專利名稱：扭曲波導(dǎo)和無線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種扭曲波導(dǎo)，它能轉(zhuǎn)動通過兩個矩形傳播路徑元件傳播之電磁波的極化平面。
背景技術(shù)：
圖14表示最為常見的普通扭曲波導(dǎo)，這是一種具有扭曲結(jié)構(gòu)的矩形波導(dǎo)。由于制造過程不允許具有這種結(jié)構(gòu)的矩形波導(dǎo)快速扭曲，所以這種波導(dǎo)要求在電磁波的傳播方向有一個預(yù)定長度。然而，波導(dǎo)還需要在接合部分具有較大的空間。專利文獻(xiàn)1公開了解決這些問題的結(jié)構(gòu)。具體來說，圖15表示按照專利文獻(xiàn)1的一種扭曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在這種扭曲波導(dǎo)中，附加一個第二矩形波導(dǎo)元件2，使第二矩形波導(dǎo)元件2相對于第一矩形波導(dǎo)元件1傾斜一個預(yù)定的角度。進(jìn)而，在第一矩形傳播路徑元件和第二矩形傳播路徑元件2之間設(shè)置一個諧振窗口或?yàn)V波器窗口3，諧振窗口或?yàn)V波器窗口3的傳輸中心頻率為預(yù)定的頻率，從而使極化平面的傾斜角度是上述預(yù)定角度的1/2。
專利文獻(xiàn)1日本未審專利申請出版物No.62-23201然而，圖15所示的結(jié)構(gòu)存在如下問題，即諧振窗口或?yàn)V波器窗口必須具有極小的尺寸才能被用于比如W頻帶(75-110GHz)的高頻電磁波。這使窗口的制造過程復(fù)雜化，并且，由于要利用諧振，就使能夠利用的頻率范圍變窄。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的在于通過提供一種具有寬的可利用頻率范圍而無需轉(zhuǎn)動極化平面所用的大尺寸空間的扭曲波導(dǎo)，并通過提供裝配這種扭曲波導(dǎo)的無線裝置而解決上述問題。
本發(fā)明的扭曲波導(dǎo)包括具有不同極化平面的第一和第二矩形傳播路徑元件；以及將第一和第二矩形傳播路徑元件連接在一起的連接部件。所述連接部件沿第一和第二矩形傳播路徑元件的電磁波傳播方向具有固定的線長。所述連接部件具有多個突起，它們向內(nèi)突出，并因此而相互面對，這些突起把從第一和第二矩形傳播路徑元件進(jìn)入的電磁波的電場集中起來，并轉(zhuǎn)動通過連接部件傳播之電磁波的極化平面。
進(jìn)而，在本發(fā)明的扭曲波導(dǎo)中，圍繞中心軸沿第一和第二矩形傳播路徑元件的電磁波傳播方向延伸的連接部件的內(nèi)部周邊，可以包括基本上平行于第一矩形傳播路徑元件的H平面和E平面的表面。在這種情況下，這些表面形成一個階梯，使平行于H平面的表面和平行于E平面的表面之間的鄰接部分構(gòu)成各突起。另外，所述階梯沿著相對于第二矩形傳播路徑元件的H平面傾斜方向傾斜。
另外，在本發(fā)明的扭曲波導(dǎo)中，所述突起可以包含被設(shè)在兩個位置的兩個突起，因而，該二突起之間延伸的平面相對第一矩形傳播路徑元件的E平面向著第二矩形傳播路徑元件的E平面傾斜。
再有，在本發(fā)明的扭曲波導(dǎo)中，連接部件沿電磁波傳播方向的線長，基本上可為相對要通過連接部件傳播之電磁波頻率的波導(dǎo)波長的1/2。
此外，在本發(fā)明的扭曲波導(dǎo)中，連接部件可以包含被設(shè)置在沿電磁波傳播方向的多個位置的多個子部件。
本發(fā)明的無線裝置包括具有上述一種結(jié)構(gòu)的扭曲波導(dǎo)；以及天線，所述天線與扭曲波導(dǎo)中的包含的第一和第二矩形傳播路徑元件之一相連。
按照本發(fā)明，設(shè)在第一和第二矩形傳播路徑元件之間的連接部件上設(shè)置多個突起，它們向內(nèi)突起，因而相互面對。于是，從第一或第二矩形傳播路徑元件進(jìn)入的電磁波的電場就被集中于所述突起內(nèi)，并使通過連接部件傳播的電磁波的極化平面發(fā)生轉(zhuǎn)動。從而使極化平面在連接部件內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動，即從第一矩形傳播路徑元件向第二矩形傳播路徑元件轉(zhuǎn)動，或者從第二矩形傳播路徑元件向第一矩形傳播路徑元件轉(zhuǎn)動。由于這種結(jié)構(gòu)不需要有如圖15所示的諧振窗口或?yàn)V波器窗口，所以可以實(shí)現(xiàn)較寬頻率范圍的特性。另外，按照這種結(jié)構(gòu)，由于極化平面并不是利用整體結(jié)構(gòu)為扭曲的矩形波導(dǎo)而轉(zhuǎn)動的，所以可使電磁波的極化平面在一個很窄的空間內(nèi)轉(zhuǎn)動。
另外，按照本發(fā)明，可給連接部件的內(nèi)部周邊設(shè)置一些實(shí)質(zhì)與第一矩形傳播路徑元件的H平面和E平面平行的表面。具體來說，這些表面形成一個階梯，使平行于H平面的表面和平行于E平面的表面之間的鄰接部分構(gòu)成突起。并且，所述階梯可以是傾斜的，傾斜的方向?qū)?yīng)于第二矩形傳播路徑元件的H平面的傾斜方向。因此，可以只由平直的表面和平行的表面形成每個元件，因此，就使第一和第二矩形傳播路徑元件的制造過程簡化。這就降低了制造成本，并因此也對總成本的降低作出貢獻(xiàn)。
此外，按照本發(fā)明，所述突起可以包含兩個突起，使得在該二突起之間延伸的平面可以相對于第一矩形傳播路徑元件的E平面朝向第二矩形傳播路徑元件的E平面發(fā)生傾斜。因此，只用兩個突起就可以使通過連接部件傳播之電磁波的極化平面發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而使整體結(jié)構(gòu)得以被簡化。這可進(jìn)一步降低制造成本。
另外，按照本發(fā)明，相對于通過連接部件傳播的電磁波的頻率而言，所述連接部件沿電磁波傳播方向的尺寸實(shí)質(zhì)為波導(dǎo)波長的1/2。于是，可以在與波導(dǎo)波長相應(yīng)的頻率下，實(shí)現(xiàn)連接部件與第一、第二矩形傳播路徑元件之間的一致性。換句話說，第一矩形傳播路徑元件和連接部件之間邊界部分的反射系數(shù)與第二矩形傳播路徑元件和連接部件之間邊界部分的反射系數(shù)具有相反的極性，因此兩個反射波具有相反的相位，故而可以疊加，以致兩個反射波相互抵消，并借此可實(shí)現(xiàn)較低的反射損耗。
此外，按照本發(fā)明，連接部件可以包含多個子部件，沿電磁波傳播方向?qū)⑦@些子部件設(shè)在多個位置處。因此，即使在第一矩形傳播路徑元件上不能充分獲得極化平面的轉(zhuǎn)動角度時，所得到的總的轉(zhuǎn)動角度也會是很大的。而且，可以減小連接部件與第一、第二矩形傳播路徑元件之間邊界部分的結(jié)構(gòu)差異，因此，實(shí)現(xiàn)最低的反射損耗。
再有，按照本發(fā)明，很容易實(shí)現(xiàn)無線裝置，所述無線裝置可以利用與傳播發(fā)送的信號或接收的信號的傳播路徑中極化平面不同的一個極化平面發(fā)送或接收電磁波。例如，使無線裝置發(fā)送或接收電磁波的極化平面相對于水平平面傾斜一個預(yù)定的角度。


圖1為表示第一實(shí)施例扭曲波導(dǎo)的電磁波傳播路徑的三維結(jié)構(gòu)透視圖；圖2(A)、(B)和(C)示出一個扭曲波導(dǎo)的元件和電磁波的電場分布的剖面圖；圖3表示扭曲波導(dǎo)的反射損耗關(guān)于頻率的特性曲線；圖4(A)和(B)示出第二實(shí)施例扭曲波導(dǎo)的連接部件的剖面圖；圖5是表示第三實(shí)施例扭曲波導(dǎo)的電磁波傳播路徑的三維結(jié)構(gòu)透視圖；圖6(A)、(B)和(C)示出第四實(shí)施例扭曲波導(dǎo)的連接部件的三種結(jié)構(gòu)類型的剖面圖；圖7(A)-(D)示出第四實(shí)施例扭曲波導(dǎo)各部件的剖面圖；圖8是表示第五實(shí)施例扭曲波導(dǎo)的電磁波傳播路徑的三維結(jié)構(gòu)透視圖；圖9(A)和(B)示出第六實(shí)施例扭曲波導(dǎo)的連接部件剖面圖；圖10(A)-(E)分別表示第七實(shí)施例扭曲波導(dǎo)的電磁波傳播路徑三維結(jié)構(gòu)示意圖和各部件的剖面圖；圖11表示扭曲波導(dǎo)的S參數(shù)關(guān)于頻率的特性曲線；圖12(A)和(B)示出第八實(shí)施例設(shè)在典型高頻雷達(dá)中的主輻射器和介電透鏡式天線的示意圖；圖13是表示典型高頻雷達(dá)的信號系統(tǒng)方塊圖；圖14是常規(guī)扭曲波導(dǎo)的透視圖；圖15表示專利文獻(xiàn)1的扭曲波導(dǎo)。
圖中的附圖標(biāo)記O中心軸10第一矩形傳播路徑元件20第二矩形傳播路徑元件21矩形喇叭30連接部件31、32突起
40介電透鏡100、101、102金屬塊110扭曲波導(dǎo)110′主輻射器R邊緣線具體實(shí)施方式
以下參照附圖1-3描述第一實(shí)施例的扭曲波導(dǎo)。
圖1是表示扭曲波導(dǎo)(內(nèi)部)電磁波傳播路徑的三維結(jié)構(gòu)透視圖。扭曲波導(dǎo)110包括第一矩形波導(dǎo)元件10，它對應(yīng)于本發(fā)明中的第一矩形傳播路徑元件；第二矩形波導(dǎo)元件20，它對應(yīng)于本發(fā)明中的第二矩形傳播路徑元件；意見連接部件30。第一矩形波導(dǎo)元件10和第二矩形波導(dǎo)元件20中的每一個都傳播TE10模式的電磁波，并且具有H平面和E平面，當(dāng)沿與電磁波傳播方向垂直的平面截取的切面觀察時，H平面縱向延伸，E平面橫向延伸。圖1中的參考標(biāo)記H都代表與磁場環(huán)路平面(H平面)平行的表面。另一方面，參考標(biāo)記E都表示平行于與電場方向平行延伸的平面(E平面)的表面。第一矩形波導(dǎo)元件10、第二矩形波導(dǎo)元件20，以及連接部件30具有共用的中心軸O，該中心軸O沿電磁波傳播方向共線地延伸。
如果第一矩形波導(dǎo)元件的H平面平行于水平平面，并且E平面平行于垂直線，則第二矩形波導(dǎo)元件的H平面和E平面相對于沿電磁波傳播方向延伸的中心軸傾斜45°角。
在第一和第二矩形波導(dǎo)元件10、20的電磁波傳播方向上，連接部件30具有固定的線長，并且能夠轉(zhuǎn)動從第一矩形波導(dǎo)元件10或第二矩形波導(dǎo)元件20接收的電磁波的極化平面，因此，可以實(shí)現(xiàn)第一矩形波導(dǎo)元件10的極化平面和第二矩形波導(dǎo)元件20的極化平面之間的轉(zhuǎn)換。
圖2(A)、(B)和(C)示出沿垂直于電磁波傳播方向的平面取的圖1的剖面圖。與圖1類似地，它們只表示出電磁波傳播路徑的內(nèi)部空間。具體來說，圖(A)是第一矩形波導(dǎo)元件10的剖面圖，圖(C)是第二矩形波導(dǎo)元件20的剖面圖，而圖(B)是連接部件30的剖面圖。每個剖面圖中所包含的多個三角形圖樣代表通過扭曲波導(dǎo)傳播的TE10模式電磁波的電場貢獻(xiàn)。換句話說，圖樣的三角形所指的方向表示電場的方向，圖樣的三角形大小和密度表示電場的大小。在圖(A)和(C)中，參考標(biāo)記H表示平行于H平面的表面，參考標(biāo)記E表示平行于E平面的表面。參照附圖(A)和(C)，TE10模式的電場沿平行于E平面的方向延伸，電場的強(qiáng)度在朝向每個波導(dǎo)元件中心的方向較大。如上所述，第一矩形波導(dǎo)元件10、第二矩形波導(dǎo)元件20和連接部件30具有共用的中心軸O，該中心軸O沿電磁波傳播方向共線地延伸。
參照附圖2(B)，連接部件30設(shè)有一對突起31a、32a，它們向內(nèi)突起，因而相互面對，連接部件30還設(shè)有一對突起31b、32b，它們也是向內(nèi)突起，因而也相互面對。連接部件30的內(nèi)周緣包括表面Sh01、Sh02、Sh03、Sh11、Sh12、Sh13，它們平行于第一矩形波導(dǎo)元件10的H平面；還包括表面Sv01、Sv02、Sv11、Sv12、Sv10、Sv20，它們平行于第一矩形波導(dǎo)元件10的E平面。這些平行于H平面的表面和平行于E平面的表面構(gòu)成階梯狀結(jié)構(gòu)。階梯的傾斜方向與第二矩形波導(dǎo)元件20的H平面的傾斜方向相應(yīng)。本實(shí)施例中階梯傾斜的角度是22.5°，這實(shí)質(zhì)為第二矩形波導(dǎo)元件20的H平面的傾斜角度的1/2。
與第一矩形波導(dǎo)元件10的H平面平行的表面和與第一矩形波導(dǎo)元件10的E平面平行的表面之間的鄰接部分構(gòu)成上述突起31a、32a、31b、32b。因此，電場就集中在連接部件30的向內(nèi)突出的突起31a、32a、31b、32b的這些區(qū)域中。出于這個理由，附圖中在連接部件30上側(cè)的突起和連接部件30下側(cè)突起之間，就產(chǎn)生電場方向的變化。這使連接部件30中電磁波的極化平面發(fā)生傾斜，由此可以轉(zhuǎn)動通過連接部件30傳播的電磁波的極化平面。
參照附圖1和2，波導(dǎo)元件10和波導(dǎo)元件20具有不同的極化平面，但具有相同的剖面結(jié)構(gòu)。出于這個理由，通過在連接部件30中調(diào)節(jié)突起的高度和突起的寬度，就可以相當(dāng)容易地使從波導(dǎo)元件10一側(cè)向連接部件30觀察的反射系數(shù)與從波導(dǎo)元件20一側(cè)向連接部件30觀察的反射系數(shù)彼此相等。當(dāng)從波導(dǎo)元件10一側(cè)向連接部件30觀察的反射系數(shù)與從波導(dǎo)元件20一側(cè)向連接部件30觀察的反射系數(shù)彼此相等時，從波導(dǎo)元件10一側(cè)向連接部件30觀察的反射系數(shù)與從波導(dǎo)元件20一側(cè)向連接部件30觀察的反射系數(shù)就具有相等的幅度和相反的極性。
在這種情況下，如果把連接部件30的線長設(shè)定為波導(dǎo)波長的1/2，并且假定電磁波從波導(dǎo)元件10傳播到波導(dǎo)元件20，則波導(dǎo)元件10和連接部件30之間邊界部分的反射波與連接部件30和波導(dǎo)元件20之間邊界部分的反射波相互疊加，同時彼此偏差一個波長。由于相反極性的反射波彼此疊加，因而反射波彼此抵消。
圖3表示在上述兩個反射系數(shù)具有相反極性情況下扭曲波導(dǎo)的反射損耗關(guān)于頻率的特性曲線。圖3中的黑體粗線表示在將連接部件的線長設(shè)定為在設(shè)計(jì)頻率下波導(dǎo)波長的1/2情況時的特性曲線。另一方面，細(xì)線對應(yīng)于一個對照例，表示在將線長設(shè)定為在設(shè)計(jì)頻率下波導(dǎo)波長的1/4情況時的特性曲線。如果連接部件的線長設(shè)定為波導(dǎo)波長的1/4，則由于在第一矩形波導(dǎo)元件和連接部件之間邊界平面上產(chǎn)生的反射，以及在第二矩形波導(dǎo)元件和連接部件之間邊界平面上產(chǎn)生的反射，將引起一個約為-9分貝的很大的反射損耗。另一方面，如果連接部件的線長設(shè)定為在設(shè)計(jì)頻率下波導(dǎo)波長的1/2，則在第一矩形波導(dǎo)元件10和連接部件30之間產(chǎn)生的反射以及在第二矩形波導(dǎo)元件20和連接部件30之間產(chǎn)生的反射相互抵消，由此使反射損耗減至最小。扭曲波導(dǎo)的設(shè)計(jì)頻率是76.6GHz，這時的反射損耗是-60分貝，如粗黑線所示。從而實(shí)現(xiàn)了低反射損耗。雖然當(dāng)傳播的電磁波的頻率偏離設(shè)計(jì)頻率時反射損耗會增加，但實(shí)現(xiàn)了低反射損耗特性，其中的反射損耗在76-77GHz的相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)的反射損耗是-40分貝或更小。
圖4(A)和(B)示出第二實(shí)施例扭曲波導(dǎo)的示意圖。它們表示沿垂直于電磁波傳播方向的平面所取的不同結(jié)構(gòu)連接部件的剖面圖，其中的一個連接部件被包含在扭曲波導(dǎo)內(nèi)。與圖1和2所示的設(shè)有兩對(共4個突起)向內(nèi)突出因而相互面對之突起的第一實(shí)施例相比，圖4(A)中所示的例子設(shè)有3對突起(共6個突起)。另外，圖4(B)中所示的例子設(shè)有5對突起(共10個突起)。由此，連接部件30可以設(shè)有所希望數(shù)目的突起。
圖5表示第三實(shí)施例的扭曲波導(dǎo)。在這個實(shí)施例中，第二矩形波導(dǎo)元件20的H平面相對于第一矩形波導(dǎo)元件10的H平面傾斜15°角。這就意味著，連接部件30使通過連接部件30傳播的電磁波的極化平面轉(zhuǎn)過15°角。于是，當(dāng)減小這個轉(zhuǎn)動的角度時，會使連接部件30的階梯部分傾角變小，從而會使所述階梯每個臺階的高度減小。對比之下，如果要增加轉(zhuǎn)動角度，會使連接部件30的階梯部分傾角變大，因而，會增大所述階梯每個臺階的高度。
以下參照圖6、7描述第四實(shí)施例的扭曲波導(dǎo)。
上述每個附圖只表示電磁波傳播路徑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。具體來說，可以通過把多個金屬塊裝配在一起而形成扭曲波導(dǎo)，所述金屬塊中通過比如切割而形成有凹槽。圖6示出三個這樣的組件舉例的示意圖。圖6(A)、(B)和(C)中每一幅都示出沿垂直于電磁波傳播方向的平面所取的連接部件的剖面圖。圖中的虛線對應(yīng)于所述各金屬塊之間的固定平面(分割平面)。連接部件與第一、第二矩形波導(dǎo)元件之間的關(guān)系與圖1、2所示的相同。圖6(A)和6(C)中，一個與第一矩形波導(dǎo)元件的H平面平行的平面起分割平面的作用。具體來說，圖6(A)中，將分割平面設(shè)置成使金屬塊101中形成的凹槽具有較少數(shù)目的內(nèi)部表面。另一方面，圖6(C)中，將分割平面設(shè)置成可以穿過連接部件中心，使上、下金屬塊100、101中提供的凹槽相互對稱。
圖6(B)所示的例中，與第一矩形波導(dǎo)元件的E平面平行的平面起分割平面的作用。將每個分割平面設(shè)置成使得在同一分割平面下包括相互面對的一對對應(yīng)的上、下突起。按照這種結(jié)構(gòu)，使設(shè)在金屬塊100、101、102中的凹槽形狀簡化，從而實(shí)現(xiàn)比較容易的加工過程。
圖7(A)-(C)是第一和第二矩形波導(dǎo)元件的剖面圖，其中連接部件具有圖6(A)所示的結(jié)構(gòu)。圖7(D)是這種扭曲波導(dǎo)的分解透視圖。具體來說，圖7(A)是第一矩形波導(dǎo)元件10的剖面圖，圖7(B)是連接部件30的剖面圖，而圖7(C)是第二矩形波導(dǎo)元件20的剖面圖。
上金屬塊101和下金屬塊100每一個都設(shè)置有凹槽，用于形成第一矩形波導(dǎo)元件10和連接部件30。下金屬塊100整體地設(shè)有一個突起，該突起中設(shè)置第二矩形波導(dǎo)元件20。另一方面，上金屬塊101設(shè)有與這個突起102嚙合的凹槽。
通過以這種方式設(shè)定分割平面，使得金屬塊100、101中提供的用于形成第一矩形波導(dǎo)元件10和連接部件30的凹槽形狀得以被簡化，由此實(shí)現(xiàn)較為容易的制造過程。
圖8是第五實(shí)施例扭曲波導(dǎo)的透視圖。盡管比如圖1和圖5所示實(shí)施例中的第一和第二矩形波導(dǎo)元件10、20具有相同的大小，但這兩個波導(dǎo)元件也可以有不同的大小。圖8所示的這個實(shí)施例中，第一矩形波導(dǎo)元件10是W頻帶的矩形波導(dǎo)元件(75-110HGz)，大小為2.54mm×1.27mm，而第二矩形波導(dǎo)元件20是V頻帶的矩形波導(dǎo)元件(50-75HGz)，大小為3.10mm×1.55mm。
處理75HGz頻帶的信號時，W頻帶矩形波導(dǎo)元件和V頻帶矩形波導(dǎo)元件這兩者都可以使用。如圖8所示，其H平面沿連接部件30的階梯傾斜方向傾斜的第二矩形波導(dǎo)元件20的尺寸大于第一矩形波導(dǎo)元件10的尺寸，以使連接部件30和第二矩形波導(dǎo)元件20之間的結(jié)構(gòu)差異很小。于是，可以使這些元件之間邊界部分的反射維持在很小的數(shù)量。
圖9(A)和(B)示出第六實(shí)施例扭曲波導(dǎo)主要部分的示意圖。在這個實(shí)施例中，提供一對相互面對的突起31、32(共2個突起)。圖9(A)和9(B)中的連接部件30的階梯傾斜方向?qū)?yīng)于第二矩形波導(dǎo)元件的H平面發(fā)生傾斜從而可以轉(zhuǎn)動電磁波的極化平面的方向。然而，在圖9(A)中，由于兩個突起31、32在與第一矩形波導(dǎo)元件的E平面平行的方向上相互面對，所以，由于兩個突起31、32的存在，使電場集中的區(qū)域沿與第一矩形波導(dǎo)元件的E平面平行的方向延伸。這將導(dǎo)致通過連接部件30傳播的電磁波的極化平面向著第二矩形波導(dǎo)元件中的極化平面轉(zhuǎn)動的能力很低。對比之下，在圖9(B)中，相對于第一矩形波導(dǎo)元件的E平面而言，在相互面對的兩個突起31、32之間延伸的平面朝向第二矩形波導(dǎo)元件的E平面是傾斜的。于是，在兩個突起31、32之間的區(qū)域中集中的電場朝向第二矩形波導(dǎo)元件的E平面是傾斜的。因此，當(dāng)從第一矩形波導(dǎo)元件進(jìn)入的電磁波通過連接部件30傳播時，有效地向第二矩形波導(dǎo)元件的E平面轉(zhuǎn)動了電磁波。按照這種只設(shè)置一對突起的結(jié)構(gòu)，還可以實(shí)現(xiàn)對于電磁波的極化平面的轉(zhuǎn)動效果。
以下參照圖10和11描述第七實(shí)施例的扭曲波導(dǎo)。
圖10(A)-(E)包括表示該扭曲波導(dǎo)總體結(jié)構(gòu)的透視圖，以及沿與電磁波傳播路徑垂直的平面所取的各個元件的剖面圖。具體來說，圖10(A)為透視圖，表示電磁波傳播路徑的三維結(jié)構(gòu)。成為六面體的邊線R表示形成所述波導(dǎo)元件的裝配金屬塊輪廓。第一矩形波導(dǎo)元件10和第二矩形波導(dǎo)元件20具有設(shè)在它們中間的連接部件30，而且，在這個實(shí)施例中，連接部件30包括第一連接子部件30a和第二連接子部件30b。圖10(B)是第一矩形波導(dǎo)元件10的剖面圖，圖10(C)是第一連接子部件30a的剖面圖，圖10(D)是第二連接子部件30b的剖面圖，以及圖10(E)是第二矩形波導(dǎo)元件20的剖面圖。這些示意圖中所示元件的尺寸都是以毫米(mm)為單位的。此外，第一連接子部件30a沿電磁波傳播方向的線長為1.46mm，第二連接子部件30b沿電磁波傳播方向的線長為1.33mm。第一和第二連接子部件30a、30b的總線長是在通過第一和第二連接子部件傳播的電磁波頻率下的波導(dǎo)波長的1/2。另外，第一矩形波導(dǎo)元件10和第一連接子部件30a之間邊界部分的反射系數(shù)的極性與第二矩形波導(dǎo)元件20和第二連接子部件30b之間邊界部分的反射系數(shù)的極性相反。因而，在兩個邊界部分產(chǎn)生的兩個反射波相互抵消，由此，可以實(shí)現(xiàn)低反射損耗特性。
按照設(shè)有兩級的連接部件，最好使每一級的極化平面轉(zhuǎn)動角度比較小，另外，在每個邊界部分上的反射損耗也是較小的。于是，就可以獲得具有低反射損耗特性的扭曲波導(dǎo)。況且，連接部件的總線長是波導(dǎo)波長的1/2，所以無需增大整個結(jié)構(gòu)的尺寸。
作為另一種可供選擇的方式，可以將第一和第二連接子部件30a、30b中每一個的線長都設(shè)置成為在通過對應(yīng)的連接子部件傳播的電磁波的頻率下的波導(dǎo)波長的1/2。這將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更低的反射損耗特性。
相對于第一矩形波導(dǎo)元件10，第二矩形波導(dǎo)元件20的每個表面是傾斜的，傾角為45°。因此，第一連接子部件30a的階梯部分的傾角約為15°，第二連接子部件30b的階梯部分的傾角約為30°。于是，第一和第二連接子部件30a、30b每一個中的極化平面轉(zhuǎn)動約22.5°，從而可以實(shí)現(xiàn)45°的總轉(zhuǎn)動角度。
圖11表示圖10所示扭曲波導(dǎo)的S參數(shù)關(guān)于頻率的特性曲線。按照傳輸特性S21，在71-81GHz或更高頻率的整個范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)-0.5分貝或更小些的低損耗特性。而且，在同樣的整個頻率范圍內(nèi)，還實(shí)現(xiàn)-25分貝或更小的低反射特性。
以下參照圖12和13描述第八實(shí)施例的典型高頻雷達(dá)。
圖12(A)和(B)是典型高頻雷達(dá)中所設(shè)置的介電透鏡天線的透視圖。圖12(A)表示該介電透鏡天線中所包含的主輻射器。這里的矩形喇叭21對應(yīng)于本發(fā)明第二矩形傳播路徑元件。在矩形喇叭21與第一矩形波導(dǎo)元件10之間設(shè)置包含第一和第二連接子部件30a、30b的連接部件30。連接部件30轉(zhuǎn)動通過連接部件30傳播的電磁波的極化平面。于是，第一矩形波導(dǎo)元件10、連接部件30和矩形喇吧21構(gòu)成主輻射器110′。
圖10(B)表示介電透鏡天線的結(jié)構(gòu)。主輻射器110′的矩形喇叭21設(shè)在介電透鏡40的焦點(diǎn)附近，并能關(guān)于介電透鏡40相對移動，以掃被描發(fā)送的或者被接收的波束。雖然本實(shí)施例中矩形喇叭21設(shè)在主輻射器內(nèi)，但也可以按照另一種可供選擇的方式，比如由圓筒形喇叭、插片式天線、縫隙式天線，或者介電桿式天線設(shè)置所述主輻射器。
圖13表示設(shè)有介電透鏡天線的典型高頻雷達(dá)的信號系統(tǒng)方塊圖。圖13中的VCO51表示控制電壓的振蕩器，所述振蕩器比如設(shè)有一個變?nèi)荻O管，并且還設(shè)有耿式(Gunn)二極管和場效應(yīng)晶體管當(dāng)中的一種，用于經(jīng)過一個NRD波導(dǎo)向Lo分支耦合器52發(fā)送振蕩信號。所述Lo分支耦合器52是包含NRD波導(dǎo)的單向耦合器，NRD波導(dǎo)提取部分發(fā)送信號，作為本地信號。循環(huán)器53是一個NRD波導(dǎo)循環(huán)器，用于向介電透鏡天線內(nèi)的主輻射器的矩形喇叭21發(fā)送信號，或者向混頻器54傳送從矩形喇叭21接收的信號?；祛l器54將來自循環(huán)器53的接收信號與所述本地信號混合在一起，輸出中間頻率的接收信號Rx。一個未予示出的信號處理電路用來控制對主輻射器110′的矩形喇叭21實(shí)行位置移動的機(jī)構(gòu)。另外，信號處理電路還可以根據(jù)VCO51的調(diào)制信號Tx和接收信號Rx之間的關(guān)系檢測距目標(biāo)的距離及相對速度。還可以用MSL代替NRD波導(dǎo)，以此作為除主輻射器110′的第一矩形波導(dǎo)元件10之外的傳輸線路。
權(quán)利要求
1.一種扭曲波導(dǎo)，包括具有不同極化平面的第一和第二矩形傳播路徑元件，以及把第一和第二矩形傳播路徑元件連接在一起的連接部件；其中，連接部件沿第一和第二矩形傳播路徑元件的電磁波傳播方向具有固定的線長，并且所述連接部件具有向內(nèi)突出因而相互面對的多個突起，這些突起把從第一和第二矩形傳播路徑元件進(jìn)入的電磁波的電場集中起來，并且轉(zhuǎn)動通過連接部件傳播的電磁波的極化平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭曲波導(dǎo)，其中，圍繞中心軸沿第一和第二矩形傳播路徑元件的電磁波傳播方向延伸的連接部件的內(nèi)部周邊包括實(shí)質(zhì)與第一矩形傳播路徑元件的H平面和E平面平行的表面，這些表面形成階梯，使平行于H平面的表面和平行于E平面的表面之間的鄰接部分構(gòu)成所述突起，并且，所述階梯沿相對第二矩形傳播路徑元件的H平面的傾斜方向是傾斜的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扭曲波導(dǎo)，其中，所述突起包括設(shè)在兩個位置的兩個突起，相對于第一矩形傳播路徑元件的E平面而言，在兩個突起之間延伸的平面向第二矩形傳播路徑元件的E平面傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭曲波導(dǎo)，其中，所述連接部件沿電磁波傳播方向的線長實(shí)質(zhì)上是相對于要通過連接部件傳播之電磁波頻率的波導(dǎo)波長的1/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的連接部件，其中，所述連接部件包括設(shè)在沿電磁波傳播方向多個位置的多個子部件。
6.一種無線裝置，它包括具有權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的扭曲波導(dǎo)，以及天線，所述天線與所述扭曲波導(dǎo)中所包含的第一和第二矩形傳播路徑元件當(dāng)中之一連接。
全文摘要
第二矩形波導(dǎo)元件(20)的H平面和E平面相對第一矩形波導(dǎo)元件(10)的H平面和E平面傾斜45°角。設(shè)在第一和第二矩形波導(dǎo)元件(10)、(20)之間的連接部件(30)具有內(nèi)部周邊，該內(nèi)部周邊包圍中心軸并且沿電磁波傳播方向延伸。該內(nèi)部周邊包含與第一矩形傳播路徑元件(10)的H平面和E平面平行的表面，這些表面形成階梯，使平行于H平面的表面和平行于E平面的表面之間鄰接部分構(gòu)成所述突起。所述階梯的傾斜方向與第二矩形傳播路徑元件(20)的H平面的傾斜方向?qū)?yīng)。從而，電場都集中在連接部件(30)的突起上，并使通過連接部件(30)傳播的電磁波的極化平面發(fā)生轉(zhuǎn)動，從第一矩形波導(dǎo)元件(10)中的極化平面轉(zhuǎn)動到第二矩形波導(dǎo)元件(20)中的極化平面。
文檔編號H01P1/02GK1701460SQ20048000121
公開日2005年11月23日 申請日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月6日
發(fā)明者永井智浩 申請人:株式會社村田制作所