CN101496219B - 波导管的连接结构 - Google Patents

Abstract

一种将形成于多层电介质基板(1)的波导管(2)和形成于金属基板(3)的波导管(4)连接的波导管的连接结构，包括扼流圈结构，该扼流圈结构具有：形成于多层电介质基板(1)的波导管(2)的周围，具有与波导管(2)的E面端相距λ/4(λ：信号波的自由空间波长)左右的尺寸的矩形的导体图案(7)；形成于导体图案(7)的端部和波导管(2)的E面端之间的导体图案(7)上的规定位置的导体开口部(8)；与导体开口部(8)连接，形成于多层电介质基板的层叠方向的具有λg/4(λg：信号波的基板内有效波长)左右的长度的前端短路的电介质传输路径(9)。即使在多层电介质基板和金属基板产生间隙时，也可以得到波导管的连接面的信号泄漏较少的低损耗的波导管连接特性，并且防止在波导管的位置偏离时产生的因高阶模谐振导致的连接特性变差。

Description

波导管的连接结构

技术领域

本发明涉及形成于多层电介质基板的层叠方向的中空波导管与形成于金属基板的波导管的连接结构。 

背景技术

在以往的波导管的连接结构中，在设置于有机电介质基板(连接部件)的传输电磁波的波导管(贯穿孔)与设置于金属波导管基板的波导管的连接结构中，为防止电磁波在连接部的反射、通过损耗、泄漏，将贯穿孔的导体与金属波导管基板电连接，保持同一电位(例如专利文献1)。 

在这样的专利文献1所示的以往的波导管的连接结构中，由于有机电介质基板的翘曲等，在贯穿孔的导体层和波导管基板之间会产生间隙。其结果是，存在金属导体间产生平行板式的泄漏波，电磁波在连接部的反射、通过损耗变差这样的问题。 

作为用于改善上述的连接特性变差的以往的扼流圈结构，大多采用在与波导管E面端相距λ/4的位置形成深度为λ/4的槽，自扼流圈槽的前端短路点起将波导管E面在驻波状态下短路的结构(例如专利文献2)。 

专利文献1：日本专利特开2001-267814号公报(段落「0028」、图1) 

专利文献2：美国专利第3155923号说明书 

发明内容

但是，在专利文献2所示的以往的扼流圈结构中，存在的问题是：在连接的波导管的位置产生偏离时，会产生高阶模的谐振，连接特性在扼流圈尺寸的信号频带中心变差。 

本发明鉴于上述内容而作，其目的是得到一种如下的波导管的连接结构：即使在多层电介质基板和金属基板有翘曲等而在多层电介质基板和金属基板产生间隙时，波导管的连接面的信号泄漏也较少，可以得到低损耗的波导管连接特性，并且在波导管位置偏离时，可以防止因产生的高阶模谐振导致的连接特性变差。 

为解决上述问题、达到目的，本发明是一种将形成于多层电介质基板的层叠方向的中空的第一波导管与形成于金属基板的第二波导管连接的波导管的连接结构，其特征是包括扼流圈结构，该扼流圈结构具有：形成于与上述金属基板相对的上述多层电介质基板的电介质表面且位于上述第一波导管的周围，在与第一波导管的E面端相距λ/4(λ：信号波的自由空间波长)左右的位置具有图案的端部的矩形导体图案；形成于该矩形导体图案的端部和上述第一波导管的E面端之间的导体图案上的规定位置，具有比上述第一波导管的长边更长且不足λ左右的长度的导体开口部；连接于上述导体开口部，形成于多层电介质基板的层叠方向的具有λg/4(λg：信号波的基板内有效波长)左右的长度的前端短路的电介质波导管、即电介质传输路径。另外，本发明申请提及的金属基板除了基板整体由金属构成的基板之外，还包括：形成有以金属膜覆盖陶瓷或有机基板等非金属基材的部分表面(例如波导管表面及波导管连接部的周围表面)或者整个表面而形成的导电性基板；或者，多个基板接合为一体而构成供电电路或隙缝天线等RF(Radio Frequency，射频)电路的板状的功能部件(例如，波导管板、平面天线、功率分配器、功率合成器等)的基板。 

若采用本发明，其构成除扼流圈结构外，还通过由导体图案端形成的磁畴壁(驻波状态下呈开路)来抑制在多层电介质基板和金属基板之间传递的平行板模式，将波导管的E面端短路，因此可以得到波导管的连接面的信号泄漏较少的低损耗的波导管连接特性，可以防止以往在波导管的位置偏离时发生的高阶模谐振导致的连接特性变差，而且不管波导管部分是接触还是非接触的状态，都可以得到良好的连接特性。另外，与在毫米波带等高频带需要较大尺寸的扼流圈结构相比，可以减小体积、减轻重量，不需要以往的在金属波导管侧形成扼流圈槽等高精度的机械加工。 

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的波导管的连接结构的剖视图。 

图2是表示实施方式所涉及的连接盘形状的俯视图。 

图3是表示根据本实施方式的扼流圈结构进行模拟时的反射特性的图。 

图4是表示根据本实施方式的扼流圈结构进行模拟时的通过特性的图。 

图5是表示传输线路的不连续部的高阶模转换的图。 

图6是表示以往的扼流圈结构的俯视图。 

图7是表示以往的扼流圈结构的高阶模的谐振的俯视图。 

图8是表示根据以往的扼流圈结构进行模拟时的反射特性的图。 

图9是表示根据以往的扼流圈结构进行模拟时的通过特性的图。 

标号说明 

1    多层电介质基板 

2    波导管 

3    金属基板 

4    波导管 

5    导体层 

6    表层接地导体 

7    导体图案(连接盘部) 

8    开口部 

9    前端短路电介质波导管(电介质传输路径) 

10   内层接地导体 

11   接地通孔 

12   电介质 

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明所涉及的波导管的连接结构的实施方式。另外，本发明不限于该实施方式。 

根据图1及图2说明本发明的实施方式。图1是表示本实施方式所涉及的波导管连接结构的剖视图。图2是俯视导体图案部(连接盘部)的俯视图。图1与图2的A-A′部截面对应。该实施方式的波导管连接结构可以适用于例如FM/CW雷达等毫米波雷达或者微波雷达等。 

在多层电介质基板1的基板层叠方向形成有截面为大致方形的中空的波导管2，另外，在金属基板3形成有截面为大致方形的中空的波导管4，该波导管4与波导管2(波导管2的开口部)相对。金属基板(导电性基板)3可以是一块板，或者也可以接合另一块或者多块金属基板(导电性基板)而一体地构成金属基板。 

通过这些波导管2及4，传输从多层电介质基板1的表面层侧输入的电磁波或者从金属基板3的表面层(图1的下侧)输入的电磁波。在图1中，多层电介质基板1及金属基板3以相互分离的方式图示，但多层电介质基板1在两处以未图示的定位销定位于金属基板3上，以未图示的螺钉抵接固定在金属基板3上。而且，通过该定位固定，两基板1、3被以多层电介质基板1的波导管2的中心轴与金属基板3的波导管孔4的中心轴一致的状态固定。另外，两基板1、3通过螺钉的连结力而密合。另外，波导管2与波导管4的孔尺寸大致相同。另外，定位销以将波导管2及4间的位置偏离控制在0.2mm以下的条件设置，例如控制在0.1mm左右。 

在波导管2的内周壁形成有导体层5，该导体层5与在多层电介质基板1的正面侧形成的表层接地导体6以及在多层电介质基板1的背面侧(与金属基板3抵接的一侧，即波导管连接端面侧)形成的导体图案部(连接盘部)7连接。表层接地导体6由导体图案构成。 

如图2所示，在多层电介质基板1的与金属基板3相对的面、即波导管连接端面侧，于波导管2(波导管2的开口部)的周围形成有作为导体层、即矩形形状的连接盘部7。多层电介质基板1的电介质12露出在连接盘部的周围。该电介质12的露出部的表面可以被玻璃涂层或阻焊层覆盖。另外，在连接盘部7的周边形成有与连接盘部7相隔规定的距离(不与连接盘部7高频连接的充分距离，例如大于λ/4)且不与连接盘部7连接的导体图案，可以与多层电介质基板1的内层电路及装设电子器件或外部电路连接。 

若在波导管2中传输的高频信号的自由空间波长设为λ，在电介质中的有效波长、即基板内有效波长设为λg，则矩形的连接盘部7具有其图案的端部位置与波导管2的E面端(长边侧端部)相距λ/4左右且与H面端(短边侧端部)相距不足λ/4左右的尺寸(与开口部8的H面侧端相距不足λ/8左右)。 

矩形的连接盘部7中，在与波导管2的E面端(波导管2的开口部的E面端)相隔规定的距离t的两侧形成有露出电介质的导体的开口部8。作为与开口部8的波导管E面端的距离t，选择比在信号频率下恰好为扼流圈尺寸的λ/4短的大约λ/8以上且不足λ/4的范围，例如考虑到制造误差和尺寸公差，该距离较好是λ/6左右。开口部8的宽度较好是不足λg/4，另外，开口部8的长度较好是比波导管2的长边方向的长度更长且不足λ左右的长度。 

在该开口部8，在多层电介质基板1的层叠方向连接有具有λg/4左右的长度的前端短路电介质波导管9。该前端短路电介质波导管9由在多层电介质基板1的内部位于层叠方向上与开口部8的形成位置相距λg/4左右的深度位置的内层接地导体10、设置在开口部8的周围的多个接地通孔11、以及配置在这些内层接地导体10及多个接地通孔11的内部的电介质构成，该前端短路电介质波导管9起到在前端(内层接地导体10的导体表面)具有短路面的电介质传输路径的作用。各接地通孔11间的间隔设为λg/4以下。 

如上所述，该实施方式中，由连接盘部7、开口部8及前端短路电介质波导管9构成扼流圈结构。 

在这样的扼流圈结构中，考虑在波导管连接部位多层电介质基板1和金属基板3分离而产生间隙的导体非接触的情况。若采用本扼流圈结构，在前端短路电介质波导管9的前端为短路，在仅与该前端部相距λg/4的开口部8为开路。另外，由于从开口部8到波导管2的E面端仅相距大约λ/8以上且不足λ/4，因此波导管2的E面端呈从开路朝向短路的状态。所以，波导管2的E面端在比信号频率稍高的频率下为理想短路。另外，若采用本实施方式的扼流圈结构，由于连接盘部7的端部对于由波导管间隙形成的波导管形成磁畴壁，驻波状态下呈开路，因此在与该连接盘端相距λ/4的波导管E面端呈短路，在信号频带下形成短路。综上所述，若采用本实施方式的扼流圈结构，在比信号频带稍高的频带下可以得到良好的连接特性。 

另外，在本实施方式的扼流圈结构中，由于不是如以往的扼流圈槽那样在与波导管的E面端相距λ/4的位置，而是在仅与波导管2的E面端相距大约λ/8以上且不到λ/4的位置由开口部8及前端短路电介质波导管9形成扼流圈槽，因此在波导管的位置产生偏离时，在比信号频带稍高的频率下产生谐振， 但在信号频带附近特性不会由于谐振而变差，所以可以得到良好的连接特性。 

另外，本实施方式的扼流圈结构中，在只有连接盘部7的端部与金属基板3接触时，通过扼流圈槽的效果，在比信号频带高的频带下可以得到最佳的特性，在信号频带附近通过扼流圈效果也可以得到较为良好的特性。另外，金属基板3与连接盘部7接触而导体开口8闭合时，由于在与波导管E面端相距的λ/8左右的位置以物理方式接触而保持同一电位，因此可以得到较为良好的特性。 

图3表示本实施方式的扼流圈结构的代表性的反射特性，图4表示其通过特性。图3及图4中，×符号表示两个波导管没有位置偏离时的特性，○符号表示两个波导管位置偏离时的特性。如图3及图4所示，若采用本实施方式的扼流圈结构，在位置产生偏离时，由于高阶模谐振，在比于波导管中的毫米波带高频信号的基频f₀附近的信号频带略高的频带下反射、通过特性变差，但在信号频带附近特性没有由于谐振而变差，因此可以得到良好的反射、通过特性。 

接下来，作为比较例，探讨专利文献2所示的以往的扼流圈槽。在这种扼流圈结构中，在分别形成有应该相对的波导管的两个波导管载体中的一方的接触面侧，在与波导管的长边端面相距λ/4左右且与短边端面极近的位置形成具有λ/4左右的深度的扼流圈槽。在专利文献2中，记载了包围波导管周围的矩形形状的扼流圈槽。另外，作为其它以往例，还有以波导管为中心，在与波导管的长边端面相距λ/4的位置形成具有λ/4左右的深度的圆形的扼流圈槽的例子。 

通过如上所述的波导管扼流圈结构，在信号频率频带下波导管的长边端面在驻波状态下被短路，从而抑制自两个波导管载体间的间隙的泄漏波，可以得到良好的反射、通过特性。 

然而，上述的扼流圈效果只有在相对的两个波导管位置没有偏离的理想状态下才能得到。一般而言，在包含不连续部的传输线路中，如图5所示，以基模传输的信号在不连续部转换为多个高阶模，再进一步转换为基模进行传输。此时，如果该不连续部中没有功耗，则在不连续部(间隙)被转换为高阶模的信号几乎全部被再转换为基模，再次在传输路径中传输，但在不连续部有功耗时，再转换而得的基模的信号损耗在高阶模下的功耗，表现为传输特性变差。上述的相对的两个波导管互相出现位置偏离时，由于在位置偏离造成的传输线路的不连续部产生非对称的电磁场模式，并且根据扼流圈尺寸在接近信号频带的2倍的频带下产生高阶模的谐振，因此恰好在信号频带附近出现功率的损耗，反射、通过、隔离的特性急剧变差。 

即，图6及图7是表示在波导管20的周围，于与波导管20的长边端面相距λ/4左右的位置及与波导管20的短边端面极近的位置，形成有具有λ/4左右的深度的扼流圈槽21的扼流圈结构，对于基模，仅长边侧形成驻波，发生在波导管长边端面形成虚拟短路的扼流圈的动作(参照图6)，但同时对于2倍的频带，由于包含扼流圈的间隙部分的波导的尺寸比波导管大，因此在产生不连续时传输高阶模。如专利文献2所示的相对于信号频率以λ/4的长度构成的以往的扼流圈槽的情况下，由于因长边侧和短边侧这两侧的扼流圈的短路(电壁)而产生上述的驻波，因此发生高阶模的谐振(参照图7)。由于上述间隙部分的波导的尺寸如图7所示，长边侧扼流圈间为5λ/4以上，短边侧的扼流圈间为λ以上，因此在TE20以上的高阶模下产生谐振。进而，根据因高阶模的谐振导致的功耗(热扩散、向邻近的波导管的泄漏)的大小，基模的传输特性相应地变差。 

如上所述，在专利文献2这样的以往的扼流圈结构中，由于长边及短边侧的扼流圈槽端(短路点)之间的距离分别在扼流圈设计频带附近，为λ～5λ/4，因此产生相当于信号频带的2次谐波的谐振，所以必然在非常接近信号频带的位置引起TE202模式的谐振，产生反射、功耗。 

图8及图9表示上述以往的扼流圈结构的代表性的反射特性及通过特性。×符号表示两个波导管没有位置偏离时的特性，○符号表示两个波导管位置偏离时的特性。如图8及图9所示，在位置偏离时，由于高阶模谐振，在频率f0附近的信号频带附近，通过、反射特性急剧变差。 

另外，为了通过专利文献2的扼流圈结构来得到充分的电特性，对接触面的面粗糙度、平坦度的要求严格，需要精度非常高的机械加工，会花费高额的加工费。特别是，为了降低传输线路的通过损耗，在毫米波带(30GHz～300GHz)使用波导管，但为实现电路的小型化，上述扼流圈结构是达到机械加工的极限值的数mm左右的尺寸，要求更精细的加工精度。 

由以上的说明可知，与专利文献2这样的以往的扼流圈结构相比，基于本实施方式的扼流圈结构，不管波导管的位置偏离或波导管部分是接触还是非接触状态，都可以得到良好的连接特性。 

如上所述，在本实施方式中，其构成除扼流圈效果外，通过由连接盘部7的端部形成的磁畴壁抑制在多层电介质基板和金属基板之间传递的平行板模式，且在非常接近信号频带的频带下将波导管的E面端短路，因此可以得到波导管的连接面的信号泄漏较少的低损耗的波导管连接特性，可以防止以往在波导管位置偏离时产生的因高阶模谐振导致的连接特性变差，而且不管波导管部分是接触还是非接触状态，都可以得到良好的连接特性。另外，与在毫米波带等高频带需要较大尺寸的扼流圈结构相比，可以减小体积、减轻重量，不需要以往的在金属波导管侧形成扼流圈槽等高精度的机械加工。 

工业上的实用性 

如上所示，本发明所涉及的波导管的连接结构可以用于将为传输电磁波而形成有波导管的电介质基板与形成有波导管的金属基板连接的结构。 

Claims (4)

1.一种波导管的连接结构，将沿多层电介质基板的层叠方向形成的中空的第一波导管与形成于金属基板的第二波导管连接，该波导管的连接结构的特征在于，

包括扼流圈结构，所述扼流圈结构具有：

形成于与所述金属基板相对的所述多层电介质基板的电介质表面且位于所述第一波导管的周围，在与第一波导管的E面端相距λ/4左右的位置具有图案的端部的矩形导体图案；

形成于所述矩形导体图案的端部和所述第一波导管的E面端之间的导体图案上的规定位置，具有比所述第一波导管的长边更长且不足λ左右的长度的导体开口部；以及

连接于所述导体开口部，形成于多层电介质基板的层叠方向的具有λg/4左右的长度的前端短路的电介质波导管、即电介质传输路径，

其中，所述第一波导管的E面端是长边侧端部，λ指信号波的自由空间波长，λg指信号波的基板内有效波长。

2.如权利要求1所述的波导管的连接结构，其特征在于，所述导体开口部形成于与第一波导管的E面端相距大约λ/8以上且不足λ/4的位置，具有比第一波导管的长边更长且不足λ左右的长度，具有不足λg/4左右的宽度。

3.如权利要求1所述的波导管的连接结构，其特征在于，所述矩形导体图案在与第一波导管的H面端相距不足λ/4左右的位置具有波导管H面侧的图案的端部，其中，所述第一波导管的H面端是短边侧端部。

4.如权利要求1所述的波导管的连接结构，其特征在于，所述电介质传输路径具有：内层接地导体、多个接地通孔、这些内层接地导体及多个接地通孔的内部的电介质而构成。

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