專利名稱：不同類型波導(dǎo)管之間含線性轉(zhuǎn)換部分的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管(“NRD”)，特別涉及一種在不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管之間具有線性轉(zhuǎn)換部分的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，它例如用于毫米波段或微波波段通信設(shè)備。
如圖2所示，包括設(shè)置在兩塊大體上平行的導(dǎo)電板1與2之間的介質(zhì)帶3的介質(zhì)波導(dǎo)，一般在毫米波段和微波波段用作傳輸線。特別是已經(jīng)開發(fā)了一種不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，其中導(dǎo)電極1與2的間距a2小于電磁波傳播波長(zhǎng)的一半，因而波只通過介質(zhì)帶傳播。這類NRD波導(dǎo)稱為簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)。
使用NRD波導(dǎo)的毫米波模塊是把振蕩器、混頻器和耦合器(定向耦合器)等不輻射介質(zhì)波導(dǎo)元件(下稱“元件”)集成起來而形成的，而且首先把簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)用作諸元件的NRD波導(dǎo)。
另一方面，上述的簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)有一缺點(diǎn)，即在彎曲處的LSM01模與LSE01模之間的模轉(zhuǎn)換導(dǎo)致傳輸損失，不能以給定的曲率半徑設(shè)計(jì)彎曲，因此，為避免模轉(zhuǎn)換造成的傳輸損失，曲率半徑不能做得很小，從而模塊的總尺寸做不小。所以，如

圖1所示，已開發(fā)了一種以單一LSM01模傳輸?shù)腘RD波導(dǎo)(下稱“超NRD波導(dǎo)”)，其中在導(dǎo)電板1與2的相對(duì)表面設(shè)置了槽，槽中置有介質(zhì)帶3，該結(jié)構(gòu)已在待
公開日本專利申請(qǐng)No.09102706中作了揭示。
根據(jù)該超NRD波導(dǎo)，能設(shè)計(jì)出具有給定曲率半徑和極小傳輸損失的彎曲，使整個(gè)模塊做得很小。然而，暫且不說模轉(zhuǎn)換在彎曲處造成傳輸損失的事實(shí)，簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)的傳輸損失一般是很小的。
此外，當(dāng)一個(gè)毫米波模塊包括上述諸元件的組合時(shí)，根據(jù)諸元件的尺寸精度與裝配精度，在導(dǎo)電板與介質(zhì)帶的連接表面不可避免地在電磁波傳播方向或垂直于電磁波傳播方向的方向上出現(xiàn)位置偏差，而且這種偏差程度是變化的。根據(jù)偏差程度，簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)在元件連接處具有較佳的反射特性和通過特性。
再者，在NRD波導(dǎo)開關(guān)中，其中可以選擇性連接兩個(gè)NRD波導(dǎo)，當(dāng)把簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)用作這兩個(gè)NRD波導(dǎo)時(shí)，在接通期間(連接狀態(tài))，反射和通過特性是良好的。
還有，在定向耦合器中，例如在兩個(gè)簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)保持預(yù)定間距時(shí)，與使用超NRD波導(dǎo)相比，其場(chǎng)能量分布更寬，因而無需很高的尺寸精度就能獲得良好的特性。
這樣，若在能最佳地利用簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)特性的部分使用NRD波導(dǎo)，而在能最佳地利用超NRD波導(dǎo)特性的部分使用超NRD波導(dǎo)，就能實(shí)現(xiàn)整體尺寸小而且特性優(yōu)良的毫米波集成電路。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為不同類型的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管提供一種轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)，它在形成不輻射介質(zhì)波導(dǎo)元件的使用，在兩個(gè)NRD波導(dǎo)之間的界面與連接處具有優(yōu)良的波導(dǎo)特性，該結(jié)構(gòu)混合有簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)、超NRD波導(dǎo)以及組合有多個(gè)元件的集成電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管元件和一集成電路，前者包括簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)與超NRD波導(dǎo)的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分，后者包括多個(gè)元件的組合。
本發(fā)明的第一方面是對(duì)不同類型的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)提供一種轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)，用于把第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管連接到第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括設(shè)置在兩相對(duì)導(dǎo)電板之間的介質(zhì)帶，所述第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括兩塊導(dǎo)電板，在其中的相對(duì)位置上設(shè)置了槽，并且提供插在相對(duì)槽之間的介質(zhì)帶，所述轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)換部分，其中的介質(zhì)帶寬度由第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶寬度變化到第S不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶寬度；第二轉(zhuǎn)換部分，具有與這些槽基本上同樣深度的槽和與第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶基本上同樣寬度的介質(zhì)帶；以及第三轉(zhuǎn)換部分，包括某一部分和第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶，在所述某一部分中，第二轉(zhuǎn)換部分的槽在大體上垂直于電磁波傳播方向且并行于導(dǎo)電板表面的方向上展寬。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，第一轉(zhuǎn)換部分把第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶寬度轉(zhuǎn)換到第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶寬度，而第二轉(zhuǎn)換部分執(zhí)行與設(shè)置在第一和第二輻射介質(zhì)波導(dǎo)管中的槽相關(guān)的轉(zhuǎn)換。此外，第三轉(zhuǎn)換部分在第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管與具有中間槽的波導(dǎo)部分之間執(zhí)行轉(zhuǎn)換。
再者，在上述結(jié)構(gòu)中，通過確定第二轉(zhuǎn)換部分的長(zhǎng)度，使第一轉(zhuǎn)換部分中輻射的波與第三轉(zhuǎn)換部分中輻射的波反相合并，就能得到可轉(zhuǎn)換不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的低輻射結(jié)構(gòu)。
上述的第二和第三轉(zhuǎn)換部分的槽寬度都從第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管向第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管展寬，因而可以連續(xù)地設(shè)置。
在不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)的第二方面，是在第一轉(zhuǎn)換部分中，第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的槽寬度展寬成喇叭形，介質(zhì)帶寬度沿槽展寬；而在第二轉(zhuǎn)換部分中，第二轉(zhuǎn)換部分的槽跟隨展寬成喇叭形的槽，并從第一轉(zhuǎn)換部分向第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶展寬。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，在第一和第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管中，介質(zhì)帶寬度逐漸變化，降低了這些部分中大量的輻射。此外，在第二轉(zhuǎn)換部分中，槽寬度從其中不設(shè)置槽的第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部分逐漸變化到其中設(shè)置槽的第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部分，所以也降低了這一部分內(nèi)的輻射。
在第三方面，不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件包括一只開關(guān)，其中至少有兩個(gè)第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管相互選擇性相對(duì)，所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的任何一個(gè)或兩個(gè)都包括根據(jù)第一與第二方面的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分。因此，在不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管之間的連接處，可在開關(guān)連接狀態(tài)下得到優(yōu)良的傳播特性，此外，由于第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管被用作通向開關(guān)部分的波導(dǎo)，所以在對(duì)構(gòu)成第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的部件設(shè)置不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管開關(guān)時(shí)，這是有效的。
在不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件的第四方面，兩個(gè)在連接處相互選擇性相對(duì)的第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管中的一個(gè)波導(dǎo)管旋轉(zhuǎn)，以在并行于第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的導(dǎo)電板表面且垂直于電磁波傳播方向的方向上相對(duì)移動(dòng)。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，在相對(duì)移動(dòng)期間可實(shí)現(xiàn)輻射小、傳輸損失小的連接。因此，在通向第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管(超NRD波導(dǎo))的開關(guān)處，當(dāng)在上述旋轉(zhuǎn)期間連續(xù)開關(guān)時(shí)，連接是有效的。
在第五方面，不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件包括一耦合器和根據(jù)第一與第二方面的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分，所述耦合器包括兩個(gè)其間有一預(yù)定間隔的第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，所述轉(zhuǎn)換部分設(shè)置在這兩個(gè)第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的兩端。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，不必提高第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶之間間隔所需的尺寸精度就可把轉(zhuǎn)換部分做成小尺寸，從而可得到總體尺寸小且特性穩(wěn)定的定向耦合器。
在不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件的第六方面，介質(zhì)諧振器和振蕩器均耦合至第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括根據(jù)權(quán)利要求1和2的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分。這樣就形成一振蕩器，而且可把介質(zhì)諧振器強(qiáng)耦合到不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，此外，通向振蕩器的電路包括第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，因而可把包含該振蕩器的部件做成總體尺寸很小。
在第七方面，不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管集成電路部件是個(gè)應(yīng)用第一和第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的集成電路部件，它包括設(shè)置在連接處的第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，同鄰近的另一個(gè)集成電路部件相接，第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括根據(jù)第一與第二方面的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，可以消除集成電路部件之間連接處的位置偏差造成的特性劣化與變化問題，而且不存在波導(dǎo)轉(zhuǎn)換引起的特性劣化，所以容易獲得全特性優(yōu)良的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管集成電路。
在不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管集成電路部件的第八方面，把連接處的第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶連接在多個(gè)表面上，表面的相互間隔距離是電磁波傳播方向上四分之一管內(nèi)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，連接處的輻射被抵消了，因而能以低的輻射連接電路。
在第九方面，不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管集成電路包括根據(jù)第三至第八方面中任一方面的諸不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件的組合。因此，獲得的集成電路能很好地利用第一與第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的特性，且在波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分無特性劣化。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的超NRD波導(dǎo)的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖2是簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖3A至3C是不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)圖；圖4示出圖3A至3C中波導(dǎo)管轉(zhuǎn)換部分的反射特性；圖5表示作為對(duì)比例的超NRD波導(dǎo)和簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)；圖6示出圖5中轉(zhuǎn)換部分的反射特性；圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)圖；圖8示出圖7中波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分的反射特性；圖9是根據(jù)第三實(shí)施例的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)圖；圖10是毫米波雷達(dá)模塊的構(gòu)成圖；圖11是包括振蕩器與隔離器的元件的分解透視圖；圖12示出耦合器部分的構(gòu)成；圖13是毫米波雷達(dá)模塊總體結(jié)構(gòu)垂直剖視圖；圖14是旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)成透視圖；圖15A與15B表示一次輻射器部分的構(gòu)成；圖16表示在旋轉(zhuǎn)單元側(cè)與電路側(cè)的NRD波導(dǎo)連接的結(jié)構(gòu)；圖17是雷達(dá)模塊旋轉(zhuǎn)單元部分的等效電路圖18示出諸元件之間的連接結(jié)構(gòu)；圖19是元件之間連接結(jié)構(gòu)的部分透視圖；圖20是元件之間連接結(jié)構(gòu)的平面圖；以及圖21A和21B示出簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)和超NRD波導(dǎo)中的場(chǎng)能量分布。
下面參照?qǐng)D1至圖4詳細(xì)描述本發(fā)明不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管轉(zhuǎn)換部分的第一較佳實(shí)施例。
如上所述，圖1是超NRD波導(dǎo)部分的剖視圖，圖2是簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)部分的剖視圖。在每個(gè)NRD波導(dǎo)中，在上下導(dǎo)電板1與2之間設(shè)置有介質(zhì)帶3。在圖2的簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)中，介質(zhì)帶3的高度a2等于導(dǎo)電板1與2之間的間距，而在圖1的超NRD波導(dǎo)中，在導(dǎo)電板1與2中設(shè)置了深度為g的槽，因而在無介質(zhì)帶3的區(qū)域里，導(dǎo)電極1與2之間的間距小于介質(zhì)帶3的高度a1，有介質(zhì)帶3的區(qū)域作為以單一LSM01模傳播的傳播區(qū)。
圖3A至3C表示簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)和超NRD波導(dǎo)的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)，圖3A是拿掉上導(dǎo)電板后的平面圖，圖3B是沿圖3A中A-A′線截取的剖視圖，而圖3C是沿圖3A中B-B′線截取的剖視圖。如這些圖所示，在超NRD波導(dǎo)和簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)的中間部分，第一轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)換從介質(zhì)帶3的超NRD波導(dǎo)部分的寬度b1到簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)部分的寬度b2的距離L1。鑒于這種方式的介質(zhì)帶3的寬度是逐漸減小的，所以設(shè)置在上下導(dǎo)電板1和2中的槽的寬度也轉(zhuǎn)換從b1到b2的距離L1。第二轉(zhuǎn)換部分具有深度與超NRD波導(dǎo)部分中的槽深度一樣的槽，這些槽的寬度從第一轉(zhuǎn)換部分引導(dǎo)超過距離L2并展寬成錐形(或喇叭形)，最后在第三轉(zhuǎn)換部分中展寬成W。此外，在這個(gè)第二轉(zhuǎn)換部分中，介質(zhì)帶3的寬度b2同簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)部分中介質(zhì)帶的寬度一樣。在第三轉(zhuǎn)換部分中，上下導(dǎo)電板1和2中槽的寬度以大體上垂直電磁波傳播方向且并行于導(dǎo)電板1和2表面的方向展寬。
在這種結(jié)構(gòu)中，通過設(shè)置第二轉(zhuǎn)換部分的長(zhǎng)度L2，使在第一轉(zhuǎn)換部分中輻射的波與在第三轉(zhuǎn)換部分中輻射的波反相，可以得到在預(yù)定頻段中輻射小的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)。而且，通過設(shè)置第一轉(zhuǎn)換部分的長(zhǎng)度L1，可使第一轉(zhuǎn)換部分的輻射量近似于第三轉(zhuǎn)換部分的輻射量。
圖4表示，在圖1至圖3C所示部件具有下述尺寸時(shí)，用三維有限元方法確定的輻射特性
超NRD波導(dǎo)尺寸a1=2.2mm,b1=1.8mm,g=0.5mm簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)尺寸a2=2.2mm,b2=3.0mm轉(zhuǎn)換部分尺寸L1=3.0mm,L2=2.5mm,W=4.0mm介質(zhì)帶3的介電常數(shù)εr=2.04通過比較，圖5和圖6表示在超NRD波導(dǎo)直接轉(zhuǎn)換到簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)時(shí)的結(jié)構(gòu)和輻射特性。如上所示，超NRD波導(dǎo)與簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)每個(gè)部件的尺寸都相同。如圖6所示，當(dāng)超NRD波導(dǎo)直接轉(zhuǎn)換到簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)時(shí)，在整個(gè)寬波段內(nèi)有相當(dāng)大的輻射。相反地，在第一實(shí)施例中，可以預(yù)定的頻段內(nèi)獲得小的輻射。
下面根據(jù)圖7和圖8說明根據(jù)第二實(shí)施例的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)。
在第一實(shí)施例中，第一轉(zhuǎn)換部分具有預(yù)定的長(zhǎng)度L1，但是如圖7所示，第一轉(zhuǎn)換部分的長(zhǎng)度也可以是0。圖8表示在這種情況下用三維有限元方法確定的輻射特性。除了L1=0以外，所有部件的尺寸與第一實(shí)施例的相同。
可以看出，即使第一轉(zhuǎn)換部分沿著電磁波傳播方向沒有寬度，也可在預(yù)定的頻段內(nèi)保持低的輻射特性。即，通過設(shè)定第二轉(zhuǎn)換部分的長(zhǎng)度L2，使第一轉(zhuǎn)換部分輻射的波與第三轉(zhuǎn)換部分輻射的波反相，就能獲得在預(yù)定頻段中輻射小的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)。
在圖7所示的第二實(shí)施例中，第二轉(zhuǎn)換部分槽的寬度變?yōu)殄F形，但是這些槽的寬度不要求改變，可以同簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)部分中介質(zhì)帶沿第二轉(zhuǎn)換部分的整個(gè)長(zhǎng)度的寬度一樣。
于是，圖9示出了根據(jù)第三實(shí)施例的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)。在第一和第二實(shí)施例中，第一至第三轉(zhuǎn)換部分中槽的寬度呈線性變化，但是，當(dāng)以這種方式在導(dǎo)電板1與2中設(shè)置槽時(shí)，就出現(xiàn)了拐角無法變銳的情況，例如，當(dāng)使用端銑刀切割時(shí)，就形成了圖9所示的圓角；而且，還會(huì)出現(xiàn)介質(zhì)帶拐角變圓與端銑刀半徑相一致的情況。例如，在使用端銑刀將PTFE板材切割成介質(zhì)帶的時(shí)候；在這類情況下，得出的效果與第一和第二實(shí)施例中的相同。
在第一至第三實(shí)施例中，在兩塊導(dǎo)電板之間簡(jiǎn)單地設(shè)置了介質(zhì)帶3，但是也可把介質(zhì)襯底設(shè)置到超NRD與簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)中的一個(gè)或兩個(gè)，平行于導(dǎo)電板。即，若把介質(zhì)襯底夾在兩塊導(dǎo)電板中間，在其間設(shè)置上下介質(zhì)帶，并在介質(zhì)襯底上設(shè)置預(yù)定的電路，可取得同樣的效果。
再者，第一至第三實(shí)施例舉了一個(gè)在簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)的兩塊導(dǎo)電板中不設(shè)置槽的例子，但是，提供相對(duì)淺的槽以固定介質(zhì)帶也是可接受的。
下面參照?qǐng)D10至圖17說明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的毫米波雷達(dá)模塊的結(jié)構(gòu)。
圖10示出去掉毫米波雷達(dá)模塊的上表面介質(zhì)透鏡部分(發(fā)射與接收毫米波的表面)且去掉上導(dǎo)電板后的情況。該毫米波雷達(dá)模塊包括元件101與102、旋轉(zhuǎn)單元103、電機(jī)104、容納這些部件的機(jī)殼105、介質(zhì)透鏡(未示出)等。元件101包括振蕩器、隔離器和終端負(fù)載。元件102包括耦合器、回轉(zhuǎn)器和混頻器。
圖11是表示元件101結(jié)構(gòu)的分解透視圖。在圖11中，介質(zhì)帶31、32、33和46設(shè)置在下導(dǎo)電板1與上導(dǎo)電板(未示出)之間。在介質(zhì)襯底38表面上設(shè)置了激勵(lì)探針39一類的各種類型的導(dǎo)電圖案。該介質(zhì)襯底38夾在介質(zhì)帶31與31′之間。而且，在介質(zhì)帶31和31′的某預(yù)定點(diǎn)耦合了介質(zhì)諧振器37。耿氏二極管組件36的一根電極接到介質(zhì)襯底38上的激勵(lì)探針39。還設(shè)置了鐵氧體諧振器35，它與三條介質(zhì)帶和磁鐵(未示出)一起形成回轉(zhuǎn)器。另外，在介質(zhì)帶33端部設(shè)置一終端負(fù)載34，由此形成隔離器。當(dāng)應(yīng)用這類介質(zhì)諧振器形成振蕩器時(shí)，通過用簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)作為耦合到介質(zhì)諧振器37的NRD波導(dǎo)，就能在這兩者之間得到強(qiáng)耦合。介質(zhì)帶46連接到形成元件102的耦合器的介質(zhì)帶之一，在該介質(zhì)帶46的端部設(shè)置終端負(fù)載42。
這里，圖21A和21B示出從介質(zhì)帶中心通過簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)與超NRD波導(dǎo)的橫截面水平散布的場(chǎng)能量分布。兩者作一比較，顯而易見，當(dāng)以等距離設(shè)置介質(zhì)帶時(shí)，簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)中的耦合強(qiáng)于超NRD波導(dǎo)，耦合強(qiáng)度隨距離變化而平穩(wěn)地變化，因此在圖11所示的介質(zhì)諧振器37與介質(zhì)帶31和31′的相對(duì)定位方面不需要高的尺寸精度。
在圖11中，由于必須做成彎曲狀，所以為了避免模式改變成LSE01模而產(chǎn)生問題，就把超NRD波導(dǎo)用作回轉(zhuǎn)器部分的介質(zhì)波導(dǎo)。另外，讓元件102靠近元件101，把介質(zhì)帶32設(shè)置成同元件102的介質(zhì)帶相對(duì)，以便連接該波導(dǎo)。這樣，該部分就包含一簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)。如圖11所示，在這兩個(gè)地方都設(shè)置了波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分。
圖12示出圖10耦合部分的結(jié)構(gòu)，去掉上導(dǎo)電板后是一個(gè)平面圖。如圖12所示，簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)的介質(zhì)帶40與41之間的空間沿長(zhǎng)度L做得很窄，故兩波導(dǎo)在這一部分相耦合。波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分設(shè)置在該耦合器的輸入側(cè)與輸出側(cè)，將波導(dǎo)改成超NRD波導(dǎo)。對(duì)于60GHz波段內(nèi)的3分貝耦合器，L=12.8mm,g=1.0mm。若g=0.5mm，則L=7.7mm。如圖21A和21B所示，當(dāng)介質(zhì)帶以等距離設(shè)置時(shí)，簡(jiǎn)正MRD波導(dǎo)中的耦合比超NRD波導(dǎo)的強(qiáng)，耦合強(qiáng)度隨距離變化而平穩(wěn)地變化，所以對(duì)于圖12所示的介質(zhì)帶之間的間隔g，不要求高的尺寸精度。
圖10中元件102里的回轉(zhuǎn)器部分大體上具有同元件101中隔離器同樣的結(jié)構(gòu)，包括從耦合器部分引出的介質(zhì)帶40、從混頻器部分引出的介質(zhì)帶45、另一條介質(zhì)帶44、鐵氧體諧振器43和未示出的磁鐵。
圖13示出圖10中介質(zhì)透鏡與旋轉(zhuǎn)單元之間的定位關(guān)系，并示出毫米波雷達(dá)模塊總體結(jié)構(gòu)的垂向剖視圖。圖14是上述旋轉(zhuǎn)單元結(jié)構(gòu)的透視圖。
本例中，簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)包含的介質(zhì)帶設(shè)置在正五邊形柱狀金屬組件14的每一側(cè)面與導(dǎo)電板之間，而導(dǎo)電板設(shè)置成平行于這些側(cè)面。而且，在金屬組件14的所有側(cè)面與導(dǎo)電板(平板于這些側(cè)面)之間設(shè)置介質(zhì)諧振器而形成一次輻射器。這些介質(zhì)諧振器設(shè)置在平行于旋轉(zhuǎn)單元軸線的不同位置，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)單元時(shí)，一次輻射器在介質(zhì)透鏡焦點(diǎn)的位置就平行于轉(zhuǎn)軸依次開關(guān)。
圖15A和15B示出旋轉(zhuǎn)單元一個(gè)介質(zhì)波導(dǎo)和一次輻射器部分的結(jié)構(gòu)，圖15A是俯視圖，而圖15B是剖視圖。這里，圓柱形的HEI11模介質(zhì)諧振器61設(shè)置成離介質(zhì)帶60的端部一預(yù)定距離。在導(dǎo)電板5的一個(gè)部分中設(shè)置有圓錐形窗口，使電磁波經(jīng)介質(zhì)諧振器61的上部(見圖)射出和射入。在介質(zhì)諧振器61與導(dǎo)電板5之間設(shè)置縫隙板62?？p隙板62中的縫隙63控制著輻射方向圖。
圖16示出旋轉(zhuǎn)單元側(cè)與電路側(cè)對(duì)各個(gè)NRD波導(dǎo)的連接結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)把簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)用作旋轉(zhuǎn)單元側(cè)的NRD波導(dǎo)，而NRD波導(dǎo)有選擇地與之連接，超NRD波導(dǎo)和超NRD波導(dǎo)與簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)之間的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分設(shè)置在電路側(cè)上。
圖17是旋轉(zhuǎn)單元部分的等效電路，此時(shí)把輻射噪聲電平單元103與元件102(圖10所示)之間的部分用作介質(zhì)波導(dǎo)開關(guān)，對(duì)旋轉(zhuǎn)單元提供多個(gè)介質(zhì)波導(dǎo)和一個(gè)一次輻射器，并轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)單元，一次輻射器被連續(xù)開關(guān)，其相對(duì)于介質(zhì)透鏡的位置發(fā)生變化，從而連續(xù)改變波束方向性。
在上述實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換部分設(shè)置到準(zhǔn)備選擇地連接的兩個(gè)NRD波導(dǎo)之一，但如圖18所示，在裝配各類元件時(shí)，可把轉(zhuǎn)換部分設(shè)置在每一連接處，以便用簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)連接這些元件。利用這種結(jié)構(gòu)，即使元件A和B的位置有些偏差，但是與把兩個(gè)超NRD波導(dǎo)連接在一起的結(jié)構(gòu)相比，由此偏差引起的特性變化更小，因此可以提供總特性變化很小的毫米波模塊。
圖19是兩元件間NRD波導(dǎo)另一種連接結(jié)構(gòu)的局部透視圖，圖20是同一連接結(jié)構(gòu)的平面圖。兩圖都表示已去掉上導(dǎo)電板的情況。第一實(shí)施例描述了兩條介質(zhì)帶在單個(gè)連接表面上相互相對(duì)的例子，但是如圖19和20所示，連接表面的距離是應(yīng)用頻率上四分之一管內(nèi)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，即使連接表面間的間隙因溫度變化而發(fā)生變化，由于兩表面輻射的波因反相而消失，所以傳輸特性不劣化，同溫度變化無關(guān)。而且，由于傳輸特性即便在介質(zhì)帶3a與3b較短的情況下也不劣化，所以可以放寬介質(zhì)帶尺寸的容差。再者，由于連接的是簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)，即使上下導(dǎo)電板之間有一小間隙，傳輸特征也不劣化。因此，也可放寬導(dǎo)電板的尺寸容差，在裝配元件時(shí)不要求高精度。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，可以在第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管與第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管之間的連接處實(shí)現(xiàn)低輻射波導(dǎo)轉(zhuǎn)換，所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括設(shè)置在兩塊相對(duì)導(dǎo)電板之間的介質(zhì)帶，所述第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括將其槽設(shè)置在相對(duì)位置上的兩塊導(dǎo)電板，并把介質(zhì)帶插在相對(duì)的槽之間。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，減少了第一和第二轉(zhuǎn)換部分的輻射，從而改進(jìn)了整個(gè)波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分的輻射特性。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管之間的連接處，可以在開關(guān)連接狀態(tài)下獲得優(yōu)良的傳播特性，此外，第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管(超NRD波導(dǎo))可用作通向開關(guān)部分的波導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，可在相對(duì)移動(dòng)相間實(shí)現(xiàn)低輻射、低傳輸損失的連接，此外，可以使用第二輻射介質(zhì)波導(dǎo)管(超NRD波導(dǎo))。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，可把不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分做成小尺寸，不必提高第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管介質(zhì)帶之間的間隔所需的尺寸精度，從而可獲得總體尺寸小且特性穩(wěn)定的定向耦合器。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，振蕩器包括一強(qiáng)耦合到不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)諧振器，而且，通向該振蕩器的電路包括第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，因此可把包含該振蕩器的部件在整體上做成小尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，可以消除由集成電路部件之間連接處位置偏差造成的特性劣化和變化的問題，而且不存在波導(dǎo)轉(zhuǎn)換引起的特性劣化，因而容易獲得總特性優(yōu)良的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管集成電路。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在組合多個(gè)不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管集成電路時(shí)，連接處的輻射被抵消，從而能以低輻射連接集成電路的總體組合。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，獲得的集成電路能很好地利用第一與第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的特性，而且在波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分無特性劣化。
權(quán)利要求
1．一種不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)，用于將第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管連接到第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括設(shè)置在兩塊相對(duì)導(dǎo)電板之間的介質(zhì)帶，所述第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括在相對(duì)位置上將其槽設(shè)置在其中的兩塊導(dǎo)電板和插在相對(duì)槽之間的介質(zhì)帶，其特征在于該結(jié)構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)換部分，其中，介質(zhì)帶的寬度從所述第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的所述介質(zhì)帶寬度變化到所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的所述介質(zhì)帶寬度；第二轉(zhuǎn)換部分，其槽的深度基本上與所述槽的深度相同，介質(zhì)帶的寬度基本上與所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的所述介質(zhì)帶寬度相同；及第三轉(zhuǎn)換部分，包括一個(gè)部分和所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的介質(zhì)帶，在所述部分中，所述第二轉(zhuǎn)換部分的所述槽以大體上垂直于電磁波傳播的方向和平行于所述導(dǎo)電板表面的方向展寬。
2．如權(quán)利要求1所述的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述第一轉(zhuǎn)換部分中，所述第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的所述槽的寬度展寬成喇叭形，而介質(zhì)帶的寬度沿所述槽展寬；而且，在所述第二轉(zhuǎn)換部分中，所述第二轉(zhuǎn)換部分的所述槽跟隨已展寬成所述喇叭形的所述槽，并從所述第一轉(zhuǎn)換部分向所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的所述介質(zhì)帶展寬。
3．一種不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件，包括設(shè)置在至少有兩個(gè)第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管相互選擇性相對(duì)的連接處的開關(guān)，一個(gè)或兩個(gè)所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括根據(jù)權(quán)利要求1的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分。
4．如權(quán)利要求3所述的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件，其中所述兩個(gè)在所述連接處相互選擇性相對(duì)的第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管之一旋轉(zhuǎn)，從而以平行于第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的導(dǎo)電板表面且垂直于電磁波傳播方向的方向作相對(duì)移動(dòng)。
5．一種包含耦合器的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件，包括兩個(gè)其間有一預(yù)定間隔的第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管以及設(shè)置在所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管兩端的根據(jù)權(quán)利要求1的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分。
6．一種不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件，其特征在于，介質(zhì)諧振器和振蕩器都耦合至第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括根據(jù)權(quán)利要求1的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分。
7．一種應(yīng)用所述第一與第二不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的集成電路部件，包括同另一相鄰的集成電路部件一起設(shè)置在連接處的第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管，所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管包括根據(jù)權(quán)利要求1的不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分。
8．如權(quán)利要求7所述的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管集成電路部件，其特征在于，所述第一不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管在所述連接處的介質(zhì)帶連接在多個(gè)表面上，所述表面相互隔開的距離是電磁波傳播方向上四分之一管內(nèi)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。
9．一種不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管集成電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求3的不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管部件的組合。
全文摘要
在毫米波模塊或混合有簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)與超NRD波導(dǎo)的模塊中,不同類型不輻射介質(zhì)波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換部分在兩個(gè)NRD波導(dǎo)之間的連接處具有良好的轉(zhuǎn)換特性。第一轉(zhuǎn)換部分中,介質(zhì)帶寬度從超NRD波導(dǎo)部分的介質(zhì)帶寬度變化到簡(jiǎn)正NRD波導(dǎo)部分的介質(zhì)帶寬度,其深度大致與超NRD波導(dǎo)中槽的深度相同的槽延伸至第二轉(zhuǎn)換部分,第三轉(zhuǎn)換部分中,槽的寬度垂直于電磁波傳播方向且平行于導(dǎo)電板表面而展寬。實(shí)現(xiàn)預(yù)定頻段內(nèi)輻射低的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)H01P3/16GK1221886SQ9812643
公開日1999年7月7日 申請(qǐng)日期1998年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月26日
發(fā)明者齊藤篤, 谷崎透, 西田浩, 高桑郁夫, 田口義規(guī) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所