专利名称：模式转换器的制作方法
技术领域：
NRD波导(无辐射介质波导)是一种结构，其中，平板导电板以间距等于或小于使用频率的半波长安置其内并且在这两片平板导电板之间插入一个绝缘带。电磁波沿着绝缘带传输。
背景技术：
在相关技术中，微波带式传输线和波导已被用于毫米波的传输线。然而，微波带式传输线有很大传输损耗，而且采用波导构造传输线和电路又很困难，所以需要在该领域内开发新技术。
NRD波导被认为是用于频率高于30GHz毫米波的传输线的有效材料，因为和微波带式传输线相比，波在介电材料中传输的高无辐射性具有低传输损耗。并且，NRD波导与普通波导相比，更易于用来制造和构成电路。为了将NRD波导应用到那些通常使用普通波导和和微波带式传输线的相关技术里，需要将LSM型波，即NRD波导中主要的模式，转换成TE型波。本发明可以使TE型波和LSM型波之间相互转换，由此可以扩大NRD波导的应用。
发明内容
作为一种毫米波段低损耗的传输线，NRD波导的主要传输模式为LSM型波，LSM型波的电场分量平行于组成NRD波导的上、下两块导电板。例如，如果要将NRD波导用于相关技术中的微波带式传输线或其它波导，首先要把LSM型波转换成TE型波；其次，为了让波从微波带式传输线或其它波导传输至NRD波导，需要将TE型波转换成LSM型波。在本发明中，可以在微波带式传输线和NRD波导之间设计一种实现上述模式的转换的接口。
本发明涉及一种模式转换器，该模式转换器在NRD波导中实现TE型波和LSM型波之间的相互转换。图1描述了TE型波到LSM型波的模式转换单元的优选实施例；图2了描述LSM型波到TE型波的模式转换单元的优选实施例。本发明所述的模式转换单元的优选实施例已在60GHz频带上实行。本发明所述的模式转换单元也可在其它频率上实行。
图3(a)描述了NRD波导中LSM型波的电场分布；图3(b)描述了NRD波导中TE型波的电场分布；如图3(a)和图3(b)所示，LSM型波和TE型波的电场分量相互垂直。换句话说，模式转换器可以被认为是将每一个极化波旋转90度。
图1为实现TE型波到LSM型波转换的模式转换单元的透视图；图2为实现LSM型波到TE型波转换的模式转换单元的透视图；图3(a)为NRD波导中LSM型波的示意图；图3(b)为NRD波导中TE型波的示意图；图4为实现TE型波到LSM型波转换的模式转换单元的透视图；图5为抑制和阻塞TE型波的模式抑制器的透视图；图6为阻塞TE模式反射板的透视图；图7为用于将入射极化波旋转45度的45度极化波转换板的透视图；
图8为阻塞LSM模式反射板的透视图；图9为LSM型波和TE型波在前端和后端的传输和反射特性的示意图；图10为可将LSM型波转换成TE型波的低损耗模式转换单元的透视图；图11为使用网络分析仪测得的使用模式转换器的传输线的传输和反射特性曲线；附图标记的详细说明1是上层导电平板；2是下层导电板；3，7是特氟纶；4是模式转换器；5是1毫米特氟纶；6是TE模式抑制器；8是TE模式反射板；9是0.8毫米特氟纶；10是45度极化波转换板；11是2.4毫米特氟纶；12是LSM模式反射板；13，17是绝缘基片；14，15，16，18，19，20是金属(铜)薄膜；21是金属盒具体实施方式
本发明提供两种优选实施例。第一种优选实施例是将TE型波转换成为LSM型波的模式转换单元，该转换单元由转换模式的模式转换器4、TE模式抑制器6及安装在模式转换器4和TE模式抑制器6之间的1毫米特氟纶5组成。
第二种优选实施例是将LSM型波转换成为TE型波的模式转换单元，该转换单元由特氟纶3、TE模式反射板8、0.8毫米特氟纶9、45度极化波转换板10、2.4毫米特氟纶11和LSM模式反射板组成12。
(第一优选实施例)根据本发明的第一优选实施例，模式转换单元将TE型波转换成为LSM型波，图1为模式转换单元的透视图，该单元由特氟纶3、模式转换器4、1毫米特氟纶5和TE模式抑制器6组成。
以TE型波传播的毫米波通过特氟纶3被导入模式转换器4，并通过模式转换器4转换成LSM型波。其它未被转换的TE型波经过其长度小于λ/4的1毫米特氟纶5，到达TE模式抑制器6。TE模式抑制器6允许LSM型波通过并反射TE型波。同时，在1毫米特氟纶5中，被反射的TE型波与入射的TE型波相互抵消。这样，最后只有LSM型波被模式转换单元传输。
图4为模式转换器4的透视图，模式转换器采用介电常数为2.6、厚度为0.3毫米的绝缘基片13，模式转换器的绝缘基片为2.5毫米宽、2.25毫米长。14和15是用于模式转换的安装在绝缘基片之上的金属(铜)薄膜。这些金属薄膜的厚度为0.03毫米、0.2毫米宽，其弯曲部分的宽度为0.1毫米，两个金属薄膜弯曲部分的间隙为0.1毫米。可以通过调整弯曲部分的宽度和两个弯曲部分的间隙使得模式转换器的传输损耗或转换损耗最小化。上述所提供的数字是使得波的传输损耗最小化的尺寸测量值。
图5为TE模式抑制器6的透视图，TE模式抑制器使用的绝缘基片13的尺寸与用于模式转换器的绝缘基片的尺寸相同。TE模式抑制器所用的金属薄膜为一组宽度为0.2毫米的窄金属条，金属薄膜之间的间隙为0.2毫米的。TE模式抑制器6抑制被转换后的波中剩余的TE型波的传输。金属薄膜的宽度和它们彼此之间的间隙影响传输损耗。在金属薄膜的宽度为0.05毫米和它们彼此之间的间隙为0.45毫米时，传输损耗最小。
(第二优选实施例)根据本发明的第二优选实施例，模式转换单元将LSM型波转换成为TE型波。第二优选实施例的原理是将极化波旋转90度。图2为模式转换单元的透视图，该模式转换单元由特氟纶3、TE模式反射板8、0.8毫米特氟纶9、45度极化波转换板10、2.4毫米特氟纶11和LSM模式反射板12组成。
以LSM型波传播的毫米波通过特氟纶3被传送进TE模式反射板8，TE模式反射板8阻塞TE型波，只允许LSM型波通过。LSM型波通过TE模式反射板8，经过λ/4长的0.8毫米特氟纶9到达45度极化波转换板10，并且将极化波旋转45度。波的极化方向被旋转45度后，经过2.4毫米特氟纶11到达LSM模式反射板12。通过这些过程，LSM型波被阻塞，45度旋转过的极化波被再次旋转45度，并传输。最后，极化波就被旋转90度并被转换成TE型波来传输。在TE模式反射板8和45度极化波转换板10之间的部分被称为前端；45度极化波转换板10和LSM模式反射板12被称为后端。
图6为TE模式反射板8的透视图。TE模式反射板8采用介电常数为2.6、厚度为0.3毫米的绝缘基片17。金属(铜)薄膜18是用于阻塞TE型波。金属(铜)薄膜18为0.03毫米厚，并且装在2.5毫米宽、2.25毫米长的绝缘基片上。金属薄膜的宽度和这些金属薄膜之间的间隙均为0.15毫米。
图7为45度极化波转换板10的透视图，45度极化波转换板10采用与TE模式反射板8相同的绝缘基片材料。金属(铜)薄膜17的宽度和彼此之间间隙均为0.15毫米并倾斜45度。这种结构用于将入射极化波的旋转45度。
图8为LSM模式反射板12的透视图。LSM模式反射板12采用与TE模式反射板8和45度极化波转换板10相同的绝缘基片材料。金属(铜)薄膜的宽度和金属(铜)薄膜之间的间隙均为0.15毫米。金属(铜)薄膜均水平排放。LSM模式反射板12将入射极化波旋转45度，其对于将旋转极化波旋转90度并阻塞LSM型波具有影响。
图9为在第二优选实施例中LSM型波和TE型波的模式转换单元的前端、后端的反射和传输特性曲线。考虑到这两种模式的传输和反射特性，目的是为了在前端中得到TE型波的λ/4间隙和在后端中得到LSM型波λ/4的间隙，因此在TE模式反射板8和45度极化波转换板之间安装0.8毫米特氟纶9，并且在45度极化波转换板10和LSM模式反射板12之间安装2.4毫米特氟纶11。
当本发明中的第一优选实施例中，TE型波被转换成为LSM型波时，转换损耗约为2dB。当本发明中的第二优选实施例中，LSM型波被转换成为TE型波时，转换损耗约为1.4dB。
本发明提供的模式转换单元可以将LSM型波转换成TE型波，如图10所示，并获得低转换损耗。本发明的第二优选实施例中使用模式转换单元，并且在距离模式转换单元1毫米处放置一个与从模式转换器前端到后端的长度相同的金属盒21，构成一个波导。结果，转换损耗为0.7dB。
前述的本发明实现方案和优点只是范例，不能被解释为是本发明的限制。本发明所讲述的方法可以被应用于其它类型的设备。本发明的描述是为了说明而不是限制权利要求的范围。许多改变、修改和变化对这一领域的技术人员来说是明显的。权利要求旨在涵盖这里所描述为表现为列举功能的结构，而且不仅涵盖结构的等同物，而且涵盖等同的结构。
工业实用性本发明中，转换损耗显著地降低。这样，以近乎相同的输出从TE型波转换到LSM型波以及从LSM型波转换到TE型波。因而，本发明使得NRD波导与微波带式传输线或其它波导之间的接口成为可能。
权利要求
1.一种模式转换器，用于通过安装在两块相互平行的金属平板之间的无辐射介质波导传输毫米波，包括一个模式转换器(4)，一个TE模式抑制器(6)和一个安装在模式转换器(4)和TE模式抑制器(6)之间间隙处的1毫米长度特氟纶，从而使得TE型波转换成LSM型波成为可能。
2.如权利要求1所述的模式转换器，在其中，通过调整安装在模式转换器上的两个金属薄膜之间的间隙以使传输损耗或转换损耗最小化。
3.如权利要求1所述的模式转换器，在其中，通过调整安装在模式转换器上的两个金属薄膜之间的间隙，使得TE型波能够转换成LSM型波，以此NRD波导与微波带式传输线或波导之间的接口成为可能。
4.一种模式转换器，用于通过安装在两块相互平行的金属平板之间的无辐射介质波导传输毫米波，其包括一个模式转换器(4)、一个TE模式抑制器(6)，以及安装在模式转换器(4)和TE模式抑制器(6)之间固定尺寸间隙处的1毫米特氟纶(5)组成。
5.如权利要求4所述的模式转换器，在其中，安装1毫米特氟纶(5)，用于将输入的TE型波与TE模抑制器(6)反射的TE型波相互抵消用于抵消，并且模式转换单元只传输LSM型波。
6.如权利要求4所述的模式转换器，在其中，通过调整安装在该模式转换器中的两片金属薄膜之间的间隙，可以使传输损耗或转换损耗最小化。
全文摘要
本发明使用无辐射介质波导传输毫米波，转换损耗可以显著地降低。因此，本发明可以损耗极低地实现毫米波TE型波到LSM型波之间的相互转换。上述模式的转换，不仅可以在波导内，也可以在微波传输带和无辐射介质波导内实现。
文档编号H01P1/16GK1491447SQ02804961
公开日2004年4月21日 申请日期2002年1月25日 优先权日2001年2月20日
发明者申千雨 申请人:Nrd技术有限公司, 申千雨