優(yōu)于現(xiàn)有技術的重要性能優(yōu)勢。特別是，通過在相對簡單、模塊化單元中在TEM和波導模式之間的轉換，就消除了復雜的元件配置和附帶的低效和偏差。這就使得轉換器能提供具有低插入損耗和低反射損耗的一致性能。此外，由于通過轉換信號的模式而執(zhí)行在正交發(fā)送線之間的信號轉換，通過可以相對低的縱向中空波導損耗就限制了可以通信連接到平行發(fā)送線的信號的距離。這與現(xiàn)有技術裝置大不相同，現(xiàn)有技術裝置在發(fā)送超過10％操作信號波長的平行發(fā)送之間的毫米波信號時存在困難。最后，由于轉換器不使用探針或類似天線的裝置將信號發(fā)射到波導中，因此輻射損耗就非常低，也不需要反向短路。
因此，本發(fā)明的一個方面是提供一種使用變換器將毫米波信號從一個平面發(fā)送到另一個平面的轉換器。在優(yōu)選的實施例中，該轉換器包括(a)位于平行平面中的第一和第二發(fā)送線；(b)與第一和第二發(fā)送線相正交的第三發(fā)送線，其中所述第一和第二發(fā)送線適用于發(fā)送TEM模式信號，而第三發(fā)送線適用于發(fā)送中空波導模式信號；或者第三發(fā)送線適用于發(fā)送TEM模式信號，而第一和第二發(fā)送線適用于發(fā)送波導模式信號；以及(c)第一和第二變換器，第一變換器連接在所述第一和第三發(fā)送線之間，第二變換器連接在第二和第三發(fā)送線之間，每個變換器適用于轉換在TEM和中空波導模式之間的信號。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種通過使用包含變換器的轉換器將毫米波信號從第一平面發(fā)送到第二平面的方法。在優(yōu)選的實施例中，該方法包括(a)在第一平面中沿著第一發(fā)送線發(fā)送毫米波信號；(b)使用一變換器將所述信號從TEM模式和波導模式中的一個模式轉換成所述TEM模式和所述波導模式中的另一個模式；(c)在所述另一個模式中沿著與所述第一發(fā)送線相正交的第三發(fā)送線將所述信號發(fā)送到與所述第一平面相平行的第二平面；(d)將所述信號轉換回所述一個模式；以及(e)在所述第二平面中沿著第二發(fā)送線發(fā)送在所述一個模式中的所述信號。
本發(fā)明的再一個方面提供一種可自身提供大規(guī)模制造的制造轉換器的方法。在優(yōu)選的實施例中，該方法包括(a)提供支承板；(b)在所述支承板中鉆孔以形成波導；(c)在所述孔中插入波導填料；(d)提供所述第一和第二毫米波板，每個板包括集成的發(fā)送線和具有波導部分的變換器；(e)將所述第一和第二毫米波板固定在所述支承板的每一側，以使轉換線與波導正交，波導與每個變換器的波導部分在軸向排列成行。
本發(fā)明另外一個方面是提供一種結合本發(fā)明轉換器的系統(tǒng)。在優(yōu)選的實施例中，該系統(tǒng)包括采用上述轉換器的ACC系統(tǒng)。


現(xiàn)在將參照相應附圖敘述本發(fā)明的實施例。在優(yōu)選的實施例中，系統(tǒng)包括具有上面敘述的轉換器的ACC系統(tǒng)。
圖1顯示本發(fā)明轉換的一個優(yōu)選實施例。
圖2顯示圖1轉換器的襯底。
圖3顯示用于圖1轉換器的波導填料。
圖4a和4b顯示用于圖1轉換器的性能數(shù)據(jù)。
具體實施例方式
參照圖1，顯示本發(fā)明信號轉換器1的一個優(yōu)選實施例。作為本文中所使用的，術語“轉換器”是指可用于從一個橫平面?zhèn)魉秃撩撞ㄐ盘柕搅硪粋€橫平面的任何裝置，這些裝置不論是整體、整型或是分離元件的集成。作為本文中使用的，術語“毫米波信號”是指可以以多種不同形式傳播的高頻電子信號，包括例如以橫電磁(TEM)模式或以波導模式傳播的高頻電子信號。作為本文中使用的，術語“TEM模式”集合性地指真TEM模式和準TEM模式。TEM、準TEM和中空波導領域的概念已經(jīng)非常公知，這里將不特別專注。進行以下敘述就足夠了，在真TEM模式中電場、磁場和波形傳播的方向都彼此正交，然而在準TEM模式中，盡管存在很小的縱向電場和磁場分量，但是電場、磁場和波形傳播的方向大體上來講都彼此正交。本文使用的術語“中空波導模式”是指磁場能量在波導中傳播的模式。使用術語“中空”表示波導并沒有作為同軸波導中的中心導體。然而，它可以具有電介質填料以改變傳播的特性。因此，波導的類型可以不支持TEM模式傳播。中空波導模式也很公知，它依賴于信號所預定傳播的波導類型。例如，矩形波導的基本模式是TE10模式，而圓形波導的基本模式是TE01模式。
轉換器1包括第一和第二平行發(fā)送線2a、2b和與第一和第二發(fā)送線2a、2b正交的第三發(fā)送線4。在該特定實施例中，第一和第二發(fā)送線結合在第一和第二毫米波板6，7中，它們是在不同的橫向板上。第一和第二發(fā)送線2a、2b適用于發(fā)送TEM模式的信號，而第三發(fā)送線4是配置在支承板5中的波導4a，它適用于發(fā)送波導模式的信號。轉換器1也包括分別在第一和第二毫米波板6，7上的第一和第二變換器3a、3b。第一變換器3a連接在第一和第三發(fā)送線2a、4之間，而第二變換器3b連接在第二和第三發(fā)送線2b、4之間。每個變換器在TEM模式和波導模式之間轉換信號。這些元件將在下文進行更詳細的敘述。
在圖1的實施例中，本發(fā)明的第一和第二發(fā)送線2a、2b適用于分別發(fā)送到達和來自第一和第二變換器3a、3b的TEM模式信號，而第三發(fā)送線4是適用于發(fā)送在變換器之間波導模式信號的波導4a。然而，在本發(fā)明的范圍內，發(fā)送線的功能可以被倒置，即第一和第二發(fā)送線來代替波導，同時第三發(fā)送線是適用于支持在兩個變換器之間TEM模式信號的一般發(fā)送線。發(fā)送線的特定配置依賴于期望的應用。例如，由于微波傳輸帶線(例如，準TEM波導)被用于載波這種系統(tǒng)中的RF信號，由于第一和第二發(fā)送線在用于產(chǎn)生、接收和操作/解釋信號的其它電路中的預期結合，因此前者通常優(yōu)先選用在使用ACC系統(tǒng)中的裝配中。為了說明目的，討論將集中在使用波導在平行發(fā)送線之間發(fā)送毫米波信號的實施例上。
用于發(fā)送TEM和波導模式信號的發(fā)送線已經(jīng)非常公知。發(fā)送TEM信號的發(fā)送線的實例包括同軸線、電介質條狀線、微波傳輸帶線、共面波導(CPW)和翅片條。優(yōu)選的，至少一個適用于發(fā)送TEM信號的發(fā)送線是共面發(fā)送線，特別是微波傳輸帶。更優(yōu)選的，第一和第二發(fā)送線都是微波傳輸帶。
參照圖2，所示的第一毫米波板6包括第一發(fā)送線2a和第一變換器3a，優(yōu)選的，但并不是必須的，包括第二發(fā)送線2b和第二變換器3b的第二毫米波板7與第一毫米板相同，以使一個毫米板的配置可以應用于兩個面板。第一發(fā)送線2a包含微波傳輸帶21。如上所述，微波傳輸帶的配置已經(jīng)非常公知，它包括蝕刻在第一襯底26上的導電通路21。當導電通路21結合在ACC系統(tǒng)或其它基于毫米波的系統(tǒng)中時，它將外部電路連接或耦合到轉換器1。因此，短長度的導電通路21可以是傳送通信信號到達或來自毫米板上或分離電路板上的傳送線路的擴展。
微波傳輸帶可以包括所有熟知的導體，諸如銅、金、銀或鋁。微波傳輸帶的大小可以根據(jù)應用和所使用的材料來改變。例如，在具有2.2介電常數(shù)的5密耳(mil)厚Duroid 5880材料上，50-Ohm微波傳輸帶發(fā)送線是15密耳寬。
襯底26可以是提供支持導電通路21的平臺的任何結構。優(yōu)選的，襯底也適用于支持其它電和光的元件，諸如變換器(transducer)。導電通路21和其它元件可以設置在襯底中或襯底上，或者可以整體成形或與襯底集成。作為約定的方式，當提到關于襯底的元件位置時，術語“上”、“中”，“結合在”和“整體成形”在整個公開內容中都是可交換的使用。優(yōu)選的，襯底26是剛性的以提供對固定到它的電子元件的穩(wěn)定平臺，盡管本文也可以考慮使用可調的襯底。另外，襯底優(yōu)選為但并不必須為平面的。
除了它的物理配置之外，襯底通常是發(fā)送線或變換器的整體元件，因此，它的電子性能很重要。適用于襯底的材料包括具有介電常數(shù)大約2和10之間的電介質。適用于材料的例子包括氧化鋁，諸如砷化鎵和硅的單晶半導體，單晶藍寶石，玻璃，石英和諸如Teflon的塑料。滿意的結果是所獲得的Duroid5880(基于Teflon的材料，通過Rogers股份有限公司可商業(yè)獲得)的襯底，它具有有效的2.2介電常數(shù)。
襯底將被設置成足夠大小，以提供對第一導電通路21最好是第一變換器3a的充分基座，盡管可以認識到變換器和發(fā)送線可以由分離的襯底和經(jīng)過適用于連接在相同平面上不同發(fā)送線之間的TEM模式信號的其它轉換器來支承(公知)。本領域的熟練技術人員可以確定對于特定襯底材料的厚度。
在圖1顯示的實施例中，第三發(fā)送線4是用于發(fā)送波導形式的信號的波導4a。波導是公知內容，它包括各種形狀、橫截面和長度的中空、實心和填充的波導。優(yōu)選的，波導是已知容易制造的填充矩形波導。本領域的普通技術人員可以理解盡管本文敘述的是矩形波導，但本發(fā)明也可以應用具有不是直線的幾何形狀橫截面的波導，例如圓形橫截面的波導。
參照圖1，波導是由通過支承板5的管道或內徑孔所確定的中空矩形波導。除了確定波導之外，支承板5可以根據(jù)需要添加剛性，以使它更堅固。例如，在圖1顯示的實施例中，支承板5包括相對厚、硬的材料，諸如金屬板5a，用于支持第一和第二毫米波板6，7。
在圖1顯示的實施例中，內徑孔被填充了獨立準備的具有如圖3中所示的矩形橫截面的介電質填料31。該介電質填料31具有厚材料敷層10和介電材料11。在填料31中使用的介電材料11可以從很寬范圍的材料中選擇。合適的材料傾向于具有大約2.2到大約12.9范圍的介電常數(shù)，和大約0.001到大約0.1范圍的損耗因數(shù)。合適材料的例子包括陶瓷、特氟綸(Teflon)、GaAs和硅，它們是通常使用的毫米波板材料或用于單片微波電路的襯底。例如，所獲得的合適結果是使用具有9.6介電常數(shù)和0.001損耗因數(shù)的氧化鋁。對于該應用，板背面金屬將會相對厚。例如，所獲得的合適結果是使用17密耳的氧化鋁材料和8密耳的氧化鋁。重要的是選擇正確的介電厚度，以匹配變換器4波導部分的特性阻抗(下文敘述)。這通過使用全波電磁模擬器能夠容易的實現(xiàn)。
在通過設計過程確定介電的厚度和填料材料的背面金屬之后，它們被切割成直角棱鏡的形狀，以形成完全的介電襯底填料31，并投入到以前在金屬板5a中準備的矩形孔口中。采用這種方式，矩形介電填料的波導4就形成在金屬板5a中，它用于從金屬板5a的一側向另一側傳送毫米波能量。
波導4的長度可以與支承板5的厚度相同，或等于在第一和第二發(fā)送線2a、2b之間的縱向距離。這意味著波導可以具有大于毫米波信號的波長的10％的長度。例如，如果波長是2.8毫米(77GHz)，波導長度可以大于0.28毫米。該長度已經(jīng)在現(xiàn)有技術中被證明有問題，但是由于本發(fā)明使用了填充的波導部分來傳送毫米波能量，因此就可以通過采用相對低損耗的較厚支承板來傳送能量。在優(yōu)選的實施例中，波導部分的長度至少是0.25毫米，更佳的是至少1毫米，甚至是更好的1.5毫米。
第一和第二變換器3a、3b的作用是在TEM模式和波導模式之間轉換信號。使用變換器的原理在美國專利No.6,087,907中有討論，在此結合它的內容作為參考。參照圖2，第一變換器3a將在對第一毫米波板6中的相關內容進行詳述，可以理解第二變換器3b優(yōu)選與第一變換器相同，這樣本文的討論也可應用于第二變換器。
出于簡明的目的，第一變換器3a可以分離成三個不同的部分發(fā)送部分23，轉換部分24，波導部分25。變換器3a的發(fā)送部分23被電連接到第一發(fā)送線2a的導電通路21?？梢哉J識到變換器和發(fā)送線路可以被蝕刻到與發(fā)送線路相同的襯底上，因而就不會存在在這兩者之間的清楚界線。然而，這里出于充分討論的目的，在某些點22(可能假設)，導電通路21不再是發(fā)送線2a的部分，而是變換器3a的發(fā)送部分23的一部分。
發(fā)送部分23連接到轉換部分24。轉換部分24包括多個印制在第一襯底26上的導電轉換翅片28。翅片的作用是最小化變換器的反射損耗。每個翅片28被設置與TEM模式的傳播方向相垂直。在圖2中顯示的實施例中，每個翅片28被設置與它的那對翅片成直線，并位于轉換軌跡27的相反側，該轉換軌跡27與TEM軸在軸向上排列成行。在該實施例中，具有四對轉換翅片28。每個翅片28等于或大于操作頻率的四分之一波長，其中翅片的波長是從TEM軸到每個翅片末端來確定。例如，在提供的實施例中，中心操作頻率是77GHz。因此，在77GHz中心操作頻率處具有2.2介電常數(shù)的Duroid襯底中的四分之一波長的微波傳輸帶是大約40密耳。因此，在轉換軌跡27的相反側使用翅片28的轉換軌跡27的寬度總計大約等于或大于80密耳。替換的實施例根據(jù)期望的電子性能，也包括較少對的翅片28以及附加對的翅片28或包括轉換部分24的發(fā)送線。
在操作中，可以認為翅片28是作為發(fā)送線進行電工作。在操作頻率，合適長度的發(fā)送線電形成了看上去接近斷路，但由于大約四分之一波長大小遠離TEM軸的中心。然而，也可以通過使用集總元件等效電路代替翅片28來仿真發(fā)送線，例如，使用在操作頻率具有合適值的平行電感和電容的組合。在替換的實施例中，不需要將每對中的翅片28設置為彼此成直線，或者在轉換軌跡27的任一側上設置相同數(shù)量的翅片28。但是，改動這些特性將會改變性能特性。因此，這些特性可以用于最優(yōu)化對特定應用的變壓器的性能。
轉換部分靠近變換器3a的波導部分25。波導部分25包括第一襯底26和確定第一波導周長部分的U形導電隔層29。隔層29可以以周知的方式形成，包括在襯底蝕刻或機械加工溝道或凹陷組，并采用諸如金、銀、銅或鋁的導電材料填充或形成溝道或凹陷。勝于在襯底中形成連續(xù)溝道的方式，最好使用緊密間隔的圓通孔來近似溝道壁。這種方法更適用于于印刷電路板。然而，連續(xù)溝道將明顯提高在相鄰轉換器之間的隔離。
波導模式信號通過轉換部分而進入到波導部分。具體講，由于相鄰散熱器28電相互靠近，通過翅片的電流都近似同相。通過翅片的電流會引起在空氣中破壞性干擾而在電介質中建設性干擾的磁場和電場。因此，絕大多數(shù)能量都被傳送到波導部分25的第一襯底26。
可以通過使用商業(yè)上可用的全波電磁模擬器來確定變換器和波導的特殊配置。例如，設計過程可以使用例如Ansoft HFSS的全波3D電磁模擬器進行對合適配置結構的模擬和優(yōu)化。模擬器的優(yōu)化特征允許對不同材料特性、大小和操作頻率的轉換器大小進行改變。
參照圖1和2，現(xiàn)在敘述轉換器1的操作。TEM模式信號通過第一發(fā)送線2a傳送到第一變換器3a的發(fā)送部分23。在變換器中，信號被轉換到波導模式，特別是TE10模式，用于進入到形成在第一襯底26中的第一變換器3a的矩形波導部分25。然后，通過第一變換器3a的波導部分25傳播的信號經(jīng)過波導管連接器被傳送到第三發(fā)送線4、波導4a上。在毫米波信號通過波導4a之后，它被連接到在第二襯底上的第二變換器3b的波導部分(未顯示)，并被轉換回TEM模式信號，并且被發(fā)送到第二變換器3b的發(fā)送部分(未顯示)。TEM模式信號最終連接到與第一發(fā)送線2a相平行的第二發(fā)送線2b。這就完成了毫米波信號從第一發(fā)送線2a到第二發(fā)送線2b的傳送。
可以認識到盡管上面敘述變換器的功能是關于將輸入到其發(fā)送部分的TEM模式信號轉換為通過其波導部分輸出的波導模式信號，但變換器也可以進行相反的工作。特別是，在優(yōu)選的實施例中，可以使用相同的變換器將輸入到其波導部分的波導模式信號轉換成通過其轉換器部分輸出的TEM模式信號。
如上所述，本發(fā)明的轉換器配置提供了更好的可制造性。特別是，該設計避免了現(xiàn)有轉換器技術中所需要的緊容差，諸如微波傳輸帶到縫隙和E-平面探針的轉換器。通過依靠在TEM和波導模式之間轉換信號的變換器，可以有效實現(xiàn)模塊元件的轉換，并且可以避免在元件和波導之間復雜的校準。因此，可以使用提供大量和自動裝配的制造方法。特別是，由于發(fā)送線到波導的位置并不很關鍵，可以將波導與轉換器分離，即不需要與轉換器整體的形成。這就允許使用大量生產(chǎn)制造技術對它進行生產(chǎn)。例如，在圖1顯示的實施例中，通過首先在對應波導橫截面區(qū)域的襯底中鉆孔開口，波導能夠形成在支承板5、金屬底座5a中。在優(yōu)選的實施例中，波導是矩形，因此，開口是矩形。該矩形部分的尺寸大于轉換器的波導部分所需的尺寸。然而，實際的波導功能是通過獨立準備的進入該開口的金屬電介質來形成。開始在基底中準備較大開口的原因是為了方便大量制造的需要，這是由于低容差的要求而導致直接在金屬板中機械加工實際的波導尺寸會非常困難。
本發(fā)明的轉換器不僅提供自身大量制造技術，也能夠提供改善的性能。例如，參照圖4，顯示對圖1毫米波轉換器的模擬響應。注意到轉換器的反射損耗在65和85GHz之間優(yōu)于(better than)15dB。插入損耗在相同頻率范圍內優(yōu)于(better than)0.6dB。
本發(fā)明的轉換器可以使用在任何傳送毫米波信號從一個平面到另一個平面的裝配中。這種裝配的實例包括ACC系統(tǒng)，LMDS系統(tǒng)和HRR系統(tǒng)。
權利要求
1.一種用于將毫米波信號從一個平面發(fā)送到另一個平面的轉換器，該轉換器包括位于平行平面上的第一和第二發(fā)送線；與所述第一和第二發(fā)送線相正交的第三發(fā)送線，其中所述第一和第二發(fā)送線適用于發(fā)送TEM模式信號，而所述第三發(fā)送線適用于發(fā)送波導模式信號；或者所述第三發(fā)送線適用于發(fā)送TEM模式信號，而所述第一和第二發(fā)送線適用于發(fā)送波導模式信號；以及第一和第二變換器，所述第一變換器連接在所述第一和第三發(fā)送線之間，所述第二變換器連接在所述第二和第三發(fā)送線之間，每個所述變換器適用于在TEM和波導模式之間轉換信號。
2.如權利要求1的轉換器，其中所述第三發(fā)送線是波導。
3.如權利要求2的轉換器，其中所述第一或第二發(fā)送線是微波傳輸帶。
4.如權利要求2的轉換器，其中所述第一和第二發(fā)送線和所述第一和第二變換器分別設置在第一和第二毫米波板上。
5.如權利要求4的轉換器，其中所述毫米波板是重疊的。
6.如權利要5的轉換器，其中所述毫米波板被隔開至少10％的操作信號波長的距離。
7.如權利要求4的轉換器，其中至少一個所述毫米波板包括電路。
8.如權利要求1的轉換器，其中所述第一變換器將信號從TEM模式轉換到波導模式，所述第二變換器將信號從波導模式轉換到TEM模式。
9.如權利要求8的轉換器，其中所述波導模式是矩形波導模式。
10.如權利要求9的轉換器，其中所述矩形波導模式是TE10模式。
11.如權利要求1的轉換器，其中每個變換器包括發(fā)送部分，連接到變換器的相應發(fā)送線；波導部分，配置為促進通過其中的波導模式信號在與發(fā)送部分相正交的平面上的傳播；以及轉換部分，電連接在所述發(fā)送部分和所述波導部分之間，所述轉換部分配置為在TEM模式和波導模式之間轉換信號。
12.如權利要求11的轉換器，其中所述轉換部分包括至少一個與TEM模式信號的傳播方向相垂直的翅片。
13.如權利要求11的轉換器，其中所述發(fā)送部分、所述波導部分和所述轉換部分共用一個公共襯底。
14.如權利要求13的轉換器，其中所述波導包括在所述襯底中設定的導電隔層。
15.如權利要求14的轉換器，其中所述導電隔層是金屬壁。
16.如權利要求14的轉換器，其中所述導電隔層是穿孔金屬壁。
17.如權利要求1的轉換器，其中所述第一和第二變換器相同。
18.如權利要求2的轉換器，其中所述波導是中空波導。
19.如權利要求18的轉換器，其中所述波導是矩形波導。
20.如權利要求2的轉換器，其中所述波導具有至少為0.25毫米的長度。
21.如權利要求2的轉換器，其中所述波導包括金屬電介質填料。
22.如權利要求11的轉換器，其中所述波導包括具有匹配所述波導部分的阻抗的金屬電介質填料。
23.如權利要求2的轉換器，還包括位于所述第一和第二襯底之間的支承板，所述波導通過該支承板。
24.如權利要求23的轉換器，其中所述支承板是剛性的。
25.如權利要求24的轉換器，其中所述支承板是金屬。
26.如權利要求24的轉換器，其中所述支承板包括接納所述波導的鉆孔。
27.如權利要求24的轉換器，其中所述支承板至少是1毫米厚。
28.一種包括權利要求1的轉換器的ACC系統(tǒng)。
29.一種利用轉換器將毫米波信號從第一平面發(fā)送到第二平面的方法，該方法包括在第一平面中沿著第一發(fā)送線發(fā)送毫米波信號；使用一變換器將所述信號從TEM模式和波導模式中的一個模式轉換成所述TEM模式和所述波導模式中的另一個模式；在所述另一個模式中沿著與所述第一發(fā)送線相正交的第三發(fā)送線將所述信號發(fā)送到與所述第一平面相平行的第二平面；將所述信號轉換回所述一個模式；以及在所述第二平面中沿著第二發(fā)送線發(fā)送在所述一個模式中的所述信號。
30.如權利要求29的方法，其中所述信號在大約65到大約85GHz之間。
31.如權利要求29的方法，其中反射損耗優(yōu)于15dB，插入損耗優(yōu)于0.6dB。
32.如權利要求29的方法，其中所述第三發(fā)送線大于所述信號波長的10％。
33.一種制造所述轉換器的方法，該方法包括提供一支承板；在所述支承板中鉆孔；在所述孔中插入波導填料；提供所述第一和第二毫米波板，每個板包括集成的發(fā)送線和具有波導部分的變換器；將所述第一和第二毫米波板固定在所述支承板的每一側，以使所述轉換線與所述波導正交，所述波導與每個變換器的所述波導部分在軸向排列成行。
全文摘要
一種用于將毫米波信號從一個平面發(fā)送到另一個平面的轉換器，該轉換器包括(a)位于平行平面中的第一和第二發(fā)送線；(b)與第一和第二發(fā)送線相正交的第三發(fā)送線，其中所述第一和第二發(fā)送線適用于發(fā)送TEM模式信號，而所述第三發(fā)送線適用于發(fā)送波導模式信號；或者所述第三發(fā)送線適用于發(fā)送TEM模式信號，而所述第一和第二發(fā)送線適用于發(fā)送波導模式信號；以及(c)第一和第二變換器，所述第一變換器連接在所述第一和第三發(fā)送線之間，所述第二變換器連接在第二和第三發(fā)送線之間，每個所述變換器適用于在TEM和波導模式之間轉換信號。
文檔編號H01P5/107GK1619331SQ20041008993
公開日2005年5月25日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權日2003年7月25日
發(fā)明者諾延·基奈曼, 阿倫·S·道格拉斯, 維翰·F·庫什曼 申請人:M/A-Com公司