平面介電線路、高頻有源電路和收發裝置的製作方法
2023-10-09 16:30:49 1
專利名稱：平面介電線路、高頻有源電路和收發裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種平面介電線路，用於發送比如微波、毫米波等高頻信號，還涉及一種高頻有源電路和採用所述平面介電線路構成的收發裝置。
背景技術：
一般地說，作為現有技術的平面介電線路，比如已知其中的一種是在介電基板的前表面上形成第一和第二電極，它們以其間的固定間隔彼此面對，從而在所述第一和第二電極之間給出第一狹縫，而且還在所述介電基板的後表面上形成第三和第四電極，它們以其間的固定間隔彼此面對，從而在與所述第一狹縫相對的位置處給出夾在所述第三和第四電極之間的第二狹縫(比如參見專利文獻1)。於是，在這種現有技術中，高頻信號在第一和第二狹縫之間反覆全反射，並且，信號在介電基板內沿著第一和第二狹縫傳播。
此外，作為另一種現有技術，還知道其中的一種有狹縫與上述平面介電線路相連，並有電阻器、場效應電晶體(FET)等電子部件與狹縫線路相連(比如參見專利文獻2)。
專利文獻1-日本未審專利申請公開JP-平-8-265007專利文獻2-日本未審專利申請公開JP-平-10-242717另外，按照專利文獻1的現有技術，當沿著第一和第二狹縫傳送高頻信號時，由於高頻信號集中在介電基板內部及其附近，並被傳送，所以能使傳送損失降低。然而，根據這種現有技術，在平面介電線路的情況下，以及在電子部件的輸入-輸出部分的情況下，電磁場的分布彼此不同。在平面介電線路情況下，高頻信號集中在介電基板的內部，而在電子部件的輸入-輸出部分的情況下，高頻信號存在於介電基板的外部。因此，根據這種現有技術，當把電子部件安裝在平面介電線路上時，就存在它們之間的連接損失增大的問題。
此外，比如在只把電子部件安裝在介電基板的前表面上時，電子部件不能與介電基板後表面上的電場耦接，相應地就存在連接損失增大的問題。
另一方面，按照專利文獻2的現有技術，由於在將平面介電線路變換成狹縫線路之後，平面介電線路與電子部件相連，所以能減小連接損失。然而，按照這種現有技術，需要提供線路變換導電圖樣，為平面介電線路與狹縫線路之間的模式變換所用，而且在包含這種線路變換導電圖樣的情況下，存在用於安裝電子部件的部分(安裝部分)尺寸增大的問題。另外，按照專利文獻2的現有技術，除了使可安裝電子部件的電極圖樣自由度變小，還存在安裝電子部件的部分周圍的平面介電線路的自由度也變小的傾向。
此外，按照專利文獻2的現有技術，由於各個電極形成於把電子部件安裝在介電基板上的部分的後表面上，所以，就容易產生不需要模式(平行平板模式)的電磁波，從各電子部件附近蔓延到介電基板內部，並會使得由於這種不需要的模式所致的連接損失增大，相應地，就存在發生這種不需要的模式對其它線路等幹擾的問題。
發明內容
考慮到現有技術的上述問題作出本發明，於是，本發明的目的在於提供一種平面介電線路，一種高頻有源電路和一種收發裝置，其中，高頻信號的電磁場能集中在介電基板一側表面上，而且，在將所述平面介電線路與各電子部件等相連時能降低損耗。
為解決上述問題，按照本發明的一種平面介電線路，它包括介電基板；第一和第二電極，它們形成於介電基板前表面上，以其間的固定間隔彼此面對；夾在第一和第二電極之間的第一狹縫；第三和第四電極，它們形成於介電基板後表面上，以其間的固定間隔彼此面對；以及夾在第三和第四電極之間並被設置成與第一狹縫面對的第二狹縫。在所述平面型介質線路中，沿第一和第二狹縫傳送高頻信號；第一和第二狹縫的寬度被設定成互不相同。
按照本發明，由於將第一和第二狹縫的寬度設定成互不相同，所以可使高頻信號的電磁能集中在寬度較窄的狹縫中。因此，通過把電子部件布置在寬度較窄的狹縫一側，就能減少平面介電線路與電子部件之間的連接損失。另外，由於將第一和第二狹縫的寬度設定成互不相同，與有如現有技術那樣將兩個狹縫的寬度設定為相同值的情況相比，能夠使設計每個狹縫的自由度增大。
在這種情況下，令人滿意的是，在介電基板的相對介電常數εr為20或更大，並以λg0表示介電基板中高頻信號的波長時，介電基板的厚度尺寸實際上在0.3λg0-0.4λg0範圍內，第一和第二狹縫之一的寬度尺寸為λg0/100或更小，而另一個的寬度尺寸實際上為λg0/10。
採用這種結構，80％或更多的高頻信號的電磁場能量都集中在寬度為λg0/100的窄狹縫一側，並且可能減小平行平板模式的洩漏損失，即因平行平板模式所引致的洩漏損失。
按照本發明，可將電子部件連到第一和第二狹縫中寬度較窄的狹縫。
於是，使平面介電線路與電子部件之間的匹配性得到提高，並能減少連接損失。另外，由於與將電子部件與介電基板的兩個表面都相連的情況相比，可將電子部件設置成跨接寬度較窄的狹縫，所以，可使電子部件連接電極圖樣的設計自由度增大，並且還使得在介電基板上設計第一至第四電極的自由度增大。
此外，由於無需對連接電子部件實行線路變換，所以能使連接電子部件的部分減小尺寸。另外，在連接電子部件的部分，由於第一和第二狹縫互相面對，其間夾有介電基板，所以，與現有技術中將電子部件連接到狹縫線路的情況相比，那時的狹縫線路設在介電基板的一個表面上，並且面對狹縫線路的另一表面完全由電極所覆蓋，本發明能夠使在介電基板內部發生不需要的模式受到抑制，還可使這種不需要的模式的洩漏損失減小。
按照本發明，一種平面介電線路還包括第三狹縫，它位於第一狹縫的一端上，並被夾在第一和第二電極之間；以及第四狹縫，它位於第二狹縫的一端上，並被夾在第三和第四電極之間，與第三狹縫面對，而且還與第三狹縫寬度尺寸相同；二者都設在介電基板上。在這種平面介電線路中，用第一連接狹縫使第一和第三狹縫相連，而用第二連接狹縫使第二和第四狹縫相連，並且，由一寬度尺寸逐漸改變的錐形狹縫構成所述第一和第二連接狹縫當中的至少一個。
按照本發明，由寬度相同的第三和第四狹縫製成的上下對稱傳輸線路與由寬度彼此不同的第一和第二狹縫製成的上下非對稱傳輸線路相連，使用上下非對稱傳輸線路能夠改善與電子部件的連接性和匹配性，而使用上下對稱傳輸線路可以減少高頻信號的傳送損失。另外，由於使用錐形狹縫使上下非對稱傳輸線路與上下對稱傳輸線路相連，所以能使它們之間的插入損失得以被減小。
在這種情況下，可以預期，當以λg表示沿第一和第二狹縫傳播的高頻信號的波長時，所述錐形狹縫的線路長度被設定得實際上在λg/4-λg/2的範圍內。
於是，由於將錐形狹縫的線路長度設定成實際上在λg/4與λg/2之間，所以使錐形狹縫的線路長度變短，並可使所述插入損失減小。
此外，按照本發明，一種平面介電線路還包括第三狹縫，它位於第一狹縫的一端上，並被夾在第一和第二電極之間；以及第四狹縫，它位於第二狹縫的一端上，並被夾在第三和第四電極之間，與第三狹縫面對，而且與第三狹縫寬度尺寸相同；二者都設在介電基板上。在這種平面介電線路中，所述第一和第三狹縫直接連接，第二和第四狹縫直接相連。由此構成電感匹配電路。
按照本發明，由寬度相同的第三和第四狹縫製成的上下對稱傳輸線路與由寬度彼此不同的第一和第二狹縫製成的上下非對稱傳輸線路相連，使用上下非對稱傳輸線路能夠改善與電子部件的連接性和匹配性，而使用上下對稱傳輸線路可以減少高頻信號的傳送損失。
另外，在使電子部件與所述上下非對稱傳輸線路連接的情況下，通過把從上下非對稱傳輸線路與上下對稱傳輸線路相連的連接點到電子部件的線路長度設定成比如為高頻信號波長的1/4，在所述上下對稱傳輸線路與電子部件之間可以構成λg/4的電感匹配電路。這是因為，使用這種λg/4電感匹配電路，使上下非對稱傳輸線路與上下對稱傳輸線路之間的插入損失減小，並可使對電子部件的匹配性得到改善。再有，與有如現有技術中那樣通過線路變換導電圖樣使上下對稱傳輸線路與狹縫線路相連，以及使電子部件與狹縫線路相連的情況相比，不再需要使用複雜的線路變換導電圖樣，而且可使上下對稱傳輸線路與電子部件之間的間隔縮短，實現尺寸的減小。
此外，按照本發明，在所述第一和第二電極以及第三和第四電極當中的至少一個中，可在第一和第二狹縫周圍設置平面型帶阻濾波器(planer-type band-stop filter)。
在這種情況下，由於第一和第二的寬度彼此不同，所以，存在在介電基板內部產生平行平板模式(不需要的模式)電磁波的傾向。按照本發明，由於在第一和第二狹縫周圍設置平面型帶阻濾波器，所以能夠防止平行平板模式從第一和第二狹縫擴散，並能使平行平板模式的洩漏損失受到抑制。結果，由於沿線路寬度方向的平行平板模式洩漏受到抑制，而且可使高頻信號的電磁場能量集中在第一和第二狹縫周圍，所以使線路之間不希望有的電磁幹擾減少，並能增強可靠性。
另外，可以採用本發明的平面介電線路構成一種高頻有源電路。於是，給出對於比如電阻器、FET類的電子部件的匹配性，並可提高增益和輸出功率。另外，由於通過上下對稱傳輸線路能夠實現對電阻器的連接，所以，使諧振電路的負載Q(QL)提高，並可降低相位噪聲。再有，由於與將電子部件與介電基板兩個表面上的電極相連的情況相比，它足以跨接電子部件，使之跨接寬度較窄的狹縫，所以，可以提高設計電子部件的連接電極圖樣的自由度。
另外，使用本發明的平面介電線路可以構成一種收發裝置。於是，以良好的匹配使平面介電線路與各種電子部件相連，整個收發裝置的損失減小，功率效率提高，從而減少能耗，並可使通信質量得到得到提高。
圖1是表示第一實施例上下非對稱的傳輸線路的透視圖；圖2是表示圖1中第一和第二狹縫的放大剖面圖；圖3是表示圖1中第一狹縫的寬度尺寸與傳輸損失之間關係的特性圖線；圖4是表示圖1中第一狹縫的寬度尺寸與有效相對介電常數之間關係的特性圖線；圖5是表示圖1中表面部分上的電流量與總電流量之比和第一狹縫的寬度尺寸之間關係的特性圖線；圖6是表示圖1中平行平板模式的洩漏損失與第二狹縫的寬度尺寸之間關係的特性圖線；圖7是表示圖1中平行平板模式的洩漏損失與介電基板的厚度尺寸之間關係的特性圖線；圖8是表示圖1中平行平板模式的洩漏損失與介電基板的相對介電常數之間關係的特性圖線；圖9是表示第二實施例上下非對稱的傳輸線路的透視圖；圖10是表示圖9中電子部件等特定部分的放大俯視圖；圖11是表示第三實施例上下非對稱傳輸線路、上下對稱傳輸線路及連接線路的透視圖；圖12是表示第三實施例上下非對稱傳輸線路、上下對稱傳輸線路及連接線路的俯視圖；圖13是表示圖11中插入損耗與連接線路長度之間關係的特性圖線；圖14是表示圖11中平行平板模式的洩漏損失與連接線路長度之間關係的特性圖線；圖15是表示第四實施例上下非對稱傳輸線路、上下對稱傳輸線路及連接線路的透視圖；圖16是表示第四實施例上下非對稱傳輸線路、上下對稱傳輸線路及連接線路的俯視圖；圖17是表示第五實施例上下非對稱傳輸線路等的剖面圖；圖18是表示第六實施例振蕩電路的分解透視圖；圖19是只表示圖18中介電基板的俯視圖；圖20是只表示圖18中介電基板的仰視圖；圖21是表示圖18中FET及其它特定部分的放大俯視圖；圖22是表示第七實施例通信裝置的方框圖。
參考標記1和56 上下非對稱傳輸線路
2 介電基板2A 表面2B 後面3A 第一電極3B 第二電極4和56A 第一狹縫5A 第三電極5B 第四電極6和56B 第二狹縫11，34和41 電子部件21，31，55和77 上下對稱傳輸線路22，32和55A 第三狹縫23，33和56B 第四狹縫24和57 連接線路25和57A 錐狀狹縫26和57B 連接狹縫35 λg/4阻抗匹配電路42和60 平面型帶阻濾波器51 振蕩電路(高頻有源電路)52 介電諧振器53 電極(第一和第二電極)54 電極(第三和第四電極)58 FET(電子部件)59 終端電阻器(電子部件)61 通信裝置(電子部件)63 高頻有源電路67，70，72和75 放大器(電子部件)68和73混頻器(電子部件)
具體實施例方式
以下參照附圖詳細描述本發明具體實施例的平面介電線路和收發裝置。
首先，圖1-8示出第一實施例。這些圖中的參考標號1表示上下非對稱傳輸線路，而且該上下非對稱傳輸線路1由介電基板2、第一和第二電極3A和3B、第一狹縫4、第三和第四電極5A和5B、第二狹縫6等組成，這些在後面都有述。
參考標號2表示的介電基板由樹脂材料、陶瓷材料，或者由樹脂材料與陶瓷材料混合併被燒結而成的複合材料製成，並將該介電基板製成一個平坦的平板，其相對介電常數εr比如約為24，厚度尺寸T約為3mm，後面有述的第一和第二電極3A和3B被設置於表面2A上，而第三和第四電極5A和5B被設置於後表面2B上。
參考標號3A和3B表示在表面2A上形成的第一和第二電極，所述第一和第二電極3A和3B以其間的固定間隔彼此面對。第一和第二電極3A和3B當中的每一個都是通過真空蒸鍍等濺射過程形成於介電基板2上的導電金屬材料薄膜。
參考標號4表示第一狹縫，位於介電基板2的表面2A上，並被夾置於第一和第二電極3A和3B之間。並且，該第一狹縫4是一個呈帶狀(或呈槽形)的開口，具有一定的寬度W1，並沿比如微波或毫米波等高頻信號的傳送方向延伸。
參考標號5A和5B表示在後表面2B上形成的第三和第四電極，所述第三和第四電極5A和5B被設置成關於介電基板2與第一和第二電極3A和3B面對；所述介電基板2被夾在它們之間。於是，第三和第四電極5A和5B互相面對，其間有一定的間隔，所述間隔與第一和第二電極3A和3B之間的間隔不同。第三和第四電極5A和5B當中的每一個都是通過真空蒸鍍等濺射過程形成於介電基板2上的導電材料薄膜。
參考標號6表示第二狹縫，位於介電基板2的後表面2B上，並被夾置於第三和第四電極5A和5B之間。將該第二狹縫6設置成具有沿寬度方向的中心，該中心在與第一狹縫4中心相同的位置，而且被設置在與第一狹縫4面對的位置，其間夾置所述介電基板2；並且第二狹縫6沿高頻信號的傳送方向(圖1中箭號A的方向)形成一帶狀(或呈槽形)開口。另外，如第二狹縫6具有一定的寬度W2，與第一狹縫4的寬度W1尺寸不同，而且將第二狹縫6的寬度W2設定為比如大於第一狹縫4的寬度W1(W1＜W2)。
參考標號7表示一個包殼，設在介電基板2的表面2A上面，用導電材料形成該包殼，並以機械方式和電的方式與第一和第二電極3A和3B相連，以蓋住所述第一狹縫4。
參考標號8表示一個背面的包殼，設在介電基板2的後面2B上面，用導電材料按與形成所述正表面一側的包殼7實質上同樣的方式形成這一包殼，並以機械方式和電的方式與第三和第四電極5A和5B相連，以蓋住所述第二狹縫6。
按照本實施例的平面介電線路具有上述結構，接下去描述它的功能。
首先，當有如圖2所示那樣將高頻信號輸入到上下非對稱傳輸線路1時，沿第一和第二狹縫4和6的寬度方向形成電場E，同時，沿第一和第二狹縫4和6的長度方向並沿介電基板2的的厚度方向形成磁場。於是，就產生TE模式的電磁波(TE波)。這種TE波的E平面與開有第一和第二狹縫4和6的介電基板2的表面2A和後表面2B平行。所述高頻信號沿著第一和第二狹縫4和6被傳送。與此同時，在開有第一和第二狹縫4和6的介電基板2的表面2A和後表面2B重複所述高頻信號的全反射，並使高頻信號被集中在介電基板2內部及其附近，並在那裡傳送。
這裡，按照本實施例的上下非對稱傳輸線路1，由於將第一狹縫4的寬度W1設定成小於第二狹縫6的寬度W2(W1＜W2)，所以，通過改變寬度W1和W2中每一個的值，可以使高頻信號的電磁場能量集中在第一狹縫4上。於是，比如關於60GHz的高頻信號，使用有限元法或頻譜領域法(要素法)計算上下非對稱傳輸線路1傳送特性。結果示於圖3-8中。
此外，至於計算傳送特性時的條件無特別的記載，介電基板2的相對介電常數εr為24(εr＝24)，厚度尺寸T是0.3mm(T＝0.3mm)。
首先，圖3和4分別表示當第一狹縫4的寬度尺寸W1和第二狹縫6的寬度尺寸W2變化時，線路的傳送損失α和有效相對介電常數εreff。由圖3和4的結果，當寬度較小的第一狹縫4的寬度W1變化時，所述傳送損失α和有效相對介電常數εreff改變。另一方面，即使寬度較大的第二狹縫6的寬度W2變化，可以理解，所述傳送損失α和有效相對介電常數εreff實際上並不改變。相應地，由於線路的傳送損失α和有效相對介電常數εreff由第一狹縫4的寬度W1來確定，所以，可以理解，高頻信號的電磁場能量集中在第一狹縫4上。
接下去，圖5表示在第一和第二狹縫4和6的寬度尺寸W1和W2變化時，介電基板2的表面2A上分布的電流值iupper與總電流值iall的比值。如圖5所示，通過減小第一狹縫4的寬度W1，可以變得使電流集中在介電基板2的表面2A上。特別是在W2≥100μm的情況下，在使寬度W1＜10μm時，可使總電流的80％或更多都集中在表面2A上。另外，在W2≥100μm的情況下，在使寬度W1＜5μm時，可使總電流的90％或更多都集中在表面2A上。
繼而，圖6表示當第一和第二狹縫4和6的寬度尺寸W1和W2變化時，平行平板模式(不需要的模式)的洩漏損失。有如從圖6所示的結果可以理解的那樣，在使第二狹縫6的寬度W2為100μm或更小(W2≤100μm)的情況下，變得可使不需要的模式的洩漏損失減小。
繼而，圖7表示當介電基板2的厚度尺寸T變化時，所述不需要的模式的洩漏損失。由圖7所示的結果，通過把介電基板2的厚度T設定在約0.3mm-0.4mm範圍內(T≌0.3mm至0.4mm)，可以減小所述洩漏損失。
最後，圖8表示當介電基板2的相對介電常數εr變化時，所述不需要的模式的洩漏損失。如圖8所示，在相對介電常數εr為10或更大的的範圍內，隨著相對介電常數εr的增大，所述不需要的模式的洩漏損失減小。特別是在將第一狹縫4的寬度W1設定為10μm而將第二狹縫6的寬度W2設定為100μm的情況下，當把相對介電常數εr設定為20或更大時，與把相對介電常數εr設定為小於20的情況相比，能夠減小所述不需要的模式的洩漏損失。
從上述結果，在60MHz頻帶內，當介電基板2的相對介電常數εr為20或更大(εr≥20)、厚度T在實質為0.3mm-0.4mm範圍內(T≌0.3mm至0.4mm)、第一狹縫4的寬度W1為10μm或更小，以及第二狹縫6的寬度W2實質上為100μm(W2≌100μm)時，可以理解，高頻信號的電磁場能量集中在介電基板2的表面2A上，並且可使所述不需要的模式的洩漏損失減小。當用介電基板2內的高頻信號波長λg0將這些數值歸一化時，可以理解，將厚度T設定為實質在0.3λg0-0.4λg0(T≌0.3λg0至0.4λg0)範圍內、而將第一狹縫4的寬度W1設定在小於等於λg0/10(W1≤λg0/100)，以及將第二狹縫6的寬度W2實質上設定在100μm(W2≤λg0/10)或更小。可以由下面的數學式1使用高頻頻率f、介電基板2的相對介電常數ε及光速c表示波長。
數學式1λg0＝c/(f√εr)於是，按照本實施例，由於將第一和第二狹縫4和6的寬度W1和W2設定為彼此不同的值，就能將高頻信號的電磁場能量集中在寬度W1較窄的第一狹縫4中。相應地，通過把電子部件定位在第一狹縫4上或其附近，就可減小上下非對稱傳輸線路1和電子部件之間的連接損失。
此外，由於已將第一和第二狹縫4和6的寬度W1和W2設定為彼此不同的值，所以，與有如現有技術那樣將兩個狹縫寬度設定為相同值的情況相比，可以增大設計第一和第二狹縫4和6中每一個的自由度。
特別是，在介電基板2的相對介電常數εr為20或更大、介電基板2的厚度T實質為0.3λg0-0.4λg0、第一狹縫4的寬度W1為λg0/100或更小，以及第二狹縫6的寬度W2實質上為λg0/10的情況下，會有80％或更多的高頻信號電磁場能量集中在寬度較窄的第一狹縫4上，並且可以減小所述不需要模式的洩漏損失。
接下去圖9和10表示本發明的第二實施例，本實施例的特點在於，將電子部件連接到第一和第二狹縫中寬度尺寸較窄的狹縫。本實施例中，對於與第一實施例中相同的結構元素給以同樣的參考標號，並省略對它們的描述。
參考標號11表示與寬度W1較窄之第一狹縫4相連的電子部件。電子部件11比如是場效應電晶體(FET)、電阻器、二極體、電容器中的一種，並被安裝得跨接在第一狹縫4上方。於是，有如圖10所示那樣，電子部件11比如包含位於樹脂包殼內的元件主體11A和與元件主體11A相連的電極圖樣11B，並且，所述電極圖樣11B與電極3A和3B相連。
於是，在本實施例中，也可以得到與第一實施例中同樣的效果。特別是在本實施例中，由於電子部件11與寬度W1較窄的第一狹縫4連接，所以使上下非對稱傳輸線路1與電子部件11之間的匹配性得到加強，並可減小連接損失。另外，由於可以把用來與電子部件11連接的電極圖樣11B設置得跨過寬度W1較窄的第一狹縫4，所以，跟使電子部件11與介電基板2的兩個表面2A和2B上的電極3A、3B、5A和5B相連的情況相比，可以提高設計電子部件11的電極圖樣11B的自由度，還可以提高要與電子部件11相連的電極3A、3B、5A和5B的設計自由度。
再有，由於本實施例中不再實行在現有技術中所實行的用來與電子部件11相連的相連轉換，所以，可以減小電子部件11的連接區域。另外，即使在電子部件11的連接區域內，由於第一和第二狹縫4和6以夾於其間的介電基板2彼此面對，所以，將電極5A和5B之間的開口，也即狹縫6設置在介電基板2的後表面2B中的位置，並與電子部件11相對。因此，與現有技術中將電子部件連到狹縫線路的情況相比，那裡的狹縫線路中由電極覆蓋與狹縫相對的後表面，本實施例能夠抑制在介電基板2內部發生所述不需要的模式(平行平板模式)，並減少平行平板模式的洩漏損失。
繼而，圖11-14表示本發明的第三實施例，本實施例的特點在於，利用錐形狹縫將由寬度相同之第三和第四狹縫組成的上下對稱傳輸線路與由寬度彼此不同之第一和第二狹縫形成的上下非對稱傳輸線路相連。另外，本實施例中，對於與第一實施例中相同的結構元素給以同樣的參考標號，並省略對它們的描述。
參考標號21表示設置在上下非對稱傳輸線路1的延長線上的上下對稱傳輸線路，而且該上下對稱傳輸線路21是由介電基板2、第一至第四電極3A、3B、5A和5B、第三和第四狹縫22和23組成的。
參考標號22表示第三狹縫，位於介電基板2的表面2A上，並夾置於第一和第二電極3A和3B之間，而且，該第三狹縫22中，沿著高頻信號的傳輸方向形成呈帶狀(或呈槽形)的開口。另外，第三狹縫22的寬度大於第一狹縫4的寬度W1，並將其設定成實際上與第二狹縫6的寬度W2相同。
參考標號23表示第四狹縫，位於介電基板2的後表面2B上，並夾置於第三和第四電極5A和5B之間，而且，該第四狹縫23中，沿寬度方向的中心設置在與第三狹縫22中的中心同樣的位置，並在與第三狹縫22相對的位置，其間夾置有介電基板2，從而沿高頻信號的傳輸方向形成呈帶狀(或呈槽形)的開口。另外，第四狹縫23的寬度實際上與第二和第三狹縫6和22的寬度W2相同。
參考標號24表示設在上下非對稱傳輸線路1與上下對稱傳輸線路21之間的連接線路，而且連接線路24由介電基板2、第一至第四電極3A、3B、5A和5B、錐形狹縫25、連接狹縫26等組成，線路長L0延伸於所述上下非對稱傳輸線路1與上下對稱傳輸線路21之間。
錐形狹縫25用於連接第一和第三狹縫4和22，而且，在錐形狹縫25中，一錐形開口的寬度從寬度較窄之第一狹縫4逐漸擴展(連續擴展)到寬度較寬之第三狹縫22，並且，第一狹縫4、錐形狹縫25和第三狹縫22連續地並且成線性地擴展。
連接狹縫26，用於連接第二和第四狹縫6和23，而且，在連接狹縫26中，形成呈帶狀的開口，此開口以與第二和第四狹縫6和23實際上相同的固定寬度延伸，並且，第二狹縫6、連接狹縫26和第四狹縫23連續且成直線延伸。
於是，在本實施例中，也能夠得到與第一實施例同樣的效果。不過，在本實施例中，由於由寬度相同的第三和第四狹縫22和23組成的上下對稱傳輸線路21與由寬度彼此不同的第一和第二狹縫4和6組成的上下非對稱傳輸線路1相連，所以，利用上下非對稱傳輸線路1，能夠使與電子部件的連接性及匹配性都得到改善，並且通過使用上下對稱傳輸線路21，能夠以低的傳輸損失傳送高頻信號。此外，由於使用連接線路24連接上下非對稱傳輸線路1和上下對稱傳輸線路21，同時其間有錐形狹縫25，所以，可以降低它們之間的插入損失。
此外，為了選擇連接線路24(錐形狹縫25)的線路長L0，利用頻譜領域法等計算所述線路長L0變化時，在平行平板模式下的上下非對稱傳輸線路1和上下對稱傳輸線路21之間的插入損失。其結果被示於圖13和14中。
由圖13和14的結果，當將所述線路長L0實際上設定在0.4-0.8mm(L0≌0.4mm至-0.8mm)範圍內時，可以理解，與當所述線路長L0為0mm(即上下非對稱傳輸線路1和上下對稱傳輸線路21直接連接)時的損失相比，所述插入損失和洩漏損失都大大減小。另一方面，雖然所述插入損失和洩漏損失都會進一步減小，即使所述線路長L0大於0.8mm(L0＞0.8mm)，也能理解，對於所述線路長L0的增大，每種損失減小的效率都要下降。
相應地，當把連接線路24的線路長L0實質上設定在0.4-0.8mm(L0≌0.4mm至-0.8mm)範圍內時，雖然線路長L0保持較短，也能有效地減小插入損失和洩漏損失。也就是說，在用上下非對稱傳輸線路1中所傳送的高頻信號的波長λg歸一化的情況下，當把連接線路24的線路長L0實質上設定在λg/4-λg/2(L0≌λg/4至λg/2)的範圍內時，連接線路24(錐形狹縫25)為小尺寸的，並能有效地減小洩漏損失。
接下去，圖1 5和16表示本發明的第四實施例，而且本實施例的特點在於，由寬度相同的第三和第四狹縫組成的上下對稱傳輸線路與由寬度彼此不同的第一和第二狹縫組成的上下非對稱傳輸線路相連。在上下對稱傳輸線路與上下非對稱傳輸線路之間構成阻抗匹配電路。另外，本實施例中，對於與第一實施例中相同的結構元素給以同樣的參考標號，並省略對它們的描述。
參考標號31表示上下對稱傳輸線路，它位於上下非對稱傳輸線路1的延長線上，並且直接與該上下非對稱傳輸線路1連接，而且所述上下對稱傳輸線路31由介電基板2、第一至第四電極3A、3B、5A和5B、第三和第四狹縫32和33等組成。
第三狹縫32位於介電基板2的表面2A上，並被夾在第一和第二電極3A、3B之間，而且該第三狹縫32具有呈帶狀的開口，寬度大於第一狹縫4的寬度W1並基本上與第二狹縫6的寬度W2相同，並直接與第一狹縫4相連。於是，在第一和第三狹縫4和32之間的邊界處形成階梯狀連接點32A。
第四狹縫33位於介電基板2的後表面2B上，並被夾在第三和第四電極5A、5B之間，而且該第四狹縫33位於與第三狹縫32相對的位置，其間夾有介電基板2，其寬度實質上與第二和第三狹縫6和32的寬度W2相同。
參考標號34表示被裝在上下非對稱傳輸線路1的中間點的電子部件，並且，電子部件34與寬度W1較窄的第一狹縫4相連，還有電子部件34的電極圖樣(未示出)與電極3A和3B相連。
這裡的電子部件34被設置的位置與所述連接點32A離開線路長度L1，而且將該線路長度L1的值設定為基本上比如為所述上下非對稱傳輸線路1中傳送波長λg的1/4(L1≌λg/4)。另外，當上下對稱傳輸線路31的特性阻抗為Z1，並且使電子部件34的特性阻抗從作為所述上下非對稱傳輸線路1端部的點32A看為Z2時，則將上下非對稱傳輸線路1的特性阻抗設定為Zc＝√(Z1×Z2)。按照這種方式，可以在上下對稱傳輸線路31與電子部件34之間構成λg/4阻抗匹配電路35。
於是，在本實施例中，同樣可以得到與第一實施例相同的效果，按照本發明，由於使上下對稱傳輸線路31與上下非對稱傳輸線路1相連，因此，使用上下非對稱傳輸線路1，可使對電子部件34的連接性和匹配性都得到改善，並且通過使用上下非對稱傳輸線路1，就能夠以低的傳輸損失傳送高頻信號。
此外，由於使上下對稱傳輸線路31直接與上下非對稱傳輸線路1相連，並將電子部件34裝在上下非對稱傳輸線路1的中間部分，所以，可在上下對稱傳輸線路31與電子部件34之間形成λg/4阻抗匹配電路35。因此，利用λg/4阻抗匹配電路35，可使上下非對稱傳輸線路1與上下對稱傳輸線路31之間的插入損失減得以被小，並可改善與電子部件34的匹配。另外，與有如現有技術中那樣通過線路變換導電圖樣實現對狹縫線路連接並使電子部件與狹縫線路相連的情況相比，無需使用複雜的線路變換導電圖樣，使上下對稱傳輸線路31與電子部件34之間的間隔變短，以致能夠實現尺寸的減小。
接下去，圖17表示本發明的第五實施例，本實施例的特點在於在第一和第二電極以及第三和第四電極當中的至少一個中，提供一個平面型帶阻濾波器，使其定位於第一和第二狹縫周圍。本實施例中，對於與第一實施例中相同的結構元素給以同樣的參考標號，並省略對它們的描述。
參考標號41表示安裝在所述上下非對稱傳輸線路1中間部分的電子部件，而且電子部件41與寬度W1較窄的第一狹縫4相連，還使電極圖樣(未示出)分別與電極3A和3B相連。
參考標號42表示在第一和第二電極3A和3B中形成的平面型帶阻濾波器，而且，該平面型帶阻濾波器42位於第一狹縫4的周圍，並在電子部件41兩側上沿第一狹縫4延伸。於是，將平面型帶阻濾波器42設計成具有在所用高頻型號頻帶中的反射特性。
在上述實施例中，只關於介電基板2的表面2A上的電極3A和3B提供所述平面型帶阻濾波器42。也可以只關於後表面2B上的電極5A和5B提供所述平面型帶阻濾波器42，或者也可以關於兩個表面2A和2B上的電極3A、3B、5A和5B提供所述平面型帶阻濾波器42。
於是，在本實施例中，同樣也可以得到與第一實施例中相同的效果。不過，在本實施例中，由於在關於第一和第二電極3A和3B提供所述平面型帶阻濾波器42，使其位於第一和第二狹縫4和6周圍，所以，通過使用這種平面型帶阻濾波器42，可以反射來自第一和第二狹縫4和6的平行平板模式的電磁波洩漏(擴散)。
特別是在所述上下非對稱傳輸線路1中，由於第一和第二狹縫4和6的寬度互不相同，所以，很容易在介電基板2的內部產生平行平板模式(不需要的模式)的電磁波。然而，通過使用所述平面型帶阻濾波器42，可以防止平行平板模式從第一和第二狹縫4和6擴散到周圍的區域，於是，就使平行平板模式的洩漏損失受到抑制。結果，由於通過抑制平行平板模式沿線路寬度方向的洩漏，可使高頻信號的電磁能集中在第一和第二狹縫4和6周圍，所以，即使有多個彼此接近設置的線路，也能使相鄰相鄰之間所不希望有的電磁幹擾得以減少，從而增強可靠性。
接著，圖18-21表示本發明的第六實施例，本實施例的特點在於使用上下非對稱傳輸線路構成振蕩電路，作為高頻有源電路。本實施例中，對於與第一實施例中相同的結構元素給以同樣的參考標號，並省略對它們的描述。
參考標號51表示本實施例的振蕩電路，該振蕩電路51由介電諧振器52、FET58、終端電阻器59等組成，這些在後面將有述。
參考標號52表示設在介電基板2中的介電諧振器，並且以如下方式構成該介電諧振器52，即在介電基板2的兩個表面2A和2B中形成的電極53、54中設置彼此面對的圓形開口。於是，在該介電諧振器52中，根據諧振頻率f0設定所述開口的直徑。
參考標號55表示與所述介電諧振器52等相連的上下對稱傳輸線路，而且，所述上下對稱傳輸線路55由設在介電基板2的兩個表面2A和2B上的寬度相同的狹縫55A和55B等組成，實際上與第三實施例的上下對稱傳輸線路22的方式相同。
參考標號56表示與上下對稱傳輸線路55相連的上下非對稱傳輸線路，而且，所述上下非對稱傳輸線路56由設在介電基板2的兩個表面2A和2B上的寬度互不相同的狹縫56A和56B等組成，實際上與第一實施例的上下非對稱傳輸線路1的方式相同，而且在前表面一側的狹縫56A的寬度窄於在後表面一側的狹縫56B的寬度。
另外，利用實際上與比如第三實施例的連接線路24相同的連接線路57，使上下非對稱傳輸線路56與上下對稱傳輸線路55相連。於是，所述連接線路57由設在表面2A上的錐形狹縫57A和設在後表面2B上的直線狀連接狹縫57B組成。
參考標號58表示與上下非對稱傳輸線路56相連的場效應電晶體(下稱FET)，在FET58中，柵極接線端G、漏極接線端D和源極接線端S在介電基板2的表面2A上與電極53相連。然後，FET58通過上下非對稱傳輸線路56和上下對稱傳輸線路55與介電諧振器52相連，以放大諧振頻率f0的高頻信號。
參考標號59表示與上下非對稱傳輸線路56相連的終端電阻器，並且，所述終端電阻器59還與介電基板2的表面2A上的電極53相連，以便跨過狹縫56A。
本實施例的振蕩電路51具有上述結構。具有介電諧振器32、終端電阻器59等的帶域反射型濾波器根據諧振頻率f0將信號輸入到FET58，而該FET58放大高頻信號，通過上下對稱傳輸線路55等將信號輸出到外面。
參考標號60表示在電極53中形成的平面型帶阻濾波器，該平面型帶阻濾波器60位於所述傳輸線路55和56等的周圍，從而圍繞著FET58、傳輸線路55和56等。於是，將平面型帶阻濾波器60設計成在所用高頻信號的頻帶內具有反射特性。
於是，在本實施例中，同樣也可以得到與第一和第三實施例中相同的效果。不過，在本實施例中，由於使上下非對稱傳輸線路56與FET58及終端電阻器59相連，構成振蕩電路51，所以，可以增強對FET58和終端電阻器59的匹配性，並可提高增益和輸出功率。此外，由於通過使用上下非對稱傳輸線路56等可使介電諧振器52與FET58連接，使其間具有很好的匹配性，所以能夠增大振蕩電路51的負載Q(QL)，並降低相位噪聲。另外，由於可將FET58和終端電阻器59的連接電極圖樣設置成用以跨接寬度較窄的狹縫，所以能夠增大FET58等的連接圖樣的設計自由度。
接下去，圖22表示第七實施例，本實施例的特點在於，使用上下非對稱傳輸線路構成一種通信裝置，作為收發裝置。另外，本實施例中，對於與第一實施例中相同的結構元素給以同樣的參考標號，並省略對它們的描述。
參考標號61表示本實施例的通信裝置，並且本通信裝置61包含信號處理電路62和與信號處理電路62相連用以發射和接收高頻信號的高頻有源電路63。高頻有源電路63通過天線共用器64與天線65相連。
另外，在高頻有源電路63的發送側，在信號處理電路62與天線共用器64之間串聯連接有帶通濾波器66、放大器67、混頻器68、帶通濾波器69和功率放大器70。另一方面，在高頻有源電路63的接收側，在天線共用器64與信號處理電路62之間串聯連接有帶通濾波器71、低噪聲放大器72、混頻器73、帶通濾波器74和放大器75。於是，振蕩電路76實際上與比如第六實施例的振蕩電路51相同，它與混頻器68和73相連。
參考標號77表示與放大器67等相連的上下對稱傳輸線路，並且，該上下對稱傳輸線路77是按實質上與第三實施例的上下對稱傳輸線路21同樣的方式被構成的。將上下非對稱傳輸線路1用於連接放大器67、70、72和75、混頻器68和73等電子部件的連接部分。
本實施例的通信裝置具有上述結構。接下去模式它的工作情況。
首先是在發送時，在已經由帶通濾波器66去掉不需要的信號之後，由放大器67放大自信號處理電路62輸出的中頻信號(IF信號)。與此同時，使中頻信號及來自振蕩電路76的載波在混頻器68中混合，並上變頻為高頻信號(RF信號)。隨後，在已經由帶通濾波器69去掉不需要的信號之後，由功率放大器70把從混頻器68輸出的高頻信號放大至發送器的功率，然後，通過天線共用器64，從天線65發射所述的信號。
另一方面，在接收時，通過天線共用器64，把從天線65接收的高頻信號輸入至帶通濾波器71。於是，在已經由帶通濾波器71去掉不需要的信號之後，由低噪聲放大器72放大所述高頻信號，然後再將信號輸入至混頻器71。與此同時，使高頻信號與來自振蕩電路76的載波在混頻器73中混合，並下變換為中頻信號。然後，在已經由帶通濾波器74去掉不需要的信號之後，由放大器75放大從混頻器73輸出的中頻信號，然後，再將所述信號輸入到信號處理電路62。
於是，按照本實施例，由於使用上下非對稱傳輸線路1構成通信裝置61，所以可使對於放大器67、70、72和75等的匹配性得到改善，並可使整個通信裝置61的損失降低，通過提高電力效率，可以降低功率損耗，並可使通信質量得到提高。
另外，在第七實施例中，雖然作為舉例描述了把本發明的上下非對稱傳輸線路用於通信裝置61的情況，但也可將上下非對稱傳輸線路1用於雷達裝置，作為另一種收發裝置。
權利要求
1.一種平面介電線路，它包括介電基板；第一和第二電極，它們形成於介電基板前表面上，按其間的固定間隔彼此面對；夾在第一和第二電極之間的第一狹縫；第三和第四電極，它們形成於介電基板後表面上，按其間的固定間隔彼此面對；以及夾在第三和第四電極之間並被設置成與第一狹縫面對的第二狹縫；其中所述平面介電線路中沿第一和第二狹縫傳送高頻信號，所述第一和第二狹縫的寬度被設定成互不相同。
2.如權利要求1所述的平面介電線路，其中，在介電基板的相對介電常數εr為20或更大，並以λg0表示介電基板中高頻信號的波長時，介電基板的厚度尺寸實際上在0.3λg0-0.4λg0範圍內，第一和第二狹縫之一的寬度尺寸為λg0/100或更小，而另一個的寬度尺寸實際上為λg0/10。
3.如權利要求1或2所述的平面介電線路，其中，將電子部件連接在所述第一和第二狹縫寬度較窄的一個上。
4.如權利要求1-3中任一項所述的平面介電線路，其中，還包括第三狹縫，它位於第一狹縫的一端上並被夾在第一和第二電極之間；以及第四狹縫，它位於第二狹縫的一端上並被夾在第三和第四電極之間，與第三狹縫面對，並與第三狹縫寬度尺寸相同；二者都設在介電基板上；用第一連接狹縫使第一和第三狹縫相連，而用第二連接狹縫使第二和第四狹縫相連，並且，由寬度尺寸逐漸改變的錐形狹縫構成所述第一和第二連接狹縫當中的至少一個。
5.如權利要求4所述的平面介電線路，其中，當以λg表示沿第一和第二狹縫傳播的高頻信號的波長時，所述錐形狹縫的線路長度被設定得實際上在λg/4-λg/2的範圍內。
6.如權利要求1-3中任一項所述的平面介電線路，其中，還包括第三狹縫，它位於第一狹縫的一端上並被夾在第一和第二電極之間；以及第四狹縫，它位於第二狹縫的一端上並被夾在第三和第四電極之間，與第三狹縫面對，並與第三狹縫寬度尺寸相同；二者都設在介電基板上；所述第一和第三狹縫直接連接，第二和第四狹縫直接相連，以構成電感匹配電路。
7.如權利要求1-6中任一項所述的平面介電線路，其中，所述第一和第二電極以及第三和第四電極當中的至少一個中，在第一和第二狹縫周圍設置平面型帶阻濾波器。
8.一種高頻有源電路，使用權利要求1-7任一項的平面介電線路。
9.一種收發裝置，使用權利要求1-7任一項的平面介電線路。
全文摘要
一種平面介電線路，通過將高頻信號的電磁場能量集中在介電基板的一側上，能減小與電子部件相互連接的損失。使第一狹縫(4)形成於介電基板(2)的前表面(2A)上，使得在第一和第二電極(3A，3B)之間形成第一狹縫(4)，同時，使第二狹縫(6)形成於介電基板(2)的後表面(2B)上，使得在三和第四電極(5A，5B)之間與第一狹縫(4)相應的位置。第一狹縫(4)的寬度窄於第二狹縫(6)的寬度。由於有這樣的結構，可使高頻信號的電磁場能量集中在第一狹縫(4)。
文檔編號H01P3/02GK1836349SQ20048002337
公開日2006年9月20日 申請日期2004年7月29日 優先權日2003年8月22日
發明者向山和孝, 三上重幸, 松崎宏泰, 瀧澤晃一, 坂本孝一, 石川容平 申請人:株式會社村田製作所