專利名稱：：波導(dǎo)和微帶線之間的無(wú)接觸過(guò)渡元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種微帶技術(shù)線路電路和波導(dǎo)電路之間的過(guò)渡(transition)元件，更具體地，涉及通過(guò)利用基于金屬化泡沫材料(foam)的技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的微帶技術(shù)饋線和矩形波導(dǎo)之間的無(wú)接觸過(guò)渡。
背景技術(shù)：
：目前，能夠傳輸高比特速率的無(wú)線電通信系統(tǒng)正在強(qiáng)勁增長(zhǎng)。所開發(fā)的系統(tǒng)，尤其是點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)，如LMDS(本地多點(diǎn)分布系統(tǒng))系統(tǒng)、WLAN(無(wú)線局域網(wǎng))無(wú)線系統(tǒng)等，在越來(lái)越高的頻率上進(jìn)行操作，即在幾十吉赫茲的量級(jí)。這些系統(tǒng)是復(fù)雜的，但必須以越來(lái)越低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于其是面向消費(fèi)者的。目前，存在如LTCC(低溫共燒陶瓷)或HTCC(高溫共燒陶瓷)技術(shù)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)集成了在上述頻率進(jìn)行操作的無(wú)源和有源功能的器件，以便在平面襯底上低成本地實(shí)現(xiàn)。但是，在毫米波段，一些功能難以實(shí)現(xiàn)，尤其是濾波功能，因?yàn)檫@種情況下必須使用的襯底不具有毫米波段級(jí)所需的質(zhì)量。因此，必須利用如波導(dǎo)等傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這類功能。于是，問(wèn)題在于波導(dǎo)器件和利用微帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)的、設(shè)計(jì)用于系統(tǒng)的其他功能的印刷電路的互連。另一方面，出于主要與毫米頻率有關(guān)的相同原因，還利用波導(dǎo)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)天線及其關(guān)聯(lián)元件，如濾波器、偏振器或正交模。因此，需要能夠?qū)⒗貌▽?dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電路與利用傳統(tǒng)印刷電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的平面結(jié)構(gòu)相連，傳統(tǒng)印刷電路技術(shù)適合于大批量生產(chǎn)。因此，已經(jīng)對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和微帶技術(shù)的平面結(jié)構(gòu)之間的互連進(jìn)行了許多研究。所以，由EADS的Muller等人發(fā)表在2003年、慕尼黑舉行的第33屆歐洲微波會(huì)議第1255頁(yè)上的文章“Surfacemountablemetallizedplasticwaveguidefiltersuitableforhighvolumeproduction”描述了一種通過(guò)應(yīng)用SMD(表面安裝器件)技術(shù)能夠與多層PCB(印刷電路板)電路相連的波導(dǎo)濾波器。在這種情況下，將波導(dǎo)濾波器的輸入和輸出直接焊接在實(shí)現(xiàn)在印刷電路上的引腳上。這些引腳提供了對(duì)微帶線的直接連接。因此，通過(guò)微帶接入線和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的直接接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)微波模式的激勵(lì)。因而，此過(guò)渡實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且需要苛刻的制造和定位容差。在湯姆森許可貿(mào)易公司2003年1月3日遞交的法國(guó)專利0300045中也提出了一種矩形波導(dǎo)和微帶線之間的過(guò)渡。此過(guò)渡需要按照特定的方式對(duì)波導(dǎo)的末端進(jìn)行模制并在延伸了其中實(shí)現(xiàn)有肋形波導(dǎo)的泡沫材料結(jié)構(gòu)的泡沫材料襯底上實(shí)現(xiàn)微帶線。在這種情況下，形成了波導(dǎo)的泡沫材料塊還用作微帶線的襯底。此類襯底并不總是與無(wú)源或有源電路的實(shí)現(xiàn)相兼容。在所有情況下，上述實(shí)施例都是復(fù)雜且不可改變的。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明提出了一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和利用微帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)之間的新型無(wú)接觸過(guò)渡。此過(guò)渡實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且允許較寬的制造和組裝容差。此外，本發(fā)明的過(guò)渡與SMD安裝技術(shù)兼容。本發(fā)明涉及一種過(guò)渡元件，用于波導(dǎo)電路和在電介質(zhì)襯底上實(shí)現(xiàn)的微帶技術(shù)線路之間的無(wú)接觸連接。過(guò)渡元件通過(guò)用于緊固(secure)于襯底上的凸緣延伸波導(dǎo)的末端，所述襯底的特征在于導(dǎo)電引腳，用于實(shí)現(xiàn)與凸緣的下表面的連接。此外，為了實(shí)現(xiàn)過(guò)渡的適配，在襯底下實(shí)現(xiàn)空腔，與波導(dǎo)的末端相對(duì)，此空腔具有特定的尺寸。優(yōu)選地，在合成材料塊中實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)電路和緊固凸緣，如除了與空腔相對(duì)的區(qū)域外，具有金屬化外表面的泡沫材料。此外，優(yōu)選地，緊固凸緣與波導(dǎo)的末端形成整體。但是，對(duì)于一些實(shí)施例，緊固凸緣是固定到波導(dǎo)的末端上的獨(dú)立元件。根據(jù)第一實(shí)施例，設(shè)置緊固凸緣的尺寸，從而至少在微帶線的方向上，選擇凸緣的寬度d，將諧振模式移離有用帶寬，緊固凸緣至少垂直于波導(dǎo)的末端。在這種情況下，空腔的深度等于λ/4，其中λ對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)中的導(dǎo)波波長(zhǎng)，以及微帶線以探頭終止。根據(jù)第二實(shí)施例，以波導(dǎo)的延伸來(lái)實(shí)現(xiàn)緊固凸緣。在這種情況下，微帶線優(yōu)選地以容性探頭終止，并且空腔具有λ/4和λ/2之間的深度，其中λ對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)中的導(dǎo)波波長(zhǎng)。為了防止電泄漏，實(shí)現(xiàn)在襯底上的導(dǎo)電引腳能夠與C形凸緣相連，設(shè)置C的分支之間的開口的尺寸，以便在防止短路的同時(shí)限制電場(chǎng)的泄漏。根據(jù)第三實(shí)施例，以對(duì)其外表面進(jìn)行了金屬化的電介質(zhì)材料的挖空塊來(lái)形成波導(dǎo)。在這種情況下，在襯底上實(shí)現(xiàn)的C形導(dǎo)電引腳按照形成波導(dǎo)下部的方式、沿導(dǎo)波方向延伸。優(yōu)選地，引腳必須包括第一金屬化區(qū)域，將波導(dǎo)焊接于其上；和第二金屬化區(qū)域，在第一金屬化區(qū)域內(nèi)部，并形成波導(dǎo)的蓋。在參照附圖、閱讀對(duì)多種實(shí)施例的描述時(shí)，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將逐漸顯現(xiàn)，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的、波導(dǎo)電路和微帶技術(shù)線路之間的過(guò)渡元件的第一實(shí)施例的分解透視圖。圖2a和圖2b分別是包括用在第一實(shí)施例中的微帶技術(shù)線路的襯底的頂視圖和底視圖。圖3是與波導(dǎo)集成的過(guò)渡元件的透視圖。圖4a和圖4b是針對(duì)圖1所示的實(shí)施例，給出了凸緣沿微帶線方向上的尺寸d作為頻率的函數(shù)的適配的曲線，如分別為d＝4mm和d＝2.3mm。圖5是根據(jù)第一實(shí)施例的變體、微帶線和彎曲90°的波導(dǎo)之間的元件的分解透視圖。圖6針對(duì)圖5所示的實(shí)施例，給出了作為頻率的函數(shù)的阻抗匹配和傳輸損耗曲線。圖7示出了第一實(shí)施例的另一變體的分解透視圖，波導(dǎo)具有兩個(gè)90°彎曲。圖8針對(duì)圖7所示的實(shí)施例，給出了作為頻率的函數(shù)的阻抗匹配和傳輸損耗曲線。圖9是示出了諧振頻率作為尺寸d的函數(shù)的變化的曲線，從而能夠確定d的極限值。圖10是根據(jù)本發(fā)明的、波導(dǎo)電路和微帶技術(shù)線路之間的過(guò)渡元件的第二實(shí)施例的分解透視圖。圖11a和圖11b分別是包括用在第二實(shí)施例中的微帶技術(shù)線路的襯底的頂視圖和底視圖。圖12示出了針對(duì)如圖10所示的波導(dǎo)電路和微帶線的過(guò)渡而仿真出的插入和回波損耗曲線。圖13是針對(duì)圖10所示的實(shí)施例、示出了襯底上的導(dǎo)電引腳和微帶線的放大底視圖。圖14是針對(duì)圖10所示的實(shí)施例、作為引腳開口寬度的函數(shù)，給出了30GHz處的插入損耗的曲線。圖15、16、17示出了不同引腳尺寸的回波損耗曲線。圖18a和18b分別示出了圖10所示實(shí)施例的變體的分解透視圖，波導(dǎo)電路包括SMD濾波器，和針對(duì)此變體仿真出的阻抗匹配和回波損耗曲線。圖19a和19b分別示出了圖10所示實(shí)施例的變體的分解透視圖，波導(dǎo)電路包括SMD偽橢圓濾波器，和針對(duì)此變體仿真出的阻抗匹配和回波損耗曲線。圖20是根據(jù)本發(fā)明的、波導(dǎo)電路和微帶技術(shù)線路之間的過(guò)渡元件的第三實(shí)施例的分解透視圖。圖21a和圖21b分別是包括用在第三實(shí)施例中的微帶技術(shù)線路的襯底的頂視圖和底視圖。圖22示出了針對(duì)如圖20所示的過(guò)渡而仿真出的插入和回波損耗曲線。具體實(shí)施例方式首先，將針對(duì)波導(dǎo)電路和實(shí)現(xiàn)在電介質(zhì)襯底上的微帶線之間的過(guò)渡元件的第一實(shí)施例，參照?qǐng)D1到4，進(jìn)行描述。如圖1示意性所示，圖1涉及過(guò)渡元件的分解視圖，參考數(shù)字10示意性地示出了矩形波導(dǎo)。優(yōu)選地，此波導(dǎo)由合成材料實(shí)現(xiàn)，更具體地，以介電常數(shù)顯著地類似于空氣的泡沫材料實(shí)現(xiàn)。如參考數(shù)字11所示，在所有外表面上對(duì)泡沫材料的矩形塊進(jìn)行金屬化，從而實(shí)現(xiàn)微波波導(dǎo)。如圖1和圖3具體所示，將表現(xiàn)出顯而易見的“C”形的凸緣20實(shí)現(xiàn)在波導(dǎo)10的一端，優(yōu)選地，在泡沫材料技術(shù)波導(dǎo)形成的同時(shí)形成。此凸緣20圍繞波導(dǎo)10的矩形末端，在兩個(gè)短邊21和一個(gè)長(zhǎng)邊，而另一長(zhǎng)邊具有開口22，按照防止與實(shí)現(xiàn)在電介質(zhì)襯底30上的微帶線31的任何短路的方式來(lái)定位開口22，如稍后所解釋。從圖3更為清楚地看到，在11和23處對(duì)由矩形波導(dǎo)和由凸緣構(gòu)成的過(guò)渡元件形成的組件進(jìn)行金屬化。但是，如24所示，并不對(duì)與波導(dǎo)的輸出相對(duì)應(yīng)的末端進(jìn)行金屬化，波導(dǎo)的輸出與在凸緣20的開口處垂直的區(qū)域一起形成了矩形區(qū)域。由部分金屬化的泡沫材料結(jié)構(gòu)構(gòu)成的凸緣20形成了能夠分配和退化過(guò)渡性能的超高頻腔。為了防止此問(wèn)題并根據(jù)本發(fā)明，特定地設(shè)置凸緣20的尺寸，以便在確保對(duì)組件的良好機(jī)械支撐并消除諧振模式的同時(shí)，獲得與承載有微帶技術(shù)電路的襯底的可靠電接觸，如稍后所解釋的那樣。因此，設(shè)置凸緣20與未金屬化部分22相對(duì)的部分(對(duì)應(yīng)于與微帶線相對(duì)的部分)的尺寸，從而將凸緣的諧振頻率移出有用頻帶之外。根據(jù)所需的機(jī)械強(qiáng)度來(lái)選擇凸緣的厚度，將選擇凸緣這一部分的尺寸d，從而使所產(chǎn)生的諧振頻率在有用頻帶之外。此外，如圖1所示，在電介質(zhì)襯底30上實(shí)現(xiàn)微帶技術(shù)電路。按照更為具體的方式，如圖2所示，電介質(zhì)襯底30包括金屬層30a，在其下表面形成地平面，具有對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)10的矩形輸出的未金屬化區(qū)域30b，并靠近實(shí)現(xiàn)在用于支撐襯底30的盒子或底座40中的空腔41，如稍后所述。圖2a所示的襯底的上表面包括微帶技術(shù)線31a，利用微帶技術(shù)，以阻抗匹配線路31b延伸；連接元件或探頭31c，用于恢復(fù)波導(dǎo)10所發(fā)射的能量。此元件的英文術(shù)語(yǔ)通常為“Probe”。為了實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)輸出和探頭31c之間的連接，在襯底30的上表面上，以導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)凸緣20的下表面的引腳30c。如圖2a清晰所示，在探頭31c的延伸方向上找到的引腳部分具有對(duì)應(yīng)于如圖1所示的凸緣20的所述部分的寬度d的寬度d。金屬化區(qū)域30c用于容納通過(guò)焊接(更具體地，通過(guò)焊料焊接)連接的凸緣的等效表面，并且此區(qū)域通過(guò)并未示出的金屬孔與下方的地平面30a電連接。此外，如圖1所示，將容納微帶技術(shù)電路的電介質(zhì)襯底安裝在金屬底座或金屬盒40上，金屬底座或金屬盒40的特征在于位于面向波導(dǎo)的部分中的空腔41。此空腔具有等于矩形波導(dǎo)的開口和等于波導(dǎo)中的導(dǎo)波波長(zhǎng)的四分之一的深度，由此提供了過(guò)渡的阻抗匹配。對(duì)于本發(fā)明，顯而易見的是，只有在與微帶技術(shù)線路相同的方向上發(fā)現(xiàn)的過(guò)渡元件的凸緣部分的寬度對(duì)于諧振現(xiàn)象是重要的。實(shí)際上，對(duì)于如圖1所示的矩形波導(dǎo)，激勵(lì)基本模式TE10，并且電場(chǎng)在接入線的軸向上最大，并且在波導(dǎo)的短邊上橫向類似為零。因此，位于微帶線兩側(cè)并由凸緣的橫向部分形成的空腔對(duì)性能幾乎沒(méi)有影響，并且選擇凸緣的這些部分的尺寸只用于提供組件的機(jī)械強(qiáng)度。相反，對(duì)于凸緣后部，其由饋線激勵(lì)，其根據(jù)此部分的尺寸產(chǎn)生諧振頻率，此頻率可以落入有用頻帶內(nèi)。因此，選擇此寬度d，以將此頻率移離有用頻帶，根據(jù)機(jī)械約束來(lái)選擇高度。為了驗(yàn)證上述概念，通過(guò)利用實(shí)現(xiàn)了有限元方法的、名為“Ansoft/HFSS”的仿真軟件，對(duì)與圖1所示類型的平面結(jié)構(gòu)和矩形波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)的過(guò)渡元件進(jìn)行3D電磁仿真。在這種情況下，通過(guò)如圖1所示的凸緣來(lái)延伸具有3.556mm×7.112mm的波導(dǎo)橫截面的、名為WR28的波導(dǎo)。如上所述地將厚度為1.5mm、短邊寬度為2mm且寬度等于4mm或2.3mm的凸緣安裝在厚度為0.2的低成本微波襯底上，所述襯底的商品名為RO4003，在其上實(shí)現(xiàn)微帶線。此外，通過(guò)金屬化商品名為“Rohacell/HF71”的泡沫材料進(jìn)行金屬化來(lái)實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)，所述泡沫材料表現(xiàn)出非常低的介電常數(shù)和較低的介電損耗，具體地，εr＝1.09、tg.δ＝0.001，最高到60GHz。在圖4a(d＝4mm)和圖4b(d＝2.3mm)中給出了仿真結(jié)果?？梢钥吹?，對(duì)于d＝4mm，在從27到32GHz的頻帶上，獲得了18dB左右的良好阻抗匹配，而對(duì)于d＝2.3mm，在29GHz左右觀察到災(zāi)難性的諧振。在圖5中，示出了本發(fā)明的實(shí)施例變體。在這種情況下，波導(dǎo)100是90°彎曲的波導(dǎo)，如參考數(shù)字101所示，包括位于其末端的凸緣102，利用泡沫材料技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)此組件，即通過(guò)研磨泡沫材料塊并以金屬層覆蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)，如上所述。凸緣102是與圖1所示凸緣相同類型的凸緣。此凸緣具有“C”形的形狀，且特征在于位于必須面向要與波導(dǎo)耦合的微帶技術(shù)饋線的部分中的開口103。如圖5所示，與圖1和圖2的襯底30相同類型的襯底110的特征在于微帶技術(shù)饋線111和用于緊固凸緣102的導(dǎo)電引腳112。此陰極112出現(xiàn)在與饋線111相對(duì)的部分中，具有按照將此部分的諧振頻率移出有用頻帶的方式如上確定的數(shù)值的尺寸d。按照與圖1所示實(shí)施例相同的方式，將此襯底安裝在具有空腔121的金屬底座或金屬盒上，空腔121的高度等于λ/4，λ是波導(dǎo)中的導(dǎo)波波長(zhǎng)。利用與上述相同的軟件、襯底和波導(dǎo)的相同類型的材料，對(duì)此類系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。對(duì)于大約30GHz的應(yīng)用，對(duì)彎曲101的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。作為頻率的函數(shù)的阻抗匹配曲線如圖6所示。其示出了30GHz附近1GHz的帶寬上、高于20dB的阻抗匹配。在圖7中，示出了另一實(shí)施例變體，具有雙波導(dǎo)/平面過(guò)渡，更具體地，利用泡沫材料技術(shù)實(shí)現(xiàn)直波導(dǎo)200，在每個(gè)末端，以90°彎曲201a、201b延伸，每個(gè)彎曲末端由凸緣202a、202b延伸，如參照?qǐng)D5所述的凸緣。此凸緣用于在微波電介質(zhì)材料中，將波導(dǎo)200與平面襯底210上以微帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)的輸入電路和輸出電路相連。在每個(gè)波導(dǎo)末端與襯底上的微帶線的過(guò)渡級(jí)，實(shí)現(xiàn)與圖5中的引腳112相同類型的引腳211a、211b。這些引腳環(huán)繞未金屬化部分213a、213b，用于向利用平面技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電路供電的微帶線212a、212b的末端(或探頭)到達(dá)未金屬化部分213a、213b中。將襯底210安裝在金屬底座或金屬盒220上，與圖5一樣，金屬底座或金屬盒220的特征在于空腔221a、221b，與波導(dǎo)200的末端201a、201b相對(duì)。與圖1所示的實(shí)施例中一樣地設(shè)置空腔的尺寸。如上所述，對(duì)此類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，以及在匹配阻抗方面的仿真結(jié)果如圖8所示。在這種情況下，損耗水平接近對(duì)于30GHz處的單一過(guò)渡所獲得的損耗，而且對(duì)于42mm的導(dǎo)波長(zhǎng)度，仿真出的插入損耗小于1.5dB。如上所述，選擇尺寸d，從而由與對(duì)應(yīng)于微帶線的部分相對(duì)的凸緣部分構(gòu)成的空腔在位于有用頻帶的頻率外部的頻率處諧振。為了實(shí)現(xiàn)此目的，此部分的諧振頻率不僅依賴于數(shù)值d，而且還依賴于凸緣這一部分的高度和寬度。選擇后兩個(gè)尺寸，從而凸緣是機(jī)械剛性的。因此，針對(duì)選定高度和底座寬度，d是與頻率成反比的數(shù)值。圖9的曲線給出了諧振頻率作為凸緣的寬度d的函數(shù)的變化。例如，對(duì)于在27到29GHz帶寬內(nèi)進(jìn)行操作的系統(tǒng)，d的數(shù)值必須比2.5mm大得多，從而使諧振頻率遠(yuǎn)離有用帶寬?，F(xiàn)在，將參照?qǐng)D10到17，給出對(duì)根據(jù)本發(fā)明的過(guò)渡元件的另一實(shí)施例的描述。在這種情況下，波導(dǎo)電路50包括矩形波導(dǎo)51，以用于緊固在襯底60上的凸緣52延伸其末端，襯底60的特征在于平面技術(shù)電路，尤其是微帶。在本實(shí)施例中，凸緣52的下平面52a按照整個(gè)波導(dǎo)位于襯底60上的方式延伸矩形波導(dǎo)的下部51a。此外，矩形波導(dǎo)的末端以傾斜部分53終止。與第一實(shí)施例一樣，以合成泡沫材料固體塊實(shí)現(xiàn)矩形波導(dǎo)50，所述合成泡沫材料可以與用在圖1中的類型相同。對(duì)波導(dǎo)和凸緣的外表面進(jìn)行金屬化，除了區(qū)域54之外，在所述實(shí)施例中，區(qū)域54為矩形，并位于稍后更為詳細(xì)描述的阻抗匹配腔71的上方，區(qū)域55垂直位于微帶技術(shù)線路和泡沫材料塊之間的接口上，以防止任何短路。為了實(shí)現(xiàn)與平面技術(shù)電路(更具體地，微帶技術(shù))的無(wú)接觸連接，如圖1、2a和2b所示，電介質(zhì)材料的襯底60包括下接地平面60a，其特征在于與空腔71相對(duì)部分中的未金屬化區(qū)域60b。在襯底的上面60c上，以微帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)終止于探頭60e的接入線60，在目前這種情況下，設(shè)置其尺寸從而為容性的。此外，為了實(shí)現(xiàn)將波導(dǎo)50附加于襯底60，探頭60e被具有對(duì)應(yīng)于凸緣52的下表面的形式的導(dǎo)電引腳60f所環(huán)繞。通過(guò)焊接，特別是通過(guò)焊料焊接或任何其他等效的方式來(lái)進(jìn)行凸緣到引腳上的附加。稍后，將對(duì)引腳的形狀進(jìn)行更為詳細(xì)的解釋。此外，引腳60f通過(guò)未示出的金屬化孔與地平面60a電連接。此外，將襯底60安裝在金屬底座或金屬單元70上，對(duì)于本發(fā)明，金屬底座或金屬單元70包括位于過(guò)渡級(jí)的、在底座70中模制或研磨的空腔71。優(yōu)選地，空腔71具有等于矩形波導(dǎo)的橫截面和λ/4與λ/2之間的深度，其中λ表示波導(dǎo)中的導(dǎo)波波長(zhǎng)。選擇深度的精確尺寸，從而優(yōu)化過(guò)渡元件的響應(yīng)。在本實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)凸緣的尺寸確定，以有利于波導(dǎo)在襯底上的正確偏移，而且提供與印刷電路的可靠電接觸，以便在避免在過(guò)渡級(jí)的功率泄漏的同時(shí)，提供對(duì)整個(gè)組件的接地焊接?，F(xiàn)在，凸緣包括能夠干擾和退化過(guò)渡的性能的超高頻腔。因此，必須正確地確定其尺寸。在這種情況下，激勵(lì)TE10模式。因此，電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)在接入線的軸向上最大，并且在波導(dǎo)的短邊橫向上幾乎為零。因此，形成了位于接入線兩側(cè)的空腔的凸緣部分對(duì)系統(tǒng)的性能幾乎沒(méi)有影響。但是，對(duì)于微帶線60d的輸入必不可少的、凸緣52中的開口55的尺寸非常重要。需要提供足夠的空間以防止與微帶接入線和凸緣的金屬化區(qū)域之間的耦合有關(guān)的干擾。相反地，過(guò)大的開口將直接導(dǎo)致泄漏的顯著增加，此開口位于電場(chǎng)的高密度區(qū)域。應(yīng)用與圖1所示的實(shí)施例相同的方法對(duì)下述實(shí)施例進(jìn)行仿真。因此，對(duì)于實(shí)現(xiàn)在由厚0.2mm的、名為ROGERSR04003的電介質(zhì)材料制成的低成本襯底上的微帶線和以具有標(biāo)準(zhǔn)橫截面WR283.556mm×7.112mm和1mm高度的低損耗材料(如商品名未ROHACELLHF71的泡沫材料)實(shí)現(xiàn)的如圖10所示的波導(dǎo)之間的過(guò)渡元件，對(duì)于設(shè)計(jì)用于在30GHz附近進(jìn)行操作的波導(dǎo)的尺寸的仿真結(jié)果如圖12所示。在這種情況下，獲得以下特性·在從22.2到30.8GHz的非常大的帶寬范圍內(nèi)、高于20dB的阻抗匹配。·從28.9到30.1GHz、高于25dB的阻抗匹配?！は喈?dāng)?shù)偷牟迦霌p耗，0.25dB量級(jí)?，F(xiàn)在，將參照?qǐng)D13到17來(lái)描述凸緣52的尺寸對(duì)過(guò)渡的優(yōu)化的影響。圖13示意性地示出了當(dāng)將波導(dǎo)安裝在襯底上時(shí)、過(guò)渡元件的頂視圖。在這種情況下，對(duì)于波導(dǎo)51本身的橫向壁，凸緣52包括兩個(gè)凸出的橫向腔52b。這兩個(gè)腔由垂直腔52a延伸，垂直腔52a的特征在于位于其中間的開口52c，對(duì)應(yīng)于微帶線的通過(guò)。在本實(shí)施例中，如上所述，開口52c的尺寸對(duì)過(guò)渡的電性能存在影響，如插入損耗(S21)和回波損耗(S11)等。因此，如圖14所示，其給出了作為開口52a的寬度的函數(shù)的插入損耗S21，可以注意到3個(gè)截然不同的區(qū)域?qū)τ谛∮?.8mm的開口，損耗較高，這反映出線路和波導(dǎo)的金屬化壁之間的耦合現(xiàn)象。對(duì)于從0.8到2mm的開口，觀察到傳輸損耗最小、為-0.25dB量級(jí)的優(yōu)化數(shù)值范圍。對(duì)于大于2mm的開口，損耗開始增加，從而導(dǎo)致場(chǎng)泄漏的增加。此外，圖15示出了針對(duì)前述3個(gè)區(qū)域、作為開口的寬度d的函數(shù)的回波損耗。因此，觀察到以下屬性對(duì)于小于0.8mm的開口，結(jié)構(gòu)的回波損耗響應(yīng)是完全混亂的。這表明過(guò)于靠近空腔的末端導(dǎo)致了顯著的失配。對(duì)于從0.8到2mm的開口，阻抗匹配最優(yōu)，并覆蓋了工作帶寬。對(duì)于大于2mm的開口，開始增加，與由于開口過(guò)大而引起的泄漏有關(guān)。圖16和17示出了形成了凸緣的空腔52a、52b的寬度a和b對(duì)過(guò)渡的性能的影響?！た紤]空腔a，圖16表明此空腔的寬度對(duì)過(guò)渡的回波損耗只具有較小的作用，在較寬的頻帶中，損耗總是保持在-15dB以下，并且這針對(duì)從0.2到1.5mm較寬變化的寬度?！た紤]空腔b的寬度，圖17表明其對(duì)過(guò)渡性能的干擾甚至更小，由于通過(guò)將其數(shù)值從1mm加倍到2mm，在非常寬的頻帶內(nèi)，回波損耗一直保持小于-17dB。圖18和19示意性地示出了與參照?qǐng)D10所述類型的過(guò)渡元件一起使用的波導(dǎo)電路的兩個(gè)實(shí)施例變體。對(duì)于圖18，波導(dǎo)500是表現(xiàn)出切比雪夫型響應(yīng)的3階虹膜波導(dǎo)濾波器。應(yīng)用上述過(guò)渡元件，將波導(dǎo)500與平面技術(shù)電路相連。因此，圖18a示意性地示出了其特征為連接引腳和接入線的襯底501和其特征為與濾波器500的輸出相對(duì)的空腔的底座502。與此實(shí)施例相關(guān)的性能如圖18b所示?？梢钥吹?.2dB數(shù)量級(jí)的低插入損耗，對(duì)于30GHz附近的900MHz頻率范圍。在相同的頻率范圍上，低于-23dB的回波損耗。圖19類似于圖18，示出了波導(dǎo)600，包含偽橢圓濾波器，包括位于波導(dǎo)的每個(gè)輸入處的2個(gè)短線。此器件的目的是創(chuàng)建位于通帶之外的兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，從而提高濾波器的選擇性。對(duì)位于襯底601RO4003和其特征為空腔的底座602上的、由2個(gè)微帶線激勵(lì)的此表面安裝濾波器600進(jìn)行完全3D仿真。圖18b示出了所獲得的性能在30GHz附近1GHz的通帶內(nèi)，1.2dB數(shù)量級(jí)的插入損耗。在[29.5～30.0]GHz頻帶內(nèi)小于-30dB的回波損耗。在28.55GHz處高于60dB的衰減，該頻率對(duì)應(yīng)于寄生阻止頻率。現(xiàn)在，將參照?qǐng)D20到22，給出對(duì)根據(jù)本發(fā)明的過(guò)渡元件的另一實(shí)施例的描述。在這種情況下，波導(dǎo)電路80包括矩形波導(dǎo)81，其末端由形成了緊固凸緣的元件82延伸。在本實(shí)施例中，波導(dǎo)由可以是介電常數(shù)等于空氣的合成泡沫材料的電介質(zhì)材料塊形成。挖空此塊，以形成空腔83，并對(duì)此塊的外表面進(jìn)行完全金屬化。此外，凸緣82具有凹槽84，其作用將在稍后進(jìn)行解釋。在本實(shí)施例中，凸緣82的下平面延伸矩形波導(dǎo)81的下挖空部分，從而使波導(dǎo)位于容納平面技術(shù)電路(尤其是微帶線)的襯底90上。如圖20和21所示，微波電介質(zhì)材料的襯底90包括在圖21a中標(biāo)記為94的泡沫材料平面，此地平面的特征在于位于與過(guò)渡級(jí)波導(dǎo)輸出相對(duì)的部分中的未金屬化區(qū)域95。此外，在本實(shí)施例中，襯底90的上平面包括用于偏移波導(dǎo)80的第一金屬化區(qū)域93b。此區(qū)域93b通過(guò)并未示出的金屬化孔與地平面94電連接。此外，襯底90包括位于區(qū)域93b中的第二金屬化區(qū)域93a，其在波導(dǎo)80的整個(gè)開口下方延伸，從而形成關(guān)閉波導(dǎo)的開口83的蓋。襯底90的上表面還包括與區(qū)域95相對(duì)應(yīng)的未金屬化區(qū)域96。此區(qū)域96容納以印刷電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的饋線91的末端92或“探頭”。此線路與區(qū)域93a中的未金屬化區(qū)域相交，其對(duì)應(yīng)于凸緣82中的間隙84。將組件安裝在金屬底座或金屬盒72上，對(duì)于本發(fā)明，金屬底座或金屬盒72包括位于過(guò)渡處的空腔73，在底座中模制或研磨而成。空腔具有明顯等于波導(dǎo)末端(即，對(duì)應(yīng)于未金屬化區(qū)域95)的橫截面，和λ/4和λ/2之間的深度，λ表示波導(dǎo)中的導(dǎo)波波長(zhǎng)。利用等同于前述實(shí)施例的方法對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行仿真。因此，襯底由厚度為0.2mm的、名為ROGERSR04003的電介質(zhì)材料構(gòu)成。波導(dǎo)由按照波導(dǎo)的內(nèi)截面等同于標(biāo)準(zhǔn)WR283.556mm×7.112mm的方式進(jìn)行研磨并且厚度為2mm的電介質(zhì)材料塊實(shí)現(xiàn)。利用如錫、銅等導(dǎo)電材料對(duì)波導(dǎo)進(jìn)行金屬化。系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于在30GHz進(jìn)行操作。在這種情況下，如圖22所示，其涉及單一微帶線/波導(dǎo)過(guò)渡，獲得了以下屬性·在從26GHz到36GHz的非常大的帶寬范圍內(nèi)、高于15dB的阻抗匹配?！ぴ诖祟l帶內(nèi)0.4dB數(shù)量級(jí)的相當(dāng)?shù)偷牟迦霌p耗。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，可以修改上述波導(dǎo)80以實(shí)現(xiàn)如圖18所示的、其特征為切比雪夫型響應(yīng)的虹膜波導(dǎo)濾波器或如圖19所示的、具有位于波導(dǎo)的每個(gè)輸入的2個(gè)短線的偽橢圓濾波器。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行多種修改。具體地，可以得到啟示，獲得將波導(dǎo)末端插入其中的一些實(shí)施例的獨(dú)立過(guò)渡元件。重要因素是實(shí)現(xiàn)未表現(xiàn)出寄生諧振模式的無(wú)接觸過(guò)渡。權(quán)利要求1.一種過(guò)渡元件，用于波導(dǎo)電路(10、100、50、80)和在電介質(zhì)襯底(30、110、60、90)上實(shí)現(xiàn)的微帶技術(shù)線路(31、111、60d)之間的無(wú)接觸連接，其特征在于過(guò)渡元件通過(guò)用于附加到襯底上的凸緣(20、102、52、82)延伸波導(dǎo)的末端，所述襯底的特征在于導(dǎo)電引腳(32、102、60f、93)，用于實(shí)現(xiàn)與凸緣的下表面的連接；以及在襯底下實(shí)現(xiàn)空腔(41、121、71、73)，與波導(dǎo)的末端相對(duì)，設(shè)置其尺寸以實(shí)現(xiàn)與波導(dǎo)電路的阻抗匹配。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)渡元件，其特征在于在合成材料塊中實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)電路和緊固凸緣，如除了與空腔相對(duì)的區(qū)域外，具有金屬化外表面的泡沫材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過(guò)渡元件，其特征在于緊固凸緣與波導(dǎo)的末端形成整體。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過(guò)渡元件，其特征在于緊固凸緣是固定到波導(dǎo)的末端上的分立元件。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的過(guò)渡元件，其特征在于設(shè)置緊固凸緣的尺寸，從而至少在微帶線的方向上，選擇凸緣的寬度d，將諧振模式移離有用帶寬，緊固凸緣至少垂直于波導(dǎo)的末端。6.根據(jù)權(quán)利要求3到5之一所述的過(guò)渡元件，其特征在于空腔的深度等于λ/4，其中λ對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)中的導(dǎo)波波長(zhǎng)。7.根據(jù)權(quán)利要求3到6之一所述的過(guò)渡元件，其特征在于微帶線以探頭終止。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過(guò)渡元件，其特征在于以波導(dǎo)的延伸來(lái)實(shí)現(xiàn)緊固凸緣。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的過(guò)渡元件，其特征在于空腔具有λ/4和λ/2之間的深度，其中λ對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)中的導(dǎo)波波長(zhǎng)。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的過(guò)渡元件，其特征在于微帶線以探頭終止。11.根據(jù)權(quán)利要求8到10之一所述的過(guò)渡元件，其特征在于導(dǎo)電引腳具有C形形狀，設(shè)置C的分支之間的開口的尺寸，以便在防止短路的同時(shí)限制電場(chǎng)的泄漏。12.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的過(guò)渡元件，其特征在于以對(duì)其外表面進(jìn)行了金屬化的電介質(zhì)材料的挖空塊來(lái)形成波導(dǎo)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的過(guò)渡元件，其特征在于導(dǎo)電引腳在波導(dǎo)的挖空部分下延伸，從而形成蓋。14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的過(guò)渡元件，其特征在于在襯底上實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)電引腳包括第一金屬化區(qū)域，將波導(dǎo)固定于其上；和第二金屬化區(qū)域，在第一金屬化區(qū)域內(nèi)部，此區(qū)域形成波導(dǎo)的蓋。全文摘要本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)10和襯底30上的過(guò)渡線之間的過(guò)渡元件。所述過(guò)渡元件包括位于襯底30上的緊固凸緣20，設(shè)置凸緣20的尺寸，從而按照將諧振模式移離有用頻帶的方式，至少選擇凸緣的在微帶線方向上的寬度d。本發(fā)明尤其用于毫米頻率的利用SMD技術(shù)的電路。文檔編號(hào)H01P5/08GK1694302SQ20051006736公開日2005年11月9日申請(qǐng)日期2005年4月21日優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日發(fā)明者多米尼克·洛因海東,菲利普·米納德,科琳娜·尼古拉斯,阿里·盧齊耶,朱利安·泰夫納德,讓-菲利普·庫(kù)佩,克里斯蒂安·佩爾松申請(qǐng)人:湯姆森許可貿(mào)易公司