交叉線裝置的製作方法

2023-10-04 08:38:39 1

專利名稱：交叉線裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種介質線裝置，更具體地，涉及一種交叉-介質線裝置，在這種裝置中，在線的交叉部分設置了介質諧振器。
介質線(電磁波通過這種介質線沿插在兩個平行導體之間的介質帶傳播)一般應用於微波或毫米頻段的介質線裝置中。上述這種類型的介質線裝置通過例如下面的方式而配置。象振蕩器，循環器及混頻器之類的元件做成各種模塊，隨後將模塊設置在預定的位置上，藉此形成集成電路。或者，在兩個導電板之間整體地設置幾個電路元件，藉此形成集成電路。
不管介質線裝置是哪種結構，為了使整個裝置超小型化，通過對各個模塊適當地定位，由於介質線設置在同一平面上，把裝置設計成達到介質線具有最佳線路是重要的。通過按以下的方式對電路板上的電子元件和布線圖案的安排進行設計，可以達到這一點。如果需要，對布線圖案布置成相互交叉。介質線(電磁波通過該介質線沿不同的方向傳播)也被設置為相互交錯，藉此在有限的空間將元件有效地結合在一起。
例如，如

圖12所示，通過使用交叉成形的介質帶可以形成交叉線裝置。在圖12中，將交叉成形的介質帶3插在導電板1和2之間，從而，電磁波沿兩個交叉的方向通過介質帶3傳播。
但是，僅僅使用上述交叉形成的介質帶，在介質線中產生非連續的部分，因此，不能協調和增加交叉部分上的反射。相應地，上述類型的介質線裝置不適合於使用在要求較低反射特性的地方。另外，僅僅使用交叉形介質帶，在交叉部分會不利地產生模式轉換，而且信號在介質帶的交叉部分以不同的模式從一根線傳播到另一根線。
因此，本發明的一個目的是提供一種交叉線裝置，這種裝置使用交叉介質線，在這種介質線，信號的反射在線的交叉部分被抑制，而且交叉線不相互影響。
為了達到上述目的，根據本發明，提供了一種交叉線裝置，這種裝置包含兩個大體上相互平行地設置的導電板。在兩個導電板之間設置了一個HE模式介質諧振器或多個相互連接的HE模式介質諧振器。設置了四個介質帶，它們的端部面對HE模式介質諧振器或多個介質諧振器中預定的一個介質諧振器。相鄰的介質諧振器以大致為90度的角度隔開。
在這種安排下，HE模式介質諧振器被設置在一對大體上成180度定位的介質帶之間。在這對介質帶的一個介質帶中傳播的LSM模式的電磁波以HE模式激勵介質諧振器，並還在另一個介質帶中傳播。類似地，HE模式介質諧振器被設置在另一對大體上成180度定位的介質帶之間。在這對介質帶的其中一個介質帶中傳播的LSM模式電磁波以HE模式激勵介質諧振器，並還在另一介質帶中傳播。相應地，每一個介質帶被連接到介質諧振器，藉此形成一交叉線裝置，在這種裝置中兩個介質線相互交錯，反射特性較低。
另外，在上述的交叉線裝置中，可以給四個介質帶中的每一個介質帶提供一個LSE模式的抑制器。這樣，可以抑制LSE模式信號在90°間隔開的交叉線中傳播，藉此防止兩個交叉介質線之間的模式轉換。結果，兩根線被用作獨立(絕緣)線。
另外，在上述交叉線裝置中，當在在傳播範圍中傳播的LSM01模式信號的截止頻率低於LSE01模式信號的截止頻率情況下，可以決定設置介質帶的傳播範圍中兩個導電板之間的間距h1，在傳播範圍之外的非傳播範圍中兩個導電板之間的間距h2，傳播範圍的介質常數ε1及非傳播範圍的介質常數ε2，而且LSM01模式和LSE01模式的電磁波可能被打斷。
在上述的介質線中，只有信號模式信號，即，LSM01模式信號傳播。相應地，不需要設置LSE模式抑制器，可以防止兩個交叉介質線之間的模式轉換，藉此保證了兩根介質線之間的絕緣。結果，兩根線被用作獨立(絕緣)線。
圖1A和1B分別是描述介質線配置的部分透視圖和截面圖，介質線用於本發明的第一實施例的交叉線裝置中；圖2A和2B描述了兩個的模式，這兩個模式用於圖1A和圖1B所示的介質線中；圖3A和3B分別是描述圖1A和圖1B所示的交叉線裝置配置的透視圖和截面圖；圖4描述了用於圖1A和1B所示交叉線裝置中介質諧振器的激勵模式的例子；圖5是描述用於圖1A和1B描述的交叉線裝置中介質帶和介質諧振器之間的耦合狀態；圖6A和6B是描述用於圖1A和1B所示交叉線裝置中介質帶和介質諧振器之間的耦合狀態；圖7是描述本發明第二實施例的交叉線裝置配置的立體透視圖；圖8是描述本發明第三實施例的交叉線裝置配置的平面圖；圖9A和9B描述用於圖8所示交叉線裝置中介質帶和介質諧振器之間的耦合狀態；圖10是描述本發明第四實施例的交叉線裝置配置的平面圖；圖11是描述本發明第五實施例的交叉線裝置配置的平面圖；及圖12是描述一已知交叉線裝置配置例子的立體透視圖。
下面將參照圖1到圖6描述本發明第一實施例的交叉線裝置的配置。
圖1A是部分透視圖，描述了用於交叉線裝置中的介質線，而圖1B是圖1A所示介質線的截面圖。在圖1A和1B中，交叉線裝置有兩個導電板1和2及插在兩個導電板1和2之間的介質帶3。
圖2A描述了LSM01模式中的電磁分布，而圖2B描述了LSE01模式中的電磁分布。在圖2A和2B中，實線表示電場分布，而虛線表示磁場分布。
圖3A是交叉線裝置重要部分的部分透視圖(未示出上下導電板1和2)，圖3B是圖3A中重要部分的截面圖。在導電板1和2之間設置以HE111模式諧振的介質諧振器4，將四個介質帶3a到3d設置在介質諧振器4周圍，方法是相鄰的介質帶相互分開90°。另外，在較鄰近於介質諧振器4的介質帶3a到3d的每個介質帶的端部設置了用於抑制LSEP01模式傳播的模式抑制器5。如圖3B中所示，通過在介質帶3a到3d中每個介質帶中沿平行於介質帶3a到3d，並垂直於導電板1和2的方向設置導體元件而形成模式抑制器5，抑制了LSE模式信號在介質帶3a到3d中傳播。
圖4描述了介質諧振器4的激勵模式的一個例子。在圖4中，實線表示電場，而虛線表示磁場。在這個實施例中，介質諧振器4以HE111模式被激勵，而且諧振頻率被調諧到電磁波的頻帶上以在介質線中傳播。相應地，介質諧振器4被磁耦合連接到相鄰介質線的LSM01模式或電氣連接到LSE01模式。但是，在這個實施例中，如下所述，LSE01被視為不想要的模式。為了以HE111模式在60GHz的頻率諧振，介質諧振器4以下述條件設計。
更具體地說，在圓柱介質諧振器中形成相對介質常數εr為2.04的介質材料的過程中，介質諧振器的尺寸如下來決定。介質材料的高度為h，直徑為D。當高度h為2.25mm時，直徑D設置為2.8mm。另外，當高度h為2.2mm時，直徑D設置為3.0mm。如果高度h是2.25mm時直徑D設置為4.9mm，介質諧振器4以TE011模式諧振。如果高度為2.2mm時，直徑D定為5.2mm，介質諧振器4以下TE011模諧振。
圖5描述了各個介質帶3a到3d與介質諧振器4之間的耦合狀態。圖6描述了介質帶3a到3d與介質諧振器4之間特別地參考電場元件的耦合狀態。如圖5和6A中描述的，在介質帶3a上從埠#1入射LSM01模式的電磁波，從而，介質帶3a磁耦合到介質諧振器4，該諧振器隨後以HE111模式被激勵。介質諧振器4隨後磁耦合到介質帶3c，藉此從埠#3輸出LSM01模式的電磁波。這時，LSE01模式的電磁波被感應而在介質帶3b和3d中傳播。但是，如圖6A中描述的，提供給介質帶3b和3d的LSE模式抑制器5抑制LSE01模式信號分別到達埠#2和#4。相反的，如圖6B中所示，當LSM01模式的電磁波從埠#2入射在介質帶3b上時，介質帶3b磁耦合介質諧振器4，後者隨後以HE111模式激勵。介質諧振器4隨後磁耦合到介質帶3d，藉此從埠#4輸出LSM01模式的電磁波。這時，LSE01模式的電磁波被感應以在介質帶3a和3c中傳播。如圖6B中描述的提供給介質帶3a和3c的LSE模式抑制器5抑制LSE01模式信號分別到達埠#1和#3。
如圖6A和6B中所示的實施例中，相鄰的介質帶3a到3d相互分開90度。即使相鄰介質帶之間的角度從90°位移一微小的量，也引起LEM01模式漏到交叉線中，因此使交叉線之間的絕緣性降低。但是，只要得到的絕緣性是可忽略的，相鄰介質帶3a到3d之間的角都可能從90°位移。
另外，可使用一種管狀的HE111模式介質諧振器，這種諧振器以類似於上述圓柱HE111模式介質諧振器的方式工作。
另外，介質帶的端面要根據沿電磁波在介質帶中傳播的出發方向對稱地放置。即，只要信號有效地從介質帶3a經介質諧振器4傳播到介質帶3c(或沿相反的方向)及從介質帶3b經介質諧振器4傳播到介質帶3d(或沿相反方向)，介質帶的端面可配置成任何形狀。
介質帶可按需要彎曲。簡而言之，只有一點是重要的，即介質帶3a，3b，3c和3d的端面以在介質帶3a和3c中傳播的信號不幹擾在介質帶3b和3d中傳播的信號的方式反向地面對介質諧振器4。
下面參考立體透視7，解釋本發明第二實施例的交叉線裝置的配置。第二實施例和第一實施例之間的不同點在於交叉線裝置由信號只以一種信號模式，例如LSM01模式在其中傳播的介質線形成，因此消除了設置LSE模式抑制器的需要。更具體地說，如圖7中所示，在上下導電板1和2的內表面中形成了用於接受介質帶3a到3d的凹槽6。這樣，在設置了介質帶3a到3d的區域之外的非傳播範圍中，導電板1和2之間的空隙作得比在放置了介質帶3a到3d的傳播範圍中導電板1和2之間的空隙窄。非傳播區域中的空隙由h1表示，而傳播區域中的空隙由h2表示。介質帶3a到3d的介質常數由ε1表示，而非傳播區域中導電板1和2之間介質件(通常是空氣)的介質常數由ε2表示。然後，確定各個空隙h1和h2及各個介質常數ε1和ε2，使在傳播區域中傳播的LSM01模式的截止頻率低於LSE01模式的截止頻率，而且LSM01模式和LSE01模式電磁波在非傳播區域中被阻止。這樣，形成了只有一種模式例如LSM01模式的電磁波在其中傳播的介質線。相應地，在圖7中，當LSM01模式電磁波在介質帶3a和3c中經介質諧振器4傳播時，LSE01模式電磁波不會在介質帶3b和3d中傳播。類似地，當LSM01模式電磁波在介質帶3b和3d中傳播時，LSE01模式電磁波不會在介質帶3a和3c中傳播。
在上述實施例中，端面相對和介質諧振器的介質帶被直線設置。只有一點是重要的，即，至少相鄰介質帶的相對部分大體上成90°相互隔開放置，而相對部分之外的其它部分可以彎曲，以任一方向將介質帶引到外面。特別在圖7所示的第二實施例中，由於只有單模式電磁波(LSM01模式電磁波)在介質線中傳播，即使彎曲部分的曲率半徑作得較小，也可防止從LSM01模式到LSE01模式的模式轉換，因此可使傳送只有很小的損失。
圖8是本發明第三實施例的交叉線裝置的平面圖，其中未示出上下導電板。雖然在上述實施例中只使用了一個介質諧振器，但可使用多個介質諧振器形成交叉線裝置。在圖8中所描述的第三實施例中，使用了以HE模式諧振的介質諧振器4a和4b。介質帶3b和3d沿安排介質諧振器4a和4b的方向設置，而介質帶3a和3c沿和上述方向成90°地分別和介質諧振器4a和4相對地放置。
圖9描述了如圖8中所示的交叉線裝置中介質帶3a到3d與介質諧振器4a和4b之間的耦合狀態。例如，如圖9A所示，當LSM01模式電磁波從埠#1入射在介質帶3a上時，以HE111模式激勵磁耦合到介質諧振器4b的介質諧振器4a，藉此還以HE111模式激勵了介質諧振器4b。然後，介質諧振器4b磁耦合到介質帶3c，藉此將LSM01模式電磁波輸出到埠#3。這時，提供給介質帶3b和3d的LSE模式抑制器5抑制了LSE模信號在介質帶3b和3d中傳播。相反地，如圖9B中所示，當從埠#2將LSM01模式電磁波入射在介質帶3b上時，磁耦合到介質諧振器4b的介質諧振器4a以HE111模式被激勵，這樣還以HE111模式激勵了介質諧振器4b。介質諧振器4b磁耦合到介質帶3d，因此將LSM01模式電磁波輸出到埠#4。這時，提供給介質帶3a和3c的LSE模式抑制器5防止了LSE01模式信號在介質帶3a和3c中傳播。
按照這種方法，兩級介質諧振器沿每個交叉方向插在介質線之間，因此增加了通帶寬度特性。
圖10是描述本發明的第四實施例的交叉線裝置的平面圖，其中未示出上下導電板。第四實施例和圖8和9中描述的第三實施例的不同點在於介質帶3c面對介質帶3a，其間夾有介質諧振器4。在第四實施例中，在埠#1和#3之間只插了一個介質諧振器4a，而在埠#2和#4之間插了兩個介質諧振器4a和4b。這樣能沿交叉方向區分介質線的通帶寬度特性。
圖11是描述本發明第五實施例的交叉線裝置配置的平面圖，其中未示出上下導電板。不同於上述諸實施例，第五實施例中，使用了旋轉不對稱的橢圓稜柱形介質諧振器4，而且介質帶3a和3c沿長軸放置，而介質帶3b和3d沿短軸放置。在這種情況下，當電磁波從埠#1或#3被激勵時產生的諧振頻率不同於當電磁波從埠#2或#4被激勵時產生的諧振頻率。通過使用上述不同的諧振頻率，即使在兩個交叉線中傳播的信號的頻率之間有極大的差別，也可獲得損失很小的傳播特性。
通過使用圓柱或管狀的HE模式介質諧振器，及第五實施例中橢圓稜柱形介質諧振器，可通過在介質帶的端面和介質諧振器之間設置不同的間隔而區分兩個交叉線的特性。例如，設置相對較大的間隔以故意增加介質線沿一方向的傳送損失。
如已經從上述描述中看到的，本發明提供了以下的優點。
以簡單的結構在同一平面上配置具有良好絕緣特性和較小損失的交叉線裝置。
另外，通過設置LSE模式抑制器，可以抑制成90°隔開的交叉介質帶中的LSE模式信號的傳播，藉此防止了兩根交叉介質線之間的模式轉換。這樣，兩根交叉介質線被用作獨立的(絕緣的)線。
另外，在特定條件下無需設置LSE模式抑制器也可以防止兩根交叉介質線之間的模式轉換。這樣，兩根交叉介質線被用作獨立的(絕緣的)線。
權利要求
1.一種交叉線裝置，其特徵在於包含兩塊大致上相互平行設置的導電板；設置在所述兩塊導電板之間的一個HE模式介質諧振器或多個相互連接的HE模式介質諧振器；及四條介質帶，所述介質帶的端部面對所述HE模式介質諧振器或所述多個介質諧振器中指定的一個介質諧振器，所述相鄰介質諧振器相互以大致成90度隔開。
2.如權利要求1所述的交叉線裝置，其特徵在於四條所述介質帶中的每條介質帶配一個LSE模式抑制器。
3.如權利要求1所述的交叉線裝置，其特徵在於，當在傳播範圍中傳播的LSM01模式信號的截止頻率低於LSE01模式信號的截止頻率情況下，確定在設置了介質帶的傳播範圍中兩塊導電板之間的間距h1，在傳播範圍之外的非傳播範圍中兩塊導電板之間的間距h2，傳播範圍的介質常數ε1及非傳播範圍的介質常數ε2，而且LSM01模式和LSE01模式中的電磁波在非傳播區域中被阻斷。
4.一種波導，其特徵在於包含相互面對的導體；至少兩根相互交錯的介質帶線設置在所述導體之間，在所述介質帶線交叉部分設置構成空隙的介質件；及以使其電磁耦合到所述介質帶線的方式在空隙中提供介質諧振器。
全文摘要
一種交叉線裝置有兩塊導電板。在所述兩塊導電板之間設置了耦合到諧振器的HE模式介質諧振器和四條介質帶。相鄰四條介質帶相互隔開90度。相應地,在兩條大致上成180度角的介質帶線中傳播的信號和在另兩條線中傳播的信號在介質諧振器中無相互幹擾地相互交叉。
文檔編號H01P3/00GK1195903SQ9810372
公開日1998年10月14日 申請日期1998年1月23日 優先權日1997年1月23日
發明者谷崎透, 西田浩, 齊藤篤 申請人:株式會社村田製作所