电介质波导管 本发明涉及电介质波导管，尤其涉及毫米波频段和微波频段的传输线和集成电路使用的电介质波导管。
有一种电介质波导管，它沿设置在两个平行导电平面之间的电介质带传送电磁波。尤其当两个导电平面之间的距离为波长的一半或更小，提供一个非传播区时，制备一种无辐射的电介质波导管(“NRD波导”)，它不从电介质带辐射电磁波。已经把这样的传输线发展为低损耗的传输线或者集成的电介质波导管装置。
图15A和15B示出传统NRD波导管的两种结构的截面图。在图15(A)中，导电板12是由金属板制成的，它们形成两个平行的导电平面，其间设置一电介质带11。在图15(B)中，电介质板11’是由合成树脂或介电陶瓷制成的，带有电介质带11，在电介质板11’的外层表面上有电极薄膜5。这样设置两个电介质板，使其在形成电介质带的位置上相互对置。如上所述，形成的NRD波导管，其电介质带作为传播区，其两侧作为非传播区。
具有图15(A)所示结构的电介质波导管，需要分别制备导电板12和电介质带11，难以对电介质带11与导电板12进行定位和固定。具有图15(B)所示结构的电介质波导管，采用电介质带11作传播区，其两侧作非传播区，而作为非传播区的电介质板11’部分(凸缘)必须很薄。这就带来了制造上困难和强度问题。
于是，本发明的目的是提供一种不存在电介质带定位和固定问题以及制造难和强度问题的电介质波导管。
根据本发明的一个方面，通过提供一种在两个基本平行的导电平面之间设置一电介质带的电介质波导管能够实现上述目地，这里，把介电陶瓷片层叠起来并烘烤，形成一个高有效介电常数的第一区域和一个有效介电常数比第一区域介电常数低的第二区域，在其外层上形成电极薄膜，产生用作电介质带的第一区域和用作导电平面的电极薄膜。
采用这种结构，把导电平面和电介质带层叠起来并烘烤。与图15(A)所示结构的的电介质波导管不同，它不需要分别制造导电板和电介质带，因此，消除了对其进行定位和固定的问题。此外，当不把整个空气层被用作有效介电常数较低的第二区域，而是把电介质片中有效介电常数较低的层叠部分用作第二区域时，由于有效介电常数较低的的介电陶瓷层存在于非传播区中，与图15(B)所示结构的电介质波导管不同，也消除了薄的非传播区所引起的制造和强度问题。
根据本发明的另一个方面，通过提供一种用平行于两个导电平面的表面分开的电介质波导管能够实现上述目的，这里，把两个各由介电陶瓷片构成的电介质板层叠起来并烘烤，形成一个高有效介电常数的第一区域和一个有效介电常数比第一区域介电常数低的第二区域，这样设置每个电介质板，一个主表面上有一电极薄膜，使在其上形成电极的表面向外，第一区域与之对置，产生用作电介质带的第一区域和用作导电平面的电极薄膜。
采用这种结构，在两个其一个主表面上有一个电极薄膜的电介质板之间，通过提供一带有平面电路的基板，易于形成一种平面电路耦合型的电介质波导管。
在这种电介质波导管中，可以把事先形成有一开孔的介电陶瓷片层叠起来，形成低有效介电常数的开孔叠层限定的第二区域。在这种情况下，易于形成具有高有效介电常数的第一区域和低有效介电常数的第二区域的介电陶瓷叠层结构。可遍布第二区域形成开孔。当给第二区域提供许多小孔时，还消除了薄的非传播区所引起的制造和强度的问题。
在这种电介质波导管中，可以给第二区域填充有效介电常数比第一区域低的电介质。在这种情况下，即使遍布第二区域形成开孔，也能消除薄的非传播区所引起的制造和强度的问题。
可以这样形成电介质波导管，把事先形成一开孔的介电陶瓷片层叠起来，给层叠开孔的部分填充有效介电常数高于第二区域的电介质，形成第一区域。在这种情况下，易于形成具有高有效介电常数的第一区域和低有效介电常数的第二区域的介电陶瓷叠层结构。由于非传播区不薄，避免了制造和强度的问题。此外在这种情况下，可以遍布第一区域形成开孔。可以这样构成电介质波导管，提供带有许多小孔的第一区域，每个孔填充高介电常数的电介质。
图1是实施例1的电介质波导管的分解透视图。
图2是电介质波导管的透视图。
图3是制造实施例2的电介质波导管的分解透视图。
图4是制造电介质波导管的透视图。
图5是电介质波导管的截面图。
图6是电介质波导管在另一种情况下的截面图。
图7是制造实施例3的电介质波导管的分解透视图。
图8是电介质波导管的截面图。
图9是实施例4电介质波导管的截面图。
图10是实施例5电介质波导管的分解透视图。
图11是电介质波导管的截面图。
图12是实施例6电介质波导管的截面图。
图13是实施例7电介质波导管的分解透视图。
图14是上述电介质波导管的截面图。
图15是表明传统电介质波导管结构的截面图。
图1和图2示出本发明实施例1的电介质波导管的结构。
图1是分别示出构成电介质波导管的各介电陶瓷片的分解透视图。用作最外层的介电陶瓷片2具有均匀的介电常数，而介电陶瓷片1包括高介电常数的部分3和低介电常数的部分4。低介电常数的部分4是通过在介电陶瓷片中冲出许多小孔制备的。换句话说，高介电常数部分3的有效介电常数与原介电陶瓷片的介电常数相同。低介电常数部分4的有效介电常数低于高介电常数部分3的有效介电常数。
当然，把两种不同的电介质材料连接起来可以形成介电常数差。
图2示出在未经处理的片状态(未烘烤状态)下把图1所示的各个介电陶瓷片1和2层叠起来并烘烤形成一个单元，在其上、下表面形成电极薄膜5的情况。电极薄膜5是通过印刷Ag电极或镀Cu而形成的。电极薄膜5之间的距离可以设定为由低介电常数部分4的有效介电常数确定的波导管的波长的一半或者更小些，也可以设定为大于由高介电常数部分3的有效介电常数确定的波导管的波长的一半。采用这种工作方式，电极薄膜5形成两个平行的导电平面，它们之间的高介电常数部分3起电介质带的作用，作为传输偏振方向平行于电极薄膜5的电磁波的传播区而工作；其两侧的低介电常数部分4作为阻挡偏振方向平行于电极薄膜5的电磁波的非传播区而工作。
如图1所示，由于最外层的介电陶瓷片是均匀的(没有小孔)，在其外层表面上易于形成电极薄膜。
以下参考图3至图6，描述实施例2的电介质波导管的结构。
图3是表明在未经处理的片状态下每个介电陶瓷片结构的分解透视图。在图中，介电陶瓷片1的开孔是这样形成的，把以后用作电介质带的电介质带部分1a和1b连接到框架1w。最外层的介电陶瓷片2不形成开孔。
图4是表明在未经处理的片状态下把图3所示介电陶瓷片1和2层叠起来并烘烤，然后在其上、下表面形成电极薄膜5情况的透视图。如上所述，在把介电陶瓷片层叠并集成后，取出双点划线所围的部分(去除双点划线所围部分以外的无用部分)，得到导电平行平面之间的具有两个电介质带1a和1b的电介质波导管。
图5是沿穿过电介质带1a和1b的线截取的电介质波导管的截面图。图6是表明在用低介电常数的电介质6填充其空气层(介电陶瓷片的开孔)情况下的截面图。在图5或图6所示的任一结构中，通过规定电极薄膜5之间的距离以及传播区和非传播区的有效介电常数，能够获得电介质带1a和1b用作传播区、其它部分用作非传播区的电介质波导管。实施例2的电介质波导管是作为具有两个靠近的平行电介质波导管的定向耦合器而工作的。
以下参考图7和图8描述实施例3的电介质波导管的结构。
图7是表明在未处理的片状态下各个介电陶瓷片结构的分解透视图。在图中，介电陶瓷片1设有开孔Ha和Hb。把介电陶瓷片1和2层叠起来并烘烤，在其两个主表面上形成电极薄膜，然后以与图4所示相同的方法截取所需部分，得到层叠的构件，其中空气层用作电介质带。
图8是表明用高介电常数的电介质7填充空气层的情况的截面图。在图中，高介电常数的电介质7比介电陶瓷片1的相对介电常数高。采用这种结构，通过规定电极薄膜5之间的距离以及高介电常数的电介质7和介电陶瓷片1和2的相对介电常数，能够获得高介电常数电介质7用作传播区、而其它部分用作非传播区的电介质波导管。
图9是实施例4的电介质波导管的截面图。与图1和图2所示的实施例1不同，在这个实施例中，把具有高介电常数部分3和低介电常数部分4的介电陶瓷片1与具有均匀介电常数的介电陶瓷片2交替地层叠。以这种方式把介电陶瓷片层叠起来并烘烤，在其上、下表面形成电极薄膜5。因此，能够增大被集成的高介电常数部分3的有效介电常数，用这部分作为传播区，而其它部分作为非传播区。
以下参考图10和图11描述实施例5的电介质波导管的结构。
图10是分别示出构成电介质波导管的各介电陶瓷片的分解透视图。图中示出介电陶瓷片1和2。用作最外层的介电陶瓷片2在整个表面上具有均匀的介电常数，而介电陶瓷片1包括高介电常数的部分3和低介电常数的部分4。高介电常数的部分3是通过在介电陶瓷片上冲出许多小孔并用高介电常数的电介质填充这种小孔以增大其有效介电常数而制备的。因此，低介电常数部分4的有效介电常数与原介电陶瓷片的常数相同。
图11示出在未处理的片状态下把图10所示的介电陶瓷片1和2层叠起来并烘烤，在其上、下表面形成电极薄膜5的情况。电极薄膜5之间的距离可以设定为由低介电常数部分4的有效介电常数确定的波导管的波长的一半或者更小些，也可以设定为大于由高介电常数部分3的有效介电常数确定的波导管的波长的一半。采用这种工作方式，电极薄膜5形成两个平行的导电平面，它们之间的高介电常数部分3起电介质带的作用，作为传播区而工作；其两侧的低介电常数部分4作为非传播区而工作。
图12是表明实施例6的电介质波导管结构的截面图。这个电介质波导管是由一对具有图6所示结构的电介质波导管所形成的，其中，仅在一个表面上形成电极薄膜，让没有形成电极薄膜的表面对置，其间设置一基板8。该基板设置在上下两个电介质带之间，形成一个电介质带部分1a用作传播区、而其它部分用作非传播区的电介质波导管。在基板的表面上可以有悬浮线、槽线或共面线。例如，通过在基板8上提供导电图案(“带”)可以形成悬浮线。因此，电介质波导管可与基板上形成的电路元件耦合。
以下参考图13和图14描述实施例7的电介质波导管的结构。
图13是电介质波导管的主截面的部分分解透视图。图中示出介电陶瓷片1a、1b、1c和2。其中，介电陶瓷片1a、1b、1c是通过提供带有开孔的公共介电陶瓷片而形成的，每一层如图3所示。把各层层叠起来并烘烤，形成一对叠层构件，在外层表面上形成电极薄膜5。图14(A)是图13所示电介质波导管的截面图，图14(B)是把一个基板8夹在两个叠层构件之间的电介质波导管的截面图。在任一结构中，由1a、1b和1c表示的部分以电介质带工作和用作传播区，而其它部分用作非传播区。在图14(B)所示的结构中，由于给基板提供了导电图案和诸如VCO和混频器一类的电路器件，形成一种平面耦合型电介质波导管装置，在该装置中，这种部件与电介质波导管相耦合。
在每个实施例中，最外层是由介电陶瓷片形成的，给这些层提供电极薄膜，形成平行的导电平面。最外层也可以由金属板形成，提供导电平面。在每个实施例中，采用均匀的介电陶瓷片作为最外层的介电陶瓷片。可以采用具有高有效介电常数部分和低有效介电常数部分的陶瓷片，而不是这种均匀介电陶瓷片作为所有的层，包括最外层。
不用说，本发明除了用于无辐射的电介质波导管外，也能够用于两个平行导电平面之间距离超过半个波长的H波导管。