专利名称：交叉线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种介质线装置，更具体地，涉及一种交叉-介质线装置，在这种装置中，在线的交叉部分设置了介质谐振器。
介质线(电磁波通过这种介质线沿插在两个平行导体之间的介质带传播)一般应用于微波或毫米频段的介质线装置中。上述这种类型的介质线装置通过例如下面的方式而配置。象振荡器，循环器及混频器之类的元件做成各种模块，随后将模块设置在预定的位置上，藉此形成集成电路。或者，在两个导电板之间整体地设置几个电路元件，藉此形成集成电路。
不管介质线装置是哪种结构，为了使整个装置超小型化，通过对各个模块适当地定位，由于介质线设置在同一平面上，把装置设计成达到介质线具有最佳线路是重要的。通过按以下的方式对电路板上的电子元件和布线图案的安排进行设计，可以达到这一点。如果需要，对布线图案布置成相互交叉。介质线(电磁波通过该介质线沿不同的方向传播)也被设置为相互交错，藉此在有限的空间将元件有效地结合在一起。
例如，如
图12所示，通过使用交叉成形的介质带可以形成交叉线装置。在图12中，将交叉成形的介质带3插在导电板1和2之间，从而，电磁波沿两个交叉的方向通过介质带3传播。
但是，仅仅使用上述交叉形成的介质带，在介质线中产生非连续的部分，因此，不能协调和增加交叉部分上的反射。相应地，上述类型的介质线装置不适合于使用在要求较低反射特性的地方。另外，仅仅使用交叉形介质带，在交叉部分会不利地产生模式转换，而且信号在介质带的交叉部分以不同的模式从一根线传播到另一根线。
因此，本发明的一个目的是提供一种交叉线装置，这种装置使用交叉介质线，在这种介质线，信号的反射在线的交叉部分被抑制，而且交叉线不相互影响。
为了达到上述目的，根据本发明，提供了一种交叉线装置，这种装置包含两个大体上相互平行地设置的导电板。在两个导电板之间设置了一个HE模式介质谐振器或多个相互连接的HE模式介质谐振器。设置了四个介质带，它们的端部面对HE模式介质谐振器或多个介质谐振器中预定的一个介质谐振器。相邻的介质谐振器以大致为90度的角度隔开。
在这种安排下，HE模式介质谐振器被设置在一对大体上成180度定位的介质带之间。在这对介质带的一个介质带中传播的LSM模式的电磁波以HE模式激励介质谐振器，并还在另一个介质带中传播。类似地，HE模式介质谐振器被设置在另一对大体上成180度定位的介质带之间。在这对介质带的其中一个介质带中传播的LSM模式电磁波以HE模式激励介质谐振器，并还在另一介质带中传播。相应地，每一个介质带被连接到介质谐振器，藉此形成一交叉线装置，在这种装置中两个介质线相互交错，反射特性较低。
另外，在上述的交叉线装置中，可以给四个介质带中的每一个介质带提供一个LSE模式的抑制器。这样，可以抑制LSE模式信号在90°间隔开的交叉线中传播，藉此防止两个交叉介质线之间的模式转换。结果，两根线被用作独立(绝缘)线。
另外，在上述交叉线装置中，当在在传播范围中传播的LSM01模式信号的截止频率低于LSE01模式信号的截止频率情况下，可以决定设置介质带的传播范围中两个导电板之间的间距h1，在传播范围之外的非传播范围中两个导电板之间的间距h2，传播范围的介质常数ε1及非传播范围的介质常数ε2，而且LSM01模式和LSE01模式的电磁波可能被打断。
在上述的介质线中，只有信号模式信号，即，LSM01模式信号传播。相应地，不需要设置LSE模式抑制器，可以防止两个交叉介质线之间的模式转换，藉此保证了两根介质线之间的绝缘。结果，两根线被用作独立(绝缘)线。
图1A和1B分别是描述介质线配置的部分透视图和截面图，介质线用于本发明的第一实施例的交叉线装置中；图2A和2B描述了两个的模式，这两个模式用于图1A和图1B所示的介质线中；图3A和3B分别是描述图1A和图1B所示的交叉线装置配置的透视图和截面图；图4描述了用于图1A和1B所示交叉线装置中介质谐振器的激励模式的例子；图5是描述用于图1A和1B描述的交叉线装置中介质带和介质谐振器之间的耦合状态；图6A和6B是描述用于图1A和1B所示交叉线装置中介质带和介质谐振器之间的耦合状态；图7是描述本发明第二实施例的交叉线装置配置的立体透视图；图8是描述本发明第三实施例的交叉线装置配置的平面图；图9A和9B描述用于图8所示交叉线装置中介质带和介质谐振器之间的耦合状态；图10是描述本发明第四实施例的交叉线装置配置的平面图；图11是描述本发明第五实施例的交叉线装置配置的平面图；及图12是描述一已知交叉线装置配置例子的立体透视图。
下面将参照图1到图6描述本发明第一实施例的交叉线装置的配置。
图1A是部分透视图，描述了用于交叉线装置中的介质线，而图1B是图1A所示介质线的截面图。在图1A和1B中，交叉线装置有两个导电板1和2及插在两个导电板1和2之间的介质带3。
图2A描述了LSM01模式中的电磁分布，而图2B描述了LSE01模式中的电磁分布。在图2A和2B中，实线表示电场分布，而虚线表示磁场分布。
图3A是交叉线装置重要部分的部分透视图(未示出上下导电板1和2)，图3B是图3A中重要部分的截面图。在导电板1和2之间设置以HE111模式谐振的介质谐振器4，将四个介质带3a到3d设置在介质谐振器4周围，方法是相邻的介质带相互分开90°。另外，在较邻近于介质谐振器4的介质带3a到3d的每个介质带的端部设置了用于抑制LSEP01模式传播的模式抑制器5。如图3B中所示，通过在介质带3a到3d中每个介质带中沿平行于介质带3a到3d，并垂直于导电板1和2的方向设置导体元件而形成模式抑制器5，抑制了LSE模式信号在介质带3a到3d中传播。
图4描述了介质谐振器4的激励模式的一个例子。在图4中，实线表示电场，而虚线表示磁场。在这个实施例中，介质谐振器4以HE111模式被激励，而且谐振频率被调谐到电磁波的频带上以在介质线中传播。相应地，介质谐振器4被磁耦合连接到相邻介质线的LSM01模式或电气连接到LSE01模式。但是，在这个实施例中，如下所述，LSE01被视为不想要的模式。为了以HE111模式在60GHz的频率谐振，介质谐振器4以下述条件设计。
更具体地说，在圆柱介质谐振器中形成相对介质常数εr为2.04的介质材料的过程中，介质谐振器的尺寸如下来决定。介质材料的高度为h，直径为D。当高度h为2.25mm时，直径D设置为2.8mm。另外，当高度h为2.2mm时，直径D设置为3.0mm。如果高度h是2.25mm时直径D设置为4.9mm，介质谐振器4以TE011模式谐振。如果高度为2.2mm时，直径D定为5.2mm，介质谐振器4以下TE011模谐振。
图5描述了各个介质带3a到3d与介质谐振器4之间的耦合状态。图6描述了介质带3a到3d与介质谐振器4之间特别地参考电场元件的耦合状态。如图5和6A中描述的，在介质带3a上从端口#1入射LSM01模式的电磁波，从而，介质带3a磁耦合到介质谐振器4，该谐振器随后以HE111模式被激励。介质谐振器4随后磁耦合到介质带3c，藉此从端口#3输出LSM01模式的电磁波。这时，LSE01模式的电磁波被感应而在介质带3b和3d中传播。但是，如图6A中描述的，提供给介质带3b和3d的LSE模式抑制器5抑制LSE01模式信号分别到达端口#2和#4。相反的，如图6B中所示，当LSM01模式的电磁波从端口#2入射在介质带3b上时，介质带3b磁耦合介质谐振器4，后者随后以HE111模式激励。介质谐振器4随后磁耦合到介质带3d，藉此从端口#4输出LSM01模式的电磁波。这时，LSE01模式的电磁波被感应以在介质带3a和3c中传播。如图6B中描述的提供给介质带3a和3c的LSE模式抑制器5抑制LSE01模式信号分别到达端口#1和#3。
如图6A和6B中所示的实施例中，相邻的介质带3a到3d相互分开90度。即使相邻介质带之间的角度从90°位移一微小的量，也引起LEM01模式漏到交叉线中，因此使交叉线之间的绝缘性降低。但是，只要得到的绝缘性是可忽略的，相邻介质带3a到3d之间的角都可能从90°位移。
另外，可使用一种管状的HE111模式介质谐振器，这种谐振器以类似于上述圆柱HE111模式介质谐振器的方式工作。
另外，介质带的端面要根据沿电磁波在介质带中传播的出发方向对称地放置。即，只要信号有效地从介质带3a经介质谐振器4传播到介质带3c(或沿相反的方向)及从介质带3b经介质谐振器4传播到介质带3d(或沿相反方向)，介质带的端面可配置成任何形状。
介质带可按需要弯曲。简而言之，只有一点是重要的，即介质带3a，3b，3c和3d的端面以在介质带3a和3c中传播的信号不干扰在介质带3b和3d中传播的信号的方式反向地面对介质谐振器4。
下面参考立体透视7，解释本发明第二实施例的交叉线装置的配置。第二实施例和第一实施例之间的不同点在于交叉线装置由信号只以一种信号模式，例如LSM01模式在其中传播的介质线形成，因此消除了设置LSE模式抑制器的需要。更具体地说，如图7中所示，在上下导电板1和2的内表面中形成了用于接受介质带3a到3d的凹槽6。这样，在设置了介质带3a到3d的区域之外的非传播范围中，导电板1和2之间的空隙作得比在放置了介质带3a到3d的传播范围中导电板1和2之间的空隙窄。非传播区域中的空隙由h1表示，而传播区域中的空隙由h2表示。介质带3a到3d的介质常数由ε1表示，而非传播区域中导电板1和2之间介质件(通常是空气)的介质常数由ε2表示。然后，确定各个空隙h1和h2及各个介质常数ε1和ε2，使在传播区域中传播的LSM01模式的截止频率低于LSE01模式的截止频率，而且LSM01模式和LSE01模式电磁波在非传播区域中被阻止。这样，形成了只有一种模式例如LSM01模式的电磁波在其中传播的介质线。相应地，在图7中，当LSM01模式电磁波在介质带3a和3c中经介质谐振器4传播时，LSE01模式电磁波不会在介质带3b和3d中传播。类似地，当LSM01模式电磁波在介质带3b和3d中传播时，LSE01模式电磁波不会在介质带3a和3c中传播。
在上述实施例中，端面相对和介质谐振器的介质带被直线设置。只有一点是重要的，即，至少相邻介质带的相对部分大体上成90°相互隔开放置，而相对部分之外的其它部分可以弯曲，以任一方向将介质带引到外面。特别在图7所示的第二实施例中，由于只有单模式电磁波(LSM01模式电磁波)在介质线中传播，即使弯曲部分的曲率半径作得较小，也可防止从LSM01模式到LSE01模式的模式转换，因此可使传送只有很小的损失。
图8是本发明第三实施例的交叉线装置的平面图，其中未示出上下导电板。虽然在上述实施例中只使用了一个介质谐振器，但可使用多个介质谐振器形成交叉线装置。在图8中所描述的第三实施例中，使用了以HE模式谐振的介质谐振器4a和4b。介质带3b和3d沿安排介质谐振器4a和4b的方向设置，而介质带3a和3c沿和上述方向成90°地分别和介质谐振器4a和4相对地放置。
图9描述了如图8中所示的交叉线装置中介质带3a到3d与介质谐振器4a和4b之间的耦合状态。例如，如图9A所示，当LSM01模式电磁波从端口#1入射在介质带3a上时，以HE111模式激励磁耦合到介质谐振器4b的介质谐振器4a，藉此还以HE111模式激励了介质谐振器4b。然后，介质谐振器4b磁耦合到介质带3c，藉此将LSM01模式电磁波输出到端口#3。这时，提供给介质带3b和3d的LSE模式抑制器5抑制了LSE模信号在介质带3b和3d中传播。相反地，如图9B中所示，当从端口#2将LSM01模式电磁波入射在介质带3b上时，磁耦合到介质谐振器4b的介质谐振器4a以HE111模式被激励，这样还以HE111模式激励了介质谐振器4b。介质谐振器4b磁耦合到介质带3d，因此将LSM01模式电磁波输出到端口#4。这时，提供给介质带3a和3c的LSE模式抑制器5防止了LSE01模式信号在介质带3a和3c中传播。
按照这种方法，两级介质谐振器沿每个交叉方向插在介质线之间，因此增加了通带宽度特性。
图10是描述本发明的第四实施例的交叉线装置的平面图，其中未示出上下导电板。第四实施例和图8和9中描述的第三实施例的不同点在于介质带3c面对介质带3a，其间夹有介质谐振器4。在第四实施例中，在端口#1和#3之间只插了一个介质谐振器4a，而在端口#2和#4之间插了两个介质谐振器4a和4b。这样能沿交叉方向区分介质线的通带宽度特性。
图11是描述本发明第五实施例的交叉线装置配置的平面图，其中未示出上下导电板。不同于上述诸实施例，第五实施例中，使用了旋转不对称的椭圆棱柱形介质谐振器4，而且介质带3a和3c沿长轴放置，而介质带3b和3d沿短轴放置。在这种情况下，当电磁波从端口#1或#3被激励时产生的谐振频率不同于当电磁波从端口#2或#4被激励时产生的谐振频率。通过使用上述不同的谐振频率，即使在两个交叉线中传播的信号的频率之间有极大的差别，也可获得损失很小的传播特性。
通过使用圆柱或管状的HE模式介质谐振器，及第五实施例中椭圆棱柱形介质谐振器，可通过在介质带的端面和介质谐振器之间设置不同的间隔而区分两个交叉线的特性。例如，设置相对较大的间隔以故意增加介质线沿一方向的传送损失。
如已经从上述描述中看到的，本发明提供了以下的优点。
以简单的结构在同一平面上配置具有良好绝缘特性和较小损失的交叉线装置。
另外，通过设置LSE模式抑制器，可以抑制成90°隔开的交叉介质带中的LSE模式信号的传播，藉此防止了两根交叉介质线之间的模式转换。这样，两根交叉介质线被用作独立的(绝缘的)线。
另外，在特定条件下无需设置LSE模式抑制器也可以防止两根交叉介质线之间的模式转换。这样，两根交叉介质线被用作独立的(绝缘的)线。
权利要求
1.一种交叉线装置，其特征在于包含两块大致上相互平行设置的导电板；设置在所述两块导电板之间的一个HE模式介质谐振器或多个相互连接的HE模式介质谐振器；及四条介质带，所述介质带的端部面对所述HE模式介质谐振器或所述多个介质谐振器中指定的一个介质谐振器，所述相邻介质谐振器相互以大致成90度隔开。
2.如权利要求1所述的交叉线装置，其特征在于四条所述介质带中的每条介质带配一个LSE模式抑制器。
3.如权利要求1所述的交叉线装置，其特征在于，当在传播范围中传播的LSM01模式信号的截止频率低于LSE01模式信号的截止频率情况下，确定在设置了介质带的传播范围中两块导电板之间的间距h1，在传播范围之外的非传播范围中两块导电板之间的间距h2，传播范围的介质常数ε1及非传播范围的介质常数ε2，而且LSM01模式和LSE01模式中的电磁波在非传播区域中被阻断。
4.一种波导，其特征在于包含相互面对的导体；至少两根相互交错的介质带线设置在所述导体之间，在所述介质带线交叉部分设置构成空隙的介质件；及以使其电磁耦合到所述介质带线的方式在空隙中提供介质谐振器。
全文摘要
一种交叉线装置有两块导电板。在所述两块导电板之间设置了耦合到谐振器的HE模式介质谐振器和四条介质带。相邻四条介质带相互隔开90度。相应地,在两条大致上成180度角的介质带线中传播的信号和在另两条线中传播的信号在介质谐振器中无相互干扰地相互交叉。
文档编号H01P3/00GK1195903SQ9810372
公开日1998年10月14日 申请日期1998年1月23日 优先权日1997年1月23日
发明者谷崎透, 西田浩, 齐藤笃 申请人:株式会社村田制作所