專利名稱：無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種形成在不同類型介質(zhì)線路之間的連接處的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。另外，本發(fā)明涉及一種組件、一種天線設備和一種包括該天線設備的無線設備。
介質(zhì)線路作為轉(zhuǎn)換線路已經(jīng)使用于毫米波頻帶和微米頻帶中。這種介質(zhì)線路通過在兩個基本平行的導電板之間設置一個介質(zhì)條來形成。特別是，已知一種無輻射介質(zhì)線路(下稱為“常規(guī)NRD波導(normal NRD Waveguide)”)。在常規(guī)NRD波導中，導電板之間的距離被設置成等于或小于一個電磁波傳播波長的一半，因而該電磁波僅能透過一個介質(zhì)條傳播。
同時，在常規(guī)NRD波導中，由于LSM01模式和LSE01模式之間的模式轉(zhuǎn)換而在一個彎曲(bend)中產(chǎn)生了傳輸損耗。結果，不能設計出一個具有任意曲率半徑的彎曲。這樣，就產(chǎn)生了一個無輻射介質(zhì)線路(下稱為“超NRD波導(hyper NRD Waveguide)”)。在該超NRD波導中，在每個導電板的相對表面內(nèi)形成一個凹槽，并在凹槽間設置一介質(zhì)條以將LSM01模式作為單一模式進行轉(zhuǎn)換。
然而，當不考慮在彎曲中由于模式轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的傳輸損耗時，常規(guī)NRD波導的傳輸損耗小于超NRD波導的傳輸損耗。另外，常規(guī)NRD波導還有一優(yōu)點，即在兩個介質(zhì)條的連接處的傳輸損耗小于超NRD波導。
因此，當在利用常規(guī)NRD波導特性的元件中使用常規(guī)NRD波導，并且在利用超NRD波導特性的元件中使用超NRD波導時，就必需進行兩種類型無輻射介質(zhì)線路之間的線路轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的受讓人描述了一種無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的結構和一種包括已在所述日本專利申請11-195910中公開的該結構的設備。
然而，在一個無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換中，如所述公開的申請中的圖3所示，因為設置了一個第二轉(zhuǎn)換，因此，在線路的寬度方向和線路的長度方向上就需要間距。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種在上述兩種不同類型的無輻射介質(zhì)線路之間的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換，并能夠使其比在上述的日本專利申請公開號為11-195910中公開的轉(zhuǎn)換小。此外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種無輻射介質(zhì)結組件、一種天線設備和一種使用該無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的無線設備。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供了一種包括彼此相對基本平行的兩個導電板的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換，在該兩個導電板的相對位置上形成第一凹槽，由設置在該第一凹槽之間的介質(zhì)條形成第一無輻射介質(zhì)線路，由設置在該兩個相對導電板之間的介質(zhì)條形成的第二無輻射介質(zhì)線路，在第一無輻射介質(zhì)線路和第二無輻射介質(zhì)線路之間形成的第二凹槽，在從第一凹槽繼續(xù)的同時，第二凹槽的深度隨著第一凹槽而逐漸變化，由設置在第二凹槽中的介質(zhì)條形成的第三無輻射介質(zhì)線路，以形成一個連接第一無輻射介質(zhì)線路和第二無輻射介質(zhì)線路的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供了一種包括兩個形成彼此相對基本平行的導電平面的導電板的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換，形成于兩個導電板的相對位置內(nèi)的第一凹槽，由設置在該第一凹槽之間的介質(zhì)條形成第一無輻射介質(zhì)線路，由設置在該兩個相對導電板之間的介質(zhì)條形成的第二無輻射介質(zhì)線路，在第一無輻射介質(zhì)線路和第二無輻射介質(zhì)線路之間形成的第二凹槽，第二凹槽的深度隨著第一凹槽而逐漸變化，和由設置在第二凹槽中的介質(zhì)條形成的第三無輻射介質(zhì)線路，以形成一個連接第一無輻射介質(zhì)線路和第二無輻射介質(zhì)線路的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。
在該設置中，在由裝入深凹槽中的介質(zhì)條形成的第一無輻射介質(zhì)線路區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)條兩側上的截止區(qū)域的導電板之間的間隔窄。在第二無輻射介質(zhì)線路的區(qū)域中，沒有可裝入介質(zhì)條的凹槽或有淺的凹槽。即，介質(zhì)條兩側上的截止區(qū)域的導電板之間的間隔較寬。結果，在第一無輻射介質(zhì)線路區(qū)域和第二無輻射介質(zhì)線路區(qū)域之間，凹槽的深度，即介質(zhì)條兩側上的截止區(qū)域的導電板之間的間隔，在第三無輻射介質(zhì)線路上改變。換言之，第一和第二無輻射介質(zhì)線路之間的線路轉(zhuǎn)換在第三無輻射介質(zhì)線路上進行。
另外，在上述無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換中，第三無輻射介質(zhì)線路的截止區(qū)域的導電板之間的間隔可被設置成具有比第一無輻射介質(zhì)線路的截止區(qū)域的導電板的間隔大的固定長度。另外，電磁波在第三無輻射介質(zhì)線路傳播方向的長度可被設置成約為一個線路波長的1/4。這樣設置后，作為線路轉(zhuǎn)換的第三無輻射介質(zhì)線路的長度就減小。并且，當在第一和第三無輻射介質(zhì)線路之間的邊界上反射的波與在第三和第二無輻射介質(zhì)線路之間的邊界上反射的波同步時，兩個反射波相互抵消，并且在減少反射和損耗的同時進行線路轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明的第三方案，提供了一種包括上述第一和第二無輻射介質(zhì)線路的無輻射介質(zhì)線路組件，該無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換設置在第一和第二無輻射介質(zhì)線路的連接處上。例如，當通過結合多個毫米波電路組件來形成一個單一的模塊時，由第二無輻射介質(zhì)線路形成該組件之間的線路的連接處，并且由第一無輻射介質(zhì)線路形成每個組件內(nèi)的彎曲。此外，在第一和第二無輻射介質(zhì)線路之間設置該無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。結果，例如，使用超NRD波導作為第一無輻射介質(zhì)線路，并使用常規(guī)NRD波導作為第二無輻射介質(zhì)線路，則本發(fā)明的無輻射介質(zhì)線路組件具有一個總的緊密尺寸，并且能夠在利用兩個波導特性的時候減少轉(zhuǎn)換的損耗。
此外，在上述無輻射介質(zhì)線路組件中，第二無輻射介質(zhì)線路的兩片可以預定距離設置以形成一個定向耦合器，并且第一無輻射介質(zhì)線路可通過第三無輻射介質(zhì)線路而被設置在第二無輻射介質(zhì)線路的末端。第二無輻射介質(zhì)線路的電場能量分布得比第二無輻射介質(zhì)線路的更寬。這樣，上述設置允許兩個形成該定向耦合器的第二無輻射介質(zhì)線路之間的耦合長度增加。此外，由于耦合長度增加，因為該兩個無輻射介質(zhì)線路之間的連接元件的長度能被減小，因此整個組件能夠被小型化。
根據(jù)本發(fā)明的第四個方案，提供了一種包括上述定向耦合器的天線設備。在該天線設備中，定向耦合器沒電磁波傳播方向、在兩個形成定向耦合器的第二無輻射介質(zhì)線路彼此耦合的元件處被分成可移動部分和固定部分。該固定部分包括一個介質(zhì)透鏡，并且該可移動部分包括一個一次輻射器。該一次輻射器將接收到的通過定向耦合器傳輸?shù)男盘栞椛渲两橘|(zhì)透鏡，并將從透鏡接收到的信號發(fā)送至該定向耦合器。
在該方法中，可移動部分相對于固定部分的相對位移允許電波的方向性在通過定向耦合器將固定部分電路耦合到一次輻射器時被移置。
根據(jù)本發(fā)明的第五方案，提供了一種包括上述無輻射介質(zhì)線路組件或上述天線設備以形成一毫米波通信設備、毫米波雷達或類似物的無線設備。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的局部透視圖；圖2A至2C表示包括鄰近元件的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的剖面圖；圖3A和3B表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的局部透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的局部透視圖；圖5A和5B表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的局部透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的局部透視圖；圖7是根據(jù)該第五實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的俯視圖和側視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的局部透視圖；圖9是根據(jù)該第六實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的俯視圖和側視圖；圖10是根據(jù)該第六實施例的另一個無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的俯視圖和側視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的局部透視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的用于求值的無輻射介質(zhì)線路組件的局部透視圖；圖13是表示根據(jù)該第八實施例的上述組件的特性的圖表；圖14是根據(jù)第九實施例的定向耦合器的結構的局部透視圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的第十實施例的在天線設備內(nèi)的定向耦合器的透視圖；圖16是上述天線設備的俯視圖和剖面圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的第十一實施例的毫米雷達模塊的方框圖。
參見圖1和2，描述了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。
圖1表示變換單元結構的透視圖，其中除去了一個上部導電板。圖2A至2C表示無輻射介質(zhì)線路的剖面圖。上部導電板2具有一個構造，其中，如圖1所示的下部導電板的頂和底被翻轉(zhuǎn)。上部和下部導電板1和2形成相對的平行導電板。介質(zhì)條3被設置在兩個導電板1和2之間。在圖1中，常規(guī)NRD波導被縮寫成NNRD，而超NRD波導被縮寫成HNRD。該波導的剖面圖如圖2A和2C所示。換言之，在該常規(guī)NRD波導中，由導電板1和2形成的導電板之間的間隔被設置成基本與圖2A中所示的介質(zhì)條3的高度相等。那么，LSM01模式電磁波和LSE01模式電磁波傳播所穿過的區(qū)域形成在介質(zhì)條3上。另外，如圖2C所示，在超NRD波導的區(qū)域中，在導電板1和2中形成相對的凹槽以將介質(zhì)條3裝入其中。利用該設置，由上部和下部導電板在介質(zhì)條的兩側上形成的導電板之間的間隔被縮窄，以形成一個傳播區(qū)，LSM01模式波作為一個單一波透過它在介質(zhì)條3上傳播，同時，在介質(zhì)條3的每一側的空間內(nèi)形成一個波截止區(qū)域。對于該常規(guī)NRD波導和該超NRD波導而言，與介質(zhì)條3的導電板的導電平面之間的間隔方向相當?shù)慕橘|(zhì)條的高度不變。然而，作為平行于導電平面方向的頻帶的寬度在該常規(guī)NRD波導的區(qū)域中被變寬，而在該超NRD波導的區(qū)域中被變窄。利用該設置，介質(zhì)條3的尺寸被確定，從而獲得在使用的頻率段內(nèi)的最適當電特性。此外，超NRD波導的每個凹槽g的深度被設置成這種方式，即對應于介質(zhì)條兩側上的導電平面之間的間隔的長度，LSM01模式的截止頻率低于LSE01模式的截止頻率。
在圖1和圖2A至2C中，線路轉(zhuǎn)換區(qū)域相當于作為第一無輻射介質(zhì)線路的超NRD波導HNRD和作為第二無輻射介質(zhì)線路的常規(guī)NRD波導NNRD之間的第三無輻射介質(zhì)線路。在該區(qū)域中，進行超NRD波導和常規(guī)NRD波導之間的線路轉(zhuǎn)換。在該線路轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)，形成在每個導電板內(nèi)的凹槽的深度從HND波導向NNRD波導逐漸變淺，并且在介質(zhì)條3的兩側上的導電板的導電平面之間的間隔以錐形的形式逐漸變寬。此外，介質(zhì)條3的寬度也從HNRD波導向NNRD波導以錐形的形式逐漸變寬。
利用上述結構，在HNRD波導和線路轉(zhuǎn)換之間的邊界處和變換單元和NNRD波導之間的邊界處的線路阻抗改變小，并且邊界上的反射能夠被消除。因此，由線路轉(zhuǎn)換引起的傳輸損耗能夠被消除。
為了將NNRD波導的介質(zhì)條3固定到導電板1和2上，如圖2A*所示，在導電板1和2內(nèi)形成相對淺的凹槽以將介質(zhì)條3插入凹槽g內(nèi)。
圖3A和3B表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的無輻射介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的兩個例子。圖3A和3B都表示該結構的透視圖，其中上部導電板被移去。每個上部導電板具有一個構造，其中下部導電板1的頂和底翻轉(zhuǎn)。介質(zhì)條3裝入形成于上部和下部導電板內(nèi)的凹槽中以形成一個HNRD波導，一個NNRD波導，和一個在其間的線路轉(zhuǎn)換。在圖1所示的實施例中，其中導電板1和2的凹槽的深度逐漸變化的線路轉(zhuǎn)換的范圍與其中介質(zhì)條3的寬度以錐形形式改變的范圍相一致。然而，如圖3A所示，導電板凹槽的深度可擇一地在比其中介質(zhì)條3的寬度方向以錐形形式改變的范圍大的范圍內(nèi)改變。相反，如圖3B所示，導電板凹槽的深度可在比其中介質(zhì)條3的寬度方向以錐形形式改變的范圍小的范圍內(nèi)改變。
接著，參見圖4，描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的例子。
圖4是線路轉(zhuǎn)換的透視圖，其中移去上部導電板。該上部導電板具有一個構造，其中，如圖4所示的下部導電板1的頂和底被翻轉(zhuǎn)。當與圖1所示的例子比較時，可以清楚地看到，上部和下部導電板的凹槽深度在形成于HNRD波導和NNRD波導之間的線路轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)以階梯形式改變。換言之，在介質(zhì)條3的兩側上的上部和下部導電板之間的間隔在從HNRD波導至NNRD波導的方向上以階梯形式被擴寬。
利用上述設置，因為線路阻抗階梯狀改變，所以能夠消除由線路不連續(xù)部分引起的反射。結果，也可消除在線路轉(zhuǎn)換的傳輸損耗。
圖5A和5B表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的兩個例子。圖5A和5B的每個表示線路轉(zhuǎn)換的透視圖，其中，移去上部導電板。該上部導電板具有一個構造，其中，在每個圖中所示的下部導電板1的頂和底被翻轉(zhuǎn)。在圖4所示的例子中，其中形成于導電板1和2中的凹槽的深度逐漸改變的線路轉(zhuǎn)換的范圍與其中介質(zhì)條3的寬度以錐形形式改變的范圍相一致。然而，如圖5A所示，凹槽的深度可在比其中介質(zhì)條3的寬度以錐形形式改變的范圍大的范圍內(nèi)以階梯形式改變。相反，如圖5B所示，凹槽的深度可在比其中介質(zhì)條3的寬度以錐形形式改變的范圍小的范圍內(nèi)以階梯形式改變。
接著，參見圖6和7，描述根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。
圖6表示線路轉(zhuǎn)換的透視圖，其中移去上部導電板。圖7表示在同樣情況下的結構的俯視圖和側視圖。在該實施例中，HNRD波導和NNRD波導之間的線路轉(zhuǎn)換的線路長度用參數(shù)L表示。大于該線路長度L，形成比HNRD波導凹槽淺的凹槽以改變整個以階梯形式的凹槽的深度。此外，當線路波長相當于λg時，線路轉(zhuǎn)換的線路長度被設置為約λg/4。例如，當用在76GHz的頻帶內(nèi)時，如圖7所示，介質(zhì)條3的相對介質(zhì)常數(shù)被設置為2.04，其高度被設置為1.8mm，HNRD波導的寬度被設置為1.2mm，NNRD波導的寬度被設置為2.0mm，并且線路轉(zhuǎn)換的長度L被設置為1.35mm。在這種情況下，介質(zhì)條3的寬度在線路轉(zhuǎn)換時以錐形形式改變。HNRD波導的凹槽深度被設置為0.5mm，線路轉(zhuǎn)換的凹槽深度被設置為0.32mm。結果，在HNRD波導的介質(zhì)條3兩側上的導電板之間的間隔被設置為0.8mm(1.8-2×0.5)，線路轉(zhuǎn)換的介質(zhì)條3的兩側上的導電板之間的間隔被設置為1.16mm(1.8-0.32×2)。在該方法中，通過將線路轉(zhuǎn)換的線路長度L設置為λg/4，在HNRD波導和線路轉(zhuǎn)換之間邊界上反射的波與在NNRD波導和線路轉(zhuǎn)換之間邊界上反射的波同步，從而，向HNRD波導和NNRD波導反射的兩個反射波抵消。接著，通過最佳設置線路轉(zhuǎn)換的凹槽深度來降低反射特性，因此，兩個反射波的強度基本相等。
接著，參見圖8至圖10，描述根據(jù)本發(fā)明第六實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。
圖8表示線路轉(zhuǎn)換的透視圖，其中，移去上部導電板。圖9和圖10表示顯示在提供兩個不同頻率頻帶的情況下的部分的尺寸的俯視圖和側視圖。在該實施例中，線路轉(zhuǎn)換凹槽比HNRD波導的凹槽淺，并且該凹槽的深度以階梯形式改變。接著，介質(zhì)條3的寬度沿線路長度在其中凹槽深度以階梯形式改變的范圍大的范圍內(nèi)以錐形形式改變。
圖9表示在60GHz頻帶內(nèi)提供的部分的尺寸，圖10表示在76GHz頻帶內(nèi)提供的部分的尺寸。在該情況下，當其中凹槽深度以階梯形式改變的范圍的長度被設置為約λg/4時，通過同步在凹槽深度改變的元件處反射的波能夠消除反射波。結果，能夠得到降低的反射特性。
圖11表示根據(jù)本發(fā)明第七實施例的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。該圖表示線路轉(zhuǎn)換的透視圖，其中移去上部導電板。在該例子中，凹槽深度通過使線路轉(zhuǎn)換凹槽比HNRD波導凹槽淺而以階梯形式改變。與圖8所示的情況相反，介質(zhì)條3的寬度在比其中凹槽深度以階梯形式改變的范圍小的范圍內(nèi)以錐形形式改變。當HNRD波導的線路阻抗用參數(shù)Z1表示，并且NNRD波導的線路阻抗用參數(shù)Z2表示時，線路轉(zhuǎn)換的凹槽深度以這種方式設置，以使作為第三無輻射介質(zhì)線路的線路轉(zhuǎn)換的線路阻抗相當于(Z1×Z2)1/2。利用該設置，能夠得到HNRD波導和NNRD波導之間相稱的阻抗。
接著，圖12表示根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的使用無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換的求值電路，圖13是表示該電路特性的一個例子的圖表。
圖12表示該電路的透視圖，其中移去上部導電板。該上部導電板具有一個構造，其中，下部導電板1的頂和底被翻轉(zhuǎn)。這些導電板以這種方式設置，以使介質(zhì)條3插入上部和下部導電板的凹槽內(nèi)。包括線路轉(zhuǎn)換和將線路轉(zhuǎn)換夾在其中的介質(zhì)線路的電路結構與圖8中所示的結構相同。在該電路中，從端口#1至端口#2，電磁波順序穿過第一HNRD波導、第一線路轉(zhuǎn)換、NNRD波導、第二變換單元和第二HNRD波導傳播。
圖13表示在求值電路中從端口#1至端口#2的透射特性和從端口#1至端口#2的反射特性。在這中情況下，實線路表示由計算(模擬)所得的分析結果，虛線路表示實際測量得到的結果。然而，分析結果不包括線路的轉(zhuǎn)換損耗。在該方法中，發(fā)現(xiàn)可通過使用圖8中所示的線路轉(zhuǎn)換來得到低反射/低插入損耗特性。
接著，作為根據(jù)本發(fā)明的第九實施例的無輻射介質(zhì)線路組件的一個例子，參見圖14來描述一個定向耦合器。
圖14表示該定向耦合器的透視圖，其中移去上部導電板。該上部導電板以這種方式設置，以使其頂和底對應于下導電板1翻轉(zhuǎn)。在該定向耦合器中，如圖12所示，有一對線路。該對線路的每一個都具有用于輸入/輸出端口的HNRD波導和設置在兩個線路轉(zhuǎn)換之間的NNRD波導。在該方法中，通過將NNRD波導設置成以一預定距離彼此平行，兩個線路進行它們之間的電磁場耦合。HNRD波導之間的耦合強度大于NNRD波導之間的耦合強度。此外，兩個HNRD波導的介質(zhì)條之間的間隔比兩個NNRD波導的介質(zhì)條之間的間隔寬。結果，HNRD波導之間的耦合強度增加。這樣，定向耦合器的分支比由NNRD波導的長度決定。
如上所述，HNRD波導被用作定向耦合器的輸入/輸出端口。這樣，即使在該定向耦合器的每個輸入和輸出端口任意設置一個彎曲，也不會有由于發(fā)生在彎曲的模式轉(zhuǎn)換引起的損耗。此外，因為NNRD波導之間的耦合強度高，所以即使當減少兩個介質(zhì)條之間間隔所必需的尺寸精度時，也能形成無輻射介質(zhì)線路組件。另外，即使利用具有短長度的NNRD波導，也能得到預定的耦合強度。這樣，整個組件就被小型化。
接著，參見圖15和16描述根據(jù)本發(fā)明第十實施例的天線設備的結構。
圖15表示形成于設置在天線設備中的可移動部分和固定部分之間的定向耦合器的透視圖。同樣地，在該圖中，移去上部導電板。該上部導電板將以這種方式設置，以使其頂和底對應于下導電板翻轉(zhuǎn)。形成在導電板1上的線路是該固定部分，形成在導電板1上的線路是可移動部分。順序從HNRD波導、第一線路轉(zhuǎn)換、和NNRD波導至第二線路轉(zhuǎn)換和第二HNRD波導進行的線路轉(zhuǎn)換處的部分相當于圖14中所示的定向耦合器的半側部分。在該可移動部分上，在HNRD波導和NNRD波導之間設置一個線路轉(zhuǎn)換。在可移動部分和固定部分上的NNRD波導以預定的距離彼此平行地接近設置。該兩個NNRD波導進行它們之間的電磁場耦合以形成該定向耦合器。該定向耦合器的耦合長度L相當于可移動部分上的NNRD波導的長度。這樣，通過適當?shù)卦O置該長度L，定向耦合器的耦合值被設置為0dB，并在保持低轉(zhuǎn)換損耗的同時，從循環(huán)器向一次輻射器提供能量。
圖16表示包括圖15中所示的該定向耦合器和連接到其上的一次輻射器的結構和這些元件和介質(zhì)透鏡之間的關系。在圖16中，上部分是該結構的俯視圖，其中移去上部導電板。下部分表示該可移動部分的剖面圖和可移動部分和介質(zhì)透鏡之間的關系。終結器被連接固定部分上的一個HNRD波導上。在另一個HNRD波導上形成一個彎曲以連接到該循環(huán)器。由介質(zhì)共鳴器形成的一次輻射器4設置在可移動部分的HNRD波導的一個末端。如圖16的剖面圖中所示，開口5設置在一次輻射器4的介質(zhì)透鏡6的元件上。該一次輻射器4進行電磁耦合，穿過一個介質(zhì)條3b傳播LSM01模式，以頻帶有與介質(zhì)條3b的電場方向相同方向的電場組件的HE111模式共鳴。接著，線路性偏振的電磁波通過開口5在垂直于導電板2b的方向上輻射。由介質(zhì)透鏡6會聚的輻射波形成一給定的光束。相反，當從開口5輸入由介質(zhì)透鏡5會聚的電磁波時，一次輻射器4由HE111模式激發(fā)，LSM01模式的電磁波通過它穿過與一次輻射器4耦合的介質(zhì)條3b傳播，并通過定向耦合器被傳輸?shù)窖h(huán)器。
利用上述設置，提供一個激勵器以使得可移動部分對應于固定部分移動。當可移動部分在圖16中所示的箭頭方向內(nèi)移動時，一次輻射器驗在介質(zhì)透鏡6的真實焦點內(nèi)移動。結果，能夠掃描到轉(zhuǎn)換波束和接收到的波束的方向性。
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明的第十一實施例的毫米波雷達模塊的結構的方框圖。在該情況下，VCO是具有如體效應二極管的發(fā)光器件的電壓控制振蕩器，以調(diào)制一個振蕩頻率。以這種方式形成NRD波導，以使振蕩信號順序穿過從振蕩器、耦合器和循環(huán)器至一次輻射器的路徑傳播。在該情況下，設置在一次輻射器的固定部分和可移動部分之間的定向耦合器具有如圖15和16中每一個所示的結構。從一次輻射器接收到的信號通過循環(huán)器被傳輸至一個混頻器。該混頻器混合從耦合器發(fā)送的本地信號和該接收到的信號，以產(chǎn)生一個中間頻率信號。一個信號處理電路探測至一個被探測特的距離，和基于由IF放大器放大的中間頻率信號和VCO的調(diào)制信號之間關系的相對速度，以向主設備輸出。
除了圖17中所示的例子，本發(fā)明能被用于通過無輻射介質(zhì)線路和類似物傳輸毫米波信號的毫米波通信設備。
在上述的每個實施例中，通過以相對的方式設置上部和下部導電板來形成兩個平行導電平面。這些導電板可以是金屬板?；蛘撸糜诒景l(fā)明的板可通過在介質(zhì)板或設置絕緣板的表面上設置導電膜形成。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，在作為線路轉(zhuǎn)換的第三無輻射介質(zhì)線路的區(qū)域中，插入介質(zhì)條的凹槽深度被改變，并且介質(zhì)條兩側上的截止區(qū)域內(nèi)的導電板之間的間隔隨之改變。利用該設置，在第一和第二無輻射介質(zhì)線路之間進行線路轉(zhuǎn)換。結果，在日本未審查的專利申請公開號為11-195910中公開的該“第二線路轉(zhuǎn)換”是不必要的。這樣，因為在線路轉(zhuǎn)換的介質(zhì)條的寬度和長度方向上不需要特定的區(qū)域，能夠使整個結構密集。
此外，因為減少了作為線路轉(zhuǎn)換的第三無輻射介質(zhì)線路的線路長度，因此能夠簡化無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。另外，在第一和第三無輻射介質(zhì)線路之間的邊界上反射的波和在第三和第二無輻射介質(zhì)線路之間的邊界上反射的波被有效抵消。結果，在保持低反射和低轉(zhuǎn)換損耗的同時，能夠進行線路轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，第一無輻射介質(zhì)線路是超NRD波導，第二無輻射介質(zhì)線路是常規(guī)NRD波導。這樣，當利用這些波導的特性時，能夠形成具有低轉(zhuǎn)換損耗的整個密集無輻射介質(zhì)線路組件。
此外，因為增加了形成定向耦合器的兩個無輻射介質(zhì)線路之間的耦合強度，則在設置兩個無輻射介質(zhì)線路的區(qū)域內(nèi)不需要高的尺寸精度。結果，能夠容易得到具有預定分支比的定向耦合器。并且，在日本未審查的專利申請公開號為11-195910中公開的該“第二線路轉(zhuǎn)換”是不必要的。這樣，因為在線路轉(zhuǎn)換的介質(zhì)條的寬度方向內(nèi)不需要特定的區(qū)域，因此，能夠容易地將形成定向耦合器的兩個無輻射介質(zhì)線路之間的間隔變窄。利用這種設置，能夠得到兩條線路之間的高的耦合強度。因此，國為能夠使耦合元件的線路長度變短，因此整個組件能夠小型化。
根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，利用可移動部分相對于固定部分的相對移動，在通過定向耦合器保持固定部分電路和一次輻射器之間的耦合的同時，光束的方向性能夠被移動。并且，因為能夠使定向耦合器密集并減少可移動部分的重量，因此能夠小型化移動單元。結果，通過可移動部分的高速移動能夠容易進行高速光束掃描。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，例如，提供了一個密集的毫米波通信設備或一個具有無輻射介質(zhì)線路組件或上述天線設備的密集毫米波雷達。
盡管上面描述了本發(fā)明的最佳實施例，但應該明白，在不脫離下面權利要求的實質(zhì)和范圍的情況下，可作不同的改進和改變。
權利要求
1．一種無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換，包括兩個導電板，形成彼此相對基本平行的導電平面；形成在兩個導電板的相對位置內(nèi)的第一凹槽；由設置在第一相對凹槽之間的介質(zhì)條形成的第一無輻射介質(zhì)線路；由設置在兩個相對的導電板之間的介質(zhì)條形成的第二無輻射介質(zhì)線路；在第一無輻射介質(zhì)線路和第二無輻射介質(zhì)線路之間形成的第二凹槽，在從第一凹槽繼續(xù)的同時，第二凹槽的深度逐漸改變；和由設置在第二凹槽內(nèi)的介質(zhì)條形成的第三無輻射介質(zhì)線路，以形成連接第一無輻射介質(zhì)線路和第二無輻射介質(zhì)線路的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。
2．一種無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換，包括兩個導電板，形成彼此相對基本平行的導電平面；形成在兩個導電板的相對位置內(nèi)的第一凹槽；由設置在第一相對凹槽之間的介質(zhì)條形成的第一無輻射介質(zhì)線路；由設置在兩個相對的導電板之間的介質(zhì)條形成的第二無輻射介質(zhì)線路；在第一無輻射介質(zhì)線路和第二無輻射介質(zhì)線路之間形成的第二凹槽，在從第一凹槽繼續(xù)的同時，第二凹槽的深度以階梯形式改變；和由設置在第二凹槽內(nèi)的介質(zhì)條形成的第三無輻射介質(zhì)線路，以形成連接第一無輻射介質(zhì)線路和第二無輻射介質(zhì)線路的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。
3．如權利要求2所述的一種無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換，其中，第三無輻射介質(zhì)線路的凹槽具有固定長度，電磁波傳播方向的長度被設置成約為線路波長的1/4。
4．一種無輻射線路組件，包括該第一無輻射介質(zhì)線路、該第二無輻射介質(zhì)線路和根據(jù)權利要求1、2、和3之一的無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換。
5．如權利要求4所述的無輻射介質(zhì)線路組件，其中，第二無輻射介質(zhì)線路的兩片以預定距離設置以形成一個定向耦合器，并且第一無輻射介質(zhì)線路通過第三無輻射介質(zhì)線路設置在兩個第二無輻射介質(zhì)線路末端。
6．一種天線設備，包括根據(jù)權利要求5的定向耦合器，在該兩個第二無輻射介質(zhì)線路形成定向耦合器彼此耦合的部分上沿電磁波傳播方向分成可移動部分和固定部分；一個固定介質(zhì)透鏡；和設置在可移動部分內(nèi)的一次輻射器，輻射通過定向耦合器向介質(zhì)透鏡傳輸?shù)囊粋€信號，和將從介質(zhì)透鏡接收的一個信號發(fā)送至定向耦合器。
7．一種無線設備，包括根據(jù)權利要求4和5之一的無輻射介質(zhì)線路組件或根據(jù)權利要求6的天線設備。
全文摘要
一種無輻射混合介質(zhì)線路轉(zhuǎn)換允許兩種不同類型的無輻射介質(zhì)線路之間的線路轉(zhuǎn)換在有限的空間中進行。另外,一種無輻射介質(zhì)線路組件、一種天線設備和一種無線設備包括上述線路轉(zhuǎn)換。在該結構中,在一個下部導電板和一個上部導電板之間設置一個介質(zhì)條,以形成每個超NRD波導(HNRD)和常規(guī)NRD波導(NNRD)。在該兩個波導之間,在繼續(xù)至HNRD用的凹槽的同時深度逐漸變淺的凹槽被形成來設置一個進行線路轉(zhuǎn)換的第三無輻射介質(zhì)線路。
文檔編號H01P3/00GK1313652SQ0013727
公開日2001年9月19日 申請日期2000年12月28日 優(yōu)先權日1999年12月28日
發(fā)明者北林宣匡, 高桑郁夫 申請人:株式會社村田制作所