专利名称：无辐射介质传输线装置和用于测量线路板特性的设备的制作方法
技术领域：
本发明是关于应用无辐射介质传输线的装置，具体说，是关于适合用于毫米波波段和微波波段集成电路的装置。
图26(A)、26(B)、26(C)是表示三种常规无辐射介质传输线(NRD波导)的结构的截面图。图26(A)表示通常称为常规类型的无辐射介质传输线，其中介质条100布置在大体上彼此互相平行放置的导体102和103之间。图26(B)表示一种通常称为槽形无辐射介质传输线，其中在每一个导体101和102上刻有一槽，介质条100被放入槽中。图26(C)是一种通常称为窗形的无辐射介质传输线，在介质条103和104的平面部分构成导体101和102，每条介质条有一个边(翼片)，且介质条做成彼此面对面。
在这种介质传输线之中，由于把导体间的距离Y做成所传输的电磁波波长的一半而减小了传输损耗，从而抑制了弯曲部分或者非连续部分中的辐射波。
图27表示应用这样一种无辐射介质传输线的普通装置的例子。参考图27，标号105表示线路板，其上形成电极106和107，并且安装了梁式引线二极管。在这个例子中，由于把这种其上形成电极且安装了电子部件的线路板安装在介质条100的端面上，梁式引线二极管108将被耦合到通过介质条100传输的电磁波中。
图28表示把无辐射介质传输线用于耿氏(GUNN)振荡器的例子。参考图28，标号109表示在线路板105上形成的带状传输线。标号110表示被装入本装置中的Gunn二极管，二极管的电极与带状传输线109相连接。线路板105安装成与介质条100的端面相平行(其方向垂直于与介质条长度方向相平行的方向)，这样就使通过介质条100传输的电磁波与通过带状传输成109传输的电磁波彼此相互电磁耦合。
如上所述，在应用无辐射介质传输线的普通装置中，为了把介质条耦合到线路板的导体传输线上，线路板要安装在介质条的端面上，并且线路板垂直于介质条的长度方向放置。然而，在这种结构中，很难安全可靠地把线路板固定在装置内，并且，因为线路板可能被弄成倾斜，因此线路板不易安装。而且因为线路板安放在二个导体之间，只能使用形状又长又窄的带状线路板，这样就限制了导体传输线的可成形的样式。由于这些原因，就不可能做成具有小量元件的相对大规模的集成电路。
另外，在介质条装在导体之间，集成电路又与线路板做在一起的情况下，就不能对单一线路板进行调节。因此调节操作就必须重复进行。例如，测量装入无辐射介质传输线的线路板的特性时，当调整时线路板要取出来，调整完后再装上线路板，然后再测量其特性。因此调节操作是复杂的和效率低的。
本发明的目的是提供一种无辐射介质传输线装置，其中，线路板安装到无辐射介质传输线装置中的容易程度得到改善，在线路板上形成导体薄膜图案的自由度增加了，并且能够在小尺寸范围内容易地提高集成度。
本发明的另一个目的是提供线路板特性的测量设备，其中，能对单一线路板的特性进行测量和调整。
按照本发明的一个方面的无辐射介质传输线装置中，为了改善无辐射介质传输线中线路板安装的容易程度，为了增加线路板上形成的导体薄膜图案的自由度，也为了在较小的尺寸内增加其集成度，其上设置有导体薄膜或者是与导体薄膜一起的电路元件的线路板装配在二个导体之间并且与导体基本上平行，使设置在线路板上的导体薄膜或者电路元件靠近介质条或者使其深入到介质条，以便使导体薄膜或电路元件耦合到无辐射介质传输线上。用这种结构，线路板上的导体薄或电路元件被耦合到通过介质条传输的电磁波中，因此就能得到起集成电路作用的、其中装有无辐射介质传输线和线路板的无辐射介质传输线装置。就这一点来说，因为线路板安装在二个基本上彼此平行的导体之间，线路板安装的容易程度提高了，因为，例如，当二个导体安装成彼此平行时，线路板这样定位，以便插入二入导体之间，或者沿导体安装。更进一步，因为线路板沿二个导体被定位，就有可能通过使用大面积的线路板来提供若干导体薄膜或者与导体薄膜一起的电路元件，从而能够方便地得到具有高集成度的装置。
在按照本发明另一方面的无辐射介质传输线装置中，为了将无辐射介质传输线装置用作振荡器，在线路板上设置振荡元件和用于传输振荡元件的振荡信号的导体传输线，并且使导体传输线靠近或者使其深入介质条，以便把振荡器信号传输到无辐射介质传输线。用这种结构，振荡元件的振荡信号被传输到无辐射介质传输线，因此，能够得到起集成电路作用的其中插入与无辐射介质传输线一起的振荡器的无辐射介质传输线装置。
按照本发明再一个方面的无辐射介质传输线装置，为了将无辐射介质传输线装置用作衰减器或终端器，在线路板上形成电阻薄膜，并且使电阻薄膜靠近或者使其深入介质条，以便衰减通过该无辐射介质传输线传输的电磁波。用这种结构，由于具有电场分量平行于电阻薄膜的模式(即LSM模式)的电磁波的能量在电阻薄膜上转变成焦尔热，通过介质条传输的电磁波就被衰减，因此够能得到起集成电路作用的无辐射介质传输线装置，其中衰减器或终端器与无辐射介质传输线装结合一起。
按照本发明的再另一个方面的无辐射介质传输线装置，为了将无辐射介质传输线装置用作定向耦合器，并排设置二个介质条以形成二个无辐射介质传输线，以1/4波长间隔在线路板上设置多个导电薄膜图案、在二个介质条之间设置多个导电薄膜图案、以及使多个导电薄膜图案靠近或者使其深入到二个介质条、以便耦合二个无辐射介质传输线。用这种结构，因为在二个导体之间设置二个介质条，就形成二个无辐射介质传输，并且借助于多个导电薄膜图案使二个无辐射介质传输线彼此耦合。例如，在
图14中为二个介质条提供三条带状传输线a，b，c的情况中，从(1)进入的波部分又引出到(2)，并且其中一部分波通过二个带状线a，b，c漏入右边的介质条。这时，因为经过任一条带状线输出到(4)的所有波具有相同的相位差，这些波在相位上是同步的。然而，对于输出到(3)的那些波，经过后面的带状线(例如，带状线b)的那些波与经过前面的带状线(例如，带状线a)的那些波相比延迟了相当于λg/4＋λg/4＝λg/2的相位。因此，不同步的波彼此抵销，在(3)的方向上没有波出现。结果，无辐射介质传输线装置起定向耦合器的作用。
在按照本发明的更进一步方面的线路板特性测量设备中，为了使该设备能测量线路板的特性，提供以下部件二个设置成彼此平行的导体、设置在该二个导体之间的介质条、以及用于安装根据本发明的上述方面的线路板的线路板安装件，所述线路板安装件放置在二个导体之间，其中，在线路板安装在线路板安装件的状态下，经过介质条测量线路板的特性。采用这种结构，通过把在本发明上述任一方面中所述的线路板安装在设置于两个彼此平行的导体之间的线路板安装件中，构成了包括线路板的无辐射介质传输线装置。因此，有可能借助介质条采用测量通过介质条传输的电磁波的方法来测量线路板的特性。而且，在证实能够得到预定的特性以后，或者，在进行线路板的调整直至得到预定的特性之后，可以用把线路板装配到实际的无辐射介质传输线中的方法，来得到具有所希望特性的无辐射介质传输线装置。
从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述和其他目的、方面和新颖的特征就一清二楚。
图1是按照本发明的第一实施例的无辐射介质传输线装置的透视图2是图1所示的无辐射介质传输线装置的分解的透视图；图3是按照本发明的第二实施例的无辐射介质传输线装置的透视图；图4是图3所示的无辐射介质传输线装置的分解的透视图；图5(A)和5(B)是表示在无辐射介质传输线的电磁场分布和线路板上的导体薄膜图案之间的关系的部分透视图；图6(A)和6(B)表示按照本发明的第三实施例的用作振荡器的无辐射介质传输线装置的结构；图7表示按照本发明的第四实施例的用作振荡器的无辐射介质传输线装置的结构；图8(A)和(B)表示按照本发明的第五实施例用作振荡器的无辐射介质传输线装置的结构；图9表示按照本发明的第六实施例用作终端器的无辐射介质传输线装置的结构；图10表示按照本发明的第七实施例的用作终端器的无辐射介质传输线的结构；图11(A)和11(B)表示按照本发明的第八实施例的用作终端器的无辐射介质传输线装置的结构；图12(A)和12(B)表示按照本发明的第九实施例的用作终端器的无辐射介质传输线装置的结构；图13表示按照本发明的第十实施例用作定向耦合器的无辐射介质传输线装置的结构；图14表示定向耦合器中介质条和带状传输线之间的关系；图15(A)和15(B)表示按照本发明的第十一实施例的FM-CW雷达前端部的结构；图16表示图15中所示的FM-CW雷达前端部的等效线路；
图17(A)和17(B)表示用于测量线路板特性的设备的结构，所述线路板用于图15所示FM-CW雷达的前端部；图18表示图17所示的FM-CW雷达前端部的等效电路；图19表示图15所示混频部分的结构的另一个实施例；图20(A)和20(B)表示图15所示混频部分的结构的另一个实施例；图21(A)、21(B)、21(C)和21(D)表示介质和带状传输线之间的位置关系；图22(A)、22(B)、22(C)和22(D)表示无辐射介质传输线内线路板位置的实施例；图23(A)和23(B)表示无辐射介质传输线的电磁场分布和带状传输线的电磁场分布之间的关系；图24(A)、24(B)和24(C)表示介质条和带状传输线之间的位置关系；图25(A)和25(B)表示用作振荡器的无辐射介质传输线装置的结构，该无辐射介质传输线装置使用LSE01模；图26(A)、26(B)和26(C)表示普通无辐射介质传输线的结构；图27表示具有梁式引线二极管安装件的普通无辐射介质传输线装置的部分剖视透视图；图28表示用作振荡器的普通无辐射介质传输线装置的结构；图29表示当确定无辐射介质传输线各段的尺寸、材料与截止频率之间的关系时使用的计算模型；图30表示当确定无辐射介质传输线的色散曲线和传输损耗使用的计算模型；图31表示当线路板的厚度尺寸变化而线路板的介电常数保持不变时，截止频率相对于截止段厚度的关系；图32表示当线路板的厚度尺寸变化而线路板的介电常数保持不变时，截止频率相对于截止段厚度的关系；图33表示当线路板的厚度尺寸变化而线路板的介电常数保持不变时，截止频率相对于截止段厚度的关系；图34表示在预设定条件下的色散曲线；图35表示在预设定条件下的色散曲线；图36表示在预设定条件下的色散曲线；图37表示在预设定条件下的色散曲线；图38表示在预设定条件下的色散曲线；图39表示在预设定条件下的色散曲线；图40表示在预设定条件下的色散曲线；图41表示在预设定条件下的色散曲线；图42表示在预设定条件下的色散曲线；图43表示在每一设定条件下的传输损耗的结果；图44表示在每一设定条件下的传输损耗的结果；图45表示在每一设定条件下的传输损耗的结果；图46表示在每一设定条件下的传输损耗的结果；图47表示常规型无辐射介质传输线的电场分布；图48表示槽型无辐射介质传输线的电场分布；和图49表示无辐射介质传输线的电场分布，其中介质传输线是槽型的，并且线路板被插在中间位置。
按照本发明的第一实施例的无辐射介质传输线的结构表示在图1和图2中。
图1是表示主段结构的透视图。图2是图1所示装置的分解的透视图。参考图1和图2，标号13和14表示导体板，二个导体板相对的每一面上都刻有一槽，介质条10和11的横截面是矩形的，被放置在这些槽上。标号12表示线路板，例如，氟树脂型线路板，其上有一带状传输线15。更确切地说，各带状传输线是由这些导体线和导体板13和14形成的。在线路板的上表面形成接地导体16，如图2中所示。这些带状传输线用来形成由导体线17和接地导体16构成的共平面波导，并且，在标号18所示的部分中借助介质线路板、接地导体16和导体板13、14转变成平面介质传构线。在公开号为7-69867的日本专利申请中已经公开了这种平面介质传输线的构思，并且，这种技术可以用于本发明。把其上已形成各种导体薄的线路板12布置在二块导体板13和14之间，并且，插入到介质条10和11之间，这样，由介质条10和11、线路板12、和导体板13和14形成无辐射介质传输线。正如后面将描述的，二个导体板13和14之间的距离、线路板12的厚度尺寸、介质条10和11的介电常数、以及线路板12是这样确定的，以便利用电磁波的LSM01模。图5(A)表示这种情况下的LSM模的电磁场分布。在图5(B)中，实线指示电力线，而虚线指示磁力线。虽然电磁场分布随线路板的介电常数和介质条的介电常数面变化，但是，因为LSM模是一种基本模式，其中磁场平行于介质条和空气之间的边界面，所以，图2所示的带状传输线15和电磁波彼此耦合。
下面，按本发明的第二实施例的无辐射介质传输线装置的结构表示在图3和图4中。
图2是表示基本部分的结构的透视图。图4是图3所示装置的分解的透视图。在图3和4中，标号13和14代表导体板，二个导体板的相对的面中的每一面都刻有槽，截面为矩形的介质条10被放置在这些槽中，线路板12放置在导体板13和14之间并与二个导体板相平行。例如，在导体板13上设置凸出部分，线路板12用螺钉固在该凸出部分上，线路板12以预定的姿势固定在预定的位置上。图5(A)表示这种情况下的LSM模式的电磁场分布。然而在该图中未示出上下导体板。在图5(B)中，实线表示电力线，虚线表示磁力线。即使线路板12来像上面描述的那样放入二个介质条之间，图为LSM01模的磁场从介质条10和导体板13和14之间的空气之间的边界面上漏出，所以，磁场和介质传输线15仍然彼此磁耦合。
下面，按照本发明的第三实施例的用作振荡器的无辐射介质传输线装置的结构表示在图6(A)和(B)中。图6(B)是从输出边看的前视图，图6(A)是上导体板移掉后的顶视平面图。在图6(A)和6(B)中，标号13和14表示导体板，它分别构成下罩板和上罩板，介质条10被安装在罩板间的预定位置上。结果，介质条10和导体板13和14的内表面形成无辐射介质传输线。而且线路板12用螺钉固在导体板13上。在线路板12上设置带状传输线15和用作高频(RF)扼流圈的导体图案20。耿氏二极管用螺钉固定在导体板13上，同时，其接线端由引线连接到带状传输线15和导体图案20上。此外，偏压端子21被安装在导体板13上，并且，偏压端子21在导体板13内部的端部用引线连接到导体图案20的端部。在这种结构中，加直流偏压到耿氏二极管19上，耿氏二极管产生振荡，其振荡信号通过带状传输线15传输，带状传输线15和上面描述的介质传输线彼此相互耦合，最后振荡信号将通过无辐射介质传输线传输。
下面，按照本发明的第四实施例的用作振荡器的另一种无辐射介质传输线装置的结构表示在图7中。与第三实施例不同，线路板12被放置在二个介质条10和11之间。线路板12上设置带状传输线15，设置在区间200中的耿氏二极管的接线端被连到带状传输线15。带状传输线15深入到二个介质条10和11的相对的表面，由介质条10和11、线路板12和导体板13和14构成无辐射介质传输线。因此，耿氏二极管的振荡信号通过带状传输线15传输到上述传输线。
下面，按照本发明第五实施例的用作包含调制器的振荡器的无辐射介质传输线装置的结构表示在图8(A)和8(B)中。在图8(A)和图8(B)中，图8(B)是从调制后的信号输出侧看的侧视图，图8(A)是上导体板被移掉的顶视平面图。在图8(A)和8(B)中，在分别用作上、下罩板的导体板13和14的预定位置设置介质条10和11。线路板12用螺钉紧固在导体板13上。而且，变容二极管的直流端子28和耿氏二极管的直流端子27被设置在导体板13上。线路板12上设置带状传输线15高频扼流圈的导体图案20以及电极23和24。耿氏二极管用螺钉紧固在导体板13上，它的端子被连接到线路板面上的带状传输线15上。变容电极管29被连接到带状传输线15和各导体图案20之一之间。电极23由导线连接到直流偏压端子27上，电极24用导线连接到调制端子28上。用这种结构，由于在调制端子28和偏压端子27之间输入调制信号，在偏压端子和地之间加直流高压，耿氏二极管产生振荡，并且它的振荡频率随变容二极管的静电电容而变化。振荡信号通过带状传输线15传输到无辐射介质传输线，并且，传输到图8(B)中看到的输出侧。
下面，按照本发明的第六实施列的用作终端器的无辐射介质传输线装置的结构表示在图9中。图9是表示设置在线路板12上的图案的分解的透视图。电阻薄膜30被做成渐变形状、插入介质条10和11之间，如图中所示。当线路板12以这样的方式定位，即，使其插入在介质条10和11以及导体板13和14之间时，就形成无辐射介质传输线。通过传输线传输的电磁波被耦合到电阻薄膜30，电磁波能量被电阻薄膜30所消耗，于是在输入端的方向上消除了反射。
图10是表示按照本发明的第七实施例用作终端器的另一种无辐射介质传输线装置的结构的分解的透视图。与图9中所示的实施例不同，在直至超出介质条10和11的相对的表面的区域形成所述电阻薄膜。结果，电阻薄膜也与分布在介质条附近的电磁波相互耦合，因此，也就能更有效地衰减电磁波。
图11(A)和11(B)表示按照本发明的第八实施例的用作终端器的无辐射介质传输线装置的结构。图11(A)是导体板与上介质条一起被移开的分解的透视图。图11(B)是部分分解透视图，其中线路板12从下导体13上移开。如图中所示，电阻薄膜30被形成在介质条10的上侧，在线路板12上形成开孔部分31，以避免其上形成电阻薄膜。结果，即使电阻薄膜的膜厚度很厚，也能够使线路板12的表面基本上是平的，这样就有可能把上介质条11放在线路板12上，并使之与线路板12紧密接触。这种电阻薄膜30是通过在介质条上印刷电阻胶而形成的，或者由介质条上附加带状的电阻片而形成。
下面，按照本发明的第九实施例的用作衰减器的无辐射介质传输线装置的结构表示在图12(A)和12(B)中。图12(B)是从电磁被输入侧看的侧视图，图12(A)是顶视图，其中构成上罩板的上导体板14被移用了。在图12(A)和12(B)中，在线路板12上形成在图12(A)中所示的渐变形状的电阻薄膜30。结果，由介质条10和导体板13和14构成无辐射介质传输线。通过这种传输线传输的电磁波被耦合到电阻薄膜30上，电磁波的能量逐渐被电阻薄膜30吸收。结果，该装置起衰减器的作用。
下面，按照本发明的第十实施例的起定向耦合器作用的无辐射介质传输线装置的结构表示在图13和14中。图13是这一装置的分解的透视图。上导体板13上设置了二条介质条10a和10b，下导体板上设置了二条介质条11a和11b，线路板12被插入在他们之间并装配好。在线路板12上以1/4波长的间距设置各带状传输线15。由于线路板12被设置在上下导体板13和14之间，所以，由介质条10a、10b和11a和11b，线路板12，以及导体板13和14构成了二条无辐射介质传输线，并且带状传输线15是这样设置的，即，使其横跨所述二条介质传输线。
图14表示无辐射介质传输线和带状传输线之间的关系。在如图中所示以1/4波长的两介质条之间间距设置两条以上带状传输线a、b和c的情况下，从(1)进入的大部分波部分输出到(2)，这些波的一部分通过三条带状传输线a，b和c漏到右边介质条上。这时，由于输出到(4)并且径过任一条带状传输线的所有波具有相同的相位差，这些波在相位上是同步的。然而，关于输出到(3)的那些波，经过后的状传输线(例如，带状传输线b)，与经过前面的带状传输线(例如，带状传输线a)的波相比延迟了相当于λg/4＋λg/4＝λg/2的相位(180°)。因此，这些不同步的波彼此抵消，在(3)方向上没有波出现。
结果，该无辐射介质传输线装置起定向耦合器的作用。下面，按照本发明的第十一实施例的用作调频-连续波(FM-CW)雷达的前端部分的无辐射介质传输线装置的结构表示在图15(A)和15(B)以及图16中。
图15(A)表示用作上罩板的导体板的内表面。图15(B)是平面视图，其中线路板被定位在用作下罩板的导体板上。参考图15(A)和15(B)，在分别用作上下罩板的导体板13和14的预定位置上设置介质条10a、10b、10c、10d、10e、11a、11b、11c、11d和11e，它们是相互面对的镜像对称的图案。线路板12被插入在导体板13和14之间。在线路板12上分别制成起振荡器、终端器和混频器作用的各种导体薄膜图案和电阻薄膜图案。其中，振荡器部分的结构与图8(A)和8(B)所示的相同。终端器的结构也与图9或10中所表示的相同。在线路板12的混频器部分中，制成了用作RF扼流圈的导体图案20、用于RF匹配的导体板25和带状传输线15。消特基垫垒二极管26被安装在用于RF匹配的导体板25上。二条介质条10a和11a以这样的方式设置，即，以便把用于RF匹配的导体板25夹在当中。
用这种结构，无辐射介质传输线由介质条10a和11a、线路板12、和导体板13及14构成。通过这传输线传输的RF+LO(即，高频+低频)电磁波和用于RF匹配的导体板25相互耦合，RF电流流过消基特垫垒二极管26，由于二极管的非线性关系就产生中频信号，它经过用作RF扼流圈的导体图案20从中频(IF)输出端22输出。RF信号和LO信号被用作RF扼流圈的导体图案20切断，因此在中频输出端无RF信号和LO信号输出。每一个导体板13和14在其内部备有铁氧体圆片32，在其外部备有磁块(未示出)。介质条10d、10c、10e、11d、11c、和11e，铁氧体圆片32和磁铁构成环流器。这个环流器和由介质条10e和11e构成的终端器，以及电阻薄膜30构成隔离器。就是说，从振荡器发送出来的波，沿介质条10c和11c的方向传输，但是它们的反射波被电阻薄膜30所吸收，因而很难返回到振荡器。在介质条10b和11b与介质条10c和11c之间的部分以及在介质条10a和11a与介质条10c和11c之间的部分起耦合器的作用。结果，RF+LO传输波输入到上述混频器。介质条10c和11c的端部连接到发射天线(未示出)，介质条10a和11a的端部连接到接收天线(未示出)。在这些天线中使用一种其中把介质条做成棒形的天线，和一种泄漏波(leakage wave)无辐射介质天线。
图16是图15(A)和15(B)中所示的装置的等效线路图。当振荡器的振荡频率被图中所示的锯齿波调制时，包含有从天线到反射目标的距离和相对速度信息的差频信号就从混频器以中频信号的形式输出，通过处理该中频信号，就能确定到达目标的距离及相对速度。
下面，用于测量用在上述FM-CW雷达前端部 的线路板的特性的设备结构表示在图17(A)和17(B)，以及图18中。
图17(A)表示用作上罩板的导体板的内表面。图17(B)是用作下罩板的导体板的平面视图。在导体板13和14的预定位置设置介质条10a，10c，11a，11c，它们是相互面对的镜像对称的图案。不像图15(A)和15(B)所示的，这里未设置构成定向耦合的介质条10b和11b以及构成环流器的介质条10e和11e。线路板12被插入在这些介质条103和104之间。图18是这种状态的等效电路图。
如上所述，测量设备通过无辐射介质传输线-波导转换器连接到介质条10c和11c的端部。结果，有可能测量单个振荡器的特性。通过经由无辐射介质传输线-波导转换器把试验信号发生器连接到介质条10a和11a的端部，以及通过测量线路板的中频输出信号，就能够测量单个混频器的特性。
在图15(A)和15(B)所示的实施例中，从混频器部分到线路板的端部形成带状传输线。然而，例如，如图19所示，通过穿过下导体板的同轴电缆，带状传输线可以连接到中频输出电路和接地。此外，如图20(A)所示，在线路板上预先形成用于连接到地的图案是可能的，并且，如图20(B)中所示，借助使这部分接触在导体板14上设置的凸出部分14’而连接到地也是可能的。
虽然，如图21(A)和21(C)所示，上述实施例描述了这样的例子，其中，把带状传输线设置在介质条近旁，或者使带状传输线的一部分深入介质条的内部，除此以外，如图21(e)所示，使介质条的端部和带状传输线的端部彼此成一直线也是可能的。进而，如图21(D)所示，通过把带状传输放置在相对于介质条对称的位置，也能把它们连接起来。
此外，上述实施例描述了这样的例子，其中，线路板以这样的方式定位；即，以便把它放在分离的带状传输线之间，例如，如图22(A)所示，把线路板12的端部插入到带状传输线的侧部是有可能的。而且，虽然上述实施例描述了这样的例子，其中，使用一块相对地大的线路板，它具有与上和下导体板基本上相同的大小，但是，例如，如图22(B)所示，有可能使线路板12仅仅靠近带状传输线的一部分，或者，仅仅插入到带状传输线的一部分。而且，虽然上述实施例描述这样的例子，其中，线路板12被定位在二个导体板大体上中间的位置，但是，如图22(C)所示，必要时也可以改变所述线路板到导体板的距离。
另外，在上述某些实施例中，线路板12以紧接触的方式定位在分离成上和下带状传输线的带状传输线之间。然而，例如，如图22(D)所示，把线路板12与带状传输线的一个或二个分隔开来也是可能的。
到此为止，在所述所有实施例中，描述的无辐射介质传输线装置都应用LSM01模。然而，本发明也能应用于使用LSE01模的传输线。下面将参考图23(A)和23(B)到图25(A)和25(B)，描述它的一个例子。
图23(A)表示LSM01模的电磁场分布。然而未示出上和下导体板。图23(B)表示带状传输线的电磁场分布。
参考图23(A)和23(B)，实线表示电力线，虚线表示磁力线。虽然电磁场分布随着线路板的介电常数和介质条的介电常数变化而变化，因为LSM模基本上是一种磁场平行于带状传输线端面的模式，介质条和在它的传输方向上延伸的带状传输线15彼此是电磁耦合的。
图24(A)、24(B)和24(C)表示在介质条和带状传输线之间的位置关系。当带状传输线以非常靠近介质条的端部分或深入到介质条的内部的方式定位时，无辐射介质传输线由介质条和上、下导体板构成时，介质条和带状传输线彼此以LSM01模进行耦合。
图25(A)和25(B)表示用作振荡器的无辐射介质传输线装置的结构。图25(A)是顶视平面图，其上导体板去掉了，图25(B)是截面图。参考图25(A)和25(B)，标号13和14代表导体板，分别用作上罩板和下罩板，介质条10和11安装在各自预先确定的位置。结果，介质条10和导体板13和14的内表面构成无辐射介质传输线。线路板12紧固在导体板13上，在线路板12上设置带状传输线15和作为高频扼流圈的导体图案20。耿氏二极管19用螺钉紧固在导体板13上，其端子用导线连接到带状传输线15和用作RF扼流圈的导体图案20的一端上。偏压端子21安装在导体板13上，在它的内部和用作RF扼流圈的导体图案20的端子之间的部分由导线连接。用这种结构，把直流偏压加到耿氏二极管19上、耿氏二极管产生振荡，它的振荡器信号通过带状传输线15传输，带状传输线15和上述介质传输线彼此连接，因而信号通过无辐射介质传输线传输。
虽然在上述实施例中的每一个中都形成如图26(B)所表示的槽型无辐射介质传输线，但是，同样的方式可应用于图26(A)表示的常规型无辐射介质传输线，或者同样地能应用于图26(C)表示的窗形无辐射介质传输线。
下面将描述如下情况的分析结果，其中，当线路的传输频率设定在60GHz时，改变各种类型的无辐射介质传输线段的尺寸和材料。
首先，如图29所示，在这样的情况下确定截止频率，即，把线路板从无辐射介质传输线之间插入到无介质条的那部分(下文称为截止部分)，总厚度表示为y，板厚度表示为t，板的介电常数表示为εr。
图31到图33表示在使用具有相互不同的介电常数的线路板时，当板的厚度t变化时，截止部分厚度y与截止频率之间的关系。因31表示一个例子，其中，线路板的介电常数εr设定为2.5。例如，当板的厚度t为0.4毫米，又把截止部分的截止频率设定为66.7GHz时，其截止部分厚度y为1.7毫米。图32表示一个例子，其中，线路板的介电常数εr设定在3.5。例如，当板的厚度t为0.2毫米、截止频率为66.7GHz时，其截止部分的厚度y为1.75毫米。图33表示另一个例子，其中线路板的介电常数εr设定为10，当板的厚度t为0.1毫米、截止部分的截止频率为66.7GHz时，截止部分的厚度y为1.45毫米。
一般讲，与未插入线路板的常规型无辐射介质传输线相比较，当把具有某一个电常数的线路板插入其截止部分时，具有平行于上和下金属板的极化平面的电磁波的截止频率降低。由于这一原因，为了得到66.7GHz的预定截止频率，就必须减小在截止部分的上和下导体板之间的空间。在截止部分的截止频率为66.7GHz时，根据图31到图33的结果确定的截止部分厚度y和槽深g表示在下表中。
表1
其中槽深g是根据g＝(2.25-y)/2来确定的。
下面，对于图30的模型，根据下面表2的参数来确定色散曲线和传输损耗。
表2
其中介质条的介电常数是2.04，tanδ是1.5×10-4，和线路板的tanδ为0.01至0.0001。
从图34至图37可以看出，当把常规型无辐射介质传输线的色散曲线和槽型无辐射介质传输线的色散曲线作比较对，当槽深g变大时，最低次模式会从LSE01模变为LSE01模。这里，因为在g＝0.15和g＝0.3毫米之间，LSM01模和LSE01模是互相交迭的，因此，必须避免槽深g的设计落在这个范围内。进而，图为在g＝0.45毫米时，LSM01模和LSE01模之间的差别变得很宽，所以，通过决定槽深g，就有可能做到传输单一模式LSE01模。
另外，从图38至图41的结果可以进一步看出，即使插入低介电常数的电路，例如εr＝2.5或3.5，色散曲线也没有大的变化，并且，对传输特性的影响是小的。然而，在插入线路板的模型(图38)与不插入线路板的模型(图36)之间进行比较表明，插入线路板会引起截止频率降低。然而，如上所述，截止频率的降低量可以通调整y的尺寸来补偿。
从图34至图46的结果可见通过使用εr＝2.5至3.5的较低介电常数的线路板，板厚度t＝0.1至0.3毫米，以及线路板的介质电损耗角tanδ＝2×10-3(对应于氟树脂型线路板)，能够制成具有20db/m或者更小的传输损耗的实际传输线。
在不违背本发明的精神和范围的情况下，可以构成本发明的许多不同的实施例。应当明白，本发明并不限于本说明书中所描述的特殊的实施例。相反，本发明要复盖在下文要求的发明精神和范围内的各种修改和等效结构。下面的权利要求书的范围将符合对本发明的最广泛的解释，以便包括所有这种修改，等效结构和功能。
虽然已经就其具体实施例描述了本发明，但是，对本专业的技术人员来说，将明白许多其他的变化和修改以及其他应用。因此，最好不用这里具体的公开内容，而只用所附权利要求书来限定本发明。
权利要求
1.一种无辐射介质传输线装置，它是一种含有彼此平行放置的无辐射介质传输线的集成电路，其中，在二个导体之间设置介质条，其特征在于其上设置导体薄膜或者与导体薄膜一起的电路元件的线路板被设置在所述二个导体之间，并且基本上与导体平行，以及使所述线路板上设置的导体薄膜或电路元件靠近所述介质条，或者使其深入所述介质条，以便将所述导体薄膜或所述电路元件耦合到所述无辐射介质传输线。
2.按照权利要求1的无辐射介质传输线装置，其特征在于在所述线路板上设置振荡元件和用于传输振荡元件的振荡信号的导体传输线，以及使所述导体传输线靠近或者使其深入所述介质条，以便把所述振荡信号传输到所述无辐射介质传输线。
3.按照权利要求1的无辐射介质传输线装置，其特征在于在所述线路板上形成电阻薄膜，以及所述电阻薄膜紧靠或者深入所述介质条，以便衰减通过所述无辐射介质传输线传输的电磁波。
4.按照权利要求1的无辐射介质传输线装置，其特征在于并排地设置二条所述介质条，以构成二条无辐射介质传输线，在所述线路板上以1/4波长的间隔设置多个导体薄膜图案，在所述两条介质条之间设置多个导体薄膜图案，以及使所述多个导体薄膜图案靠近或者使其深入所述二条介质条，以便使所述二条无辐射介质传输线之间彼此耦合。
5.一种用于测量线路板特性的设备，其特征在于该设备包括两个彼此平行设置的导体，设置在所述两导体之间的介质条，以及用于安装线路板的线路板安装件，含有设置在它上面的导体薄膜或者与导体薄膜一起的电路无件的所述线路板设置在所述两导体之间，并且基本上与所述导体平行，其中，使设置在所述线路板上的所述导体薄膜或者所述电路元件靠近或者使其深入所述介质条，以便把所述导体薄膜或者所述电路元件耦合到所述无辐射介质传输线，所述线路板安装件设置在所述两个导体之间，其中，在所述线路板安装在所述线路板安装件中的情况下、借助所述介质条测量所述线路板的特性。
全文摘要
在无辐射介质传输线上安装线路板的容易程度得到改善，在线路板上形成的导体薄膜图案的自由度增加，以及易于提高集成度以适合应用于小尺寸范围内。在二个彼此平行放置的导体之间设置介质条，且线路板与所述导体板平行放置。线路板上的导体图案和无辐射介质传输线的传输波彼此电磁耦合。
文档编号H01P5/02GK1147705SQ9610851
公开日1997年4月16日 申请日期1996年7月5日 优先权日1995年7月5日
发明者石川容平, 谷崎透, 西田浩, 山下贞夫, 齐藤笃 申请人:株式会社村田制作所