[发明专利]平行传导表面之间的间隙中的波导和传输线

说明书

技术领域

本发明涉及实现电磁传输线、波导和电路的新方法，当频率很高以使现有技术例如同轴线、圆柱形波导和微带线以及其他基片限制的(substrate-bound)传输线由于欧姆损耗和制造问题而不能良好工作时，这种新方法是有优势的。本发明主要涉及高于30GHz的频率、即毫米波区域，以及甚至高于300GHz的频率、即亚毫米波，但是本发明在比30GHz低的频率也是有优势的。

背景技术

如今，电子电路用于几乎所有产品中，特别地用于涉及信息传递的产品中。可以按照以下方式实现这种信息传递：在低频处沿着电线和电缆(例如，接线电话)传递，或者在更高频率处通过无线电波以无线的方式穿过空气传递，该无线电波用于接收例如广播语音和TV并且用于双工通信(例如移动电话)。在高频的情况下，高频和低频传输线和电路都用于实现所需要的硬件。高频部件用于发射和接收无线电波，而低频电路用于在无线电波上调制声音或视频信息，并且用于相应的解调。因此，低频和高频电路都是需要的。本发明涉及实现例如发射器电路、接收器电路、滤波器、匹配网络、功率分配器和组合器、耦合器、天线等高频部件的新技术。

最初的无线电发射发生在低于100MHz的相当低的频率处，而如今商业上使用的无线电频谱(也被称为电磁频谱)高达40GHz，并且一些更高频的系统正在计划当中，甚至在某种程度上已被使用。对开发更高频率感兴趣的原因是庞大的可用带宽。当无线通信扩展到越来越多用户并且提供越来越多服务时，必须分配新的频带来为所有业务提供空间。主要的需求是数据通信，即在尽可能短的时间内传输大量数据。

已经存在光纤形式的光波传输线，光纤可埋在地下，并且在需要大带宽时替代无线电波。然而，这种光纤还需要连接在其任一端的电子电路。可能甚至需要高于40GHz带宽的电子电路以使得能够使用光学传输线的巨大的可用带宽。本发明可用于实现高于典型的40GHz的电子电路，如今在这方面对于低损耗和大规模生产没有好的替换解决方案。

在印刷电路板(PCB)和基于集中电路元件(例如，电阻器、电感器、电容器以及晶体管放大器)设计的集成电路中，容易实现低于典型的300MHz的电子电路(即，波长大于1米)。这种技术还可工作在更高频率，但是当PCB和集成电路封装的尺寸相当于一个波长时，性能将逐渐降低。当发生这种情况时，最好通过各种方式将多个传输线或波导连接在一起来实现电路。这通常被称为微波技术，并且通常用在300MHz至30GHz之间，即微波区域。大多数普通传输线是同轴电缆和同轴线、微带线以及圆柱形波导。因为增加的损耗和制造问题(更小的尺寸和更严格的公差要求)，所以对于比30GHz更高的频率使用这些技术时存在问题。公差要求可能是波长的千分之几(1/1000)，当回想在30GHz处波长是10mm时，公差要求变得非常小。另外，同轴线和波导需要比典型的0.5波长更细，以便以需要的单模工作。这种中空的线和导体是很难制造的，这使得在很高频率处必须改用微带线以及其他基片限制的传输线。然而，基片限制的传输线具有随着增加的频率而增加的更大损耗，因此性能下降。在这种高频处，晶体管的输出功率更低，而当它们安装到高损耗传输线时，功率生成(power generation)甚至成为更大的问题。本发明涉及通过使用新的传输线制造的电子电路，其在高频处关于损耗和可制造性是有优势的。

已经存在一些特别适合在高频处使用的波导，因为相比于传统的空气填充的圆柱形波导，它们具有更低的损耗并且制造更加便宜，并且因为它们具有比微带线更低的损耗。这种波导被称为基片集成波导(SIW)，如在J.Hirokawa和M.Ando的“Single-layer feed waveguide consisting of posts for plane TEM wave excitation in parallel plates(在平行平板中用于平面TEM波激励的由柱组成的单层馈波导)”，IEEE Trans.Antennas Propag.第46卷、第5期、第625-630页、1998年5月中所描述的。这里，通过使用金属化通孔作为壁，将波导制作在PCB的基片中。由于基片的原因，这些波导仍然具有损耗，而且金属化通孔具有制造昂贵的因素。本发明不必使用通孔和基片来提供高频波导，除了因其他原因需要时使用。