專利名稱：收發(fā)兩用機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于移動裝置(例如，車輛和船只)的收發(fā)兩用機(jī)，尤其涉及在測量移動裝置之間的距離和它們之間的相對速度時(shí)用的收發(fā)兩用機(jī)。
已經(jīng)開發(fā)了一種稱為車輛毫米波雷達(dá)的裝置，它著眼于當(dāng)一輛車在路上行駛時(shí)，測量與它前面或后面行駛的另一輛車輛之間的距離。一般，以組件的形式生產(chǎn)這種收發(fā)兩用機(jī)，該組件包括毫米波振蕩器、環(huán)行器、耦合器、混頻器和天線，并且將它裝在車輛的前部或后部。
例如，如

圖16所示，一輛貨車根據(jù)調(diào)頻-連續(xù)波(FM-CW)方法通過發(fā)射和接收毫米波來測量它與在它前方行駛的一輛客車之間的距離以及它們之間的相對速度。圖17是說明整個(gè)毫米波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)的方框圖。在圖16所說明的例子中，此圖的收發(fā)兩用機(jī)和天線安裝在車輛或貨車的前部。相反，信號處理單元通常設(shè)置在車輛的任意部分?？刹僮髟O(shè)置在信號處理單元中的信號處理部分通過使用收發(fā)兩用機(jī)作為數(shù)字信息提取從它到在它前方行駛的車輛的距離和它們之間的相對速度。此外，可操作控制-報(bào)警部分，以根據(jù)車輛或貨車的行駛速度和它們之間的相對速度之間的關(guān)系，例如，當(dāng)滿足預(yù)定的條件，或它相對于在它前方行駛的車輛的相對速度超過一閾值時(shí)發(fā)出警告。
圖18是說明現(xiàn)有技術(shù)收發(fā)兩用機(jī)結(jié)構(gòu)的示意平面圖。在此圖中，標(biāo)號2表示環(huán)行器，在環(huán)行器的兩邊分別放置振蕩器1和端接器件3。標(biāo)號11表示介質(zhì)諧振器，它用作發(fā)射電磁波的一次輻射器。此外，在環(huán)行器2和這個(gè)介質(zhì)諧振器11之間放置介質(zhì)條4。標(biāo)號12表示介質(zhì)諧振器，它用作接收電磁波的一次輻射器，而15表示混頻器。此外，在它們之間放置介質(zhì)條14。此外，如此圖所示，放置直線狀的介質(zhì)條6、分別構(gòu)成彎曲部分的介質(zhì)條5和7以及端接器件8和9。此外，提供靠近介質(zhì)條4和5的鄰近部分作為耦合器10。此外，提供靠近介質(zhì)條14和7的另一個(gè)鄰近部分作為耦合器13。此外，分別將介質(zhì)透鏡16和17安裝在介質(zhì)諧振器11和12的上部。
圖19示出圖18所示的收發(fā)兩用機(jī)的等效電路圖。振蕩器1設(shè)有變?nèi)荻O管和耿氏(Gunn)二極管。此外，把從振蕩器輸出的振蕩信號經(jīng)環(huán)行器2傳送或傳播至介質(zhì)諧振器11然后經(jīng)介質(zhì)透鏡16輻射。環(huán)行器2和端接器件3組成隔離器。經(jīng)介質(zhì)透鏡17和介質(zhì)諧振器12接收的RF信號沿介質(zhì)條14傳播。此時(shí)，LO(本振)信號通過耦合器10和13混入介質(zhì)條14并且輸入至混頻器15。此混頻器15由肖特基(Schottky)勢壘二極管構(gòu)成并產(chǎn)生中頻(IF)信號。
圖20是這樣一種情形下的收發(fā)兩用機(jī)的平面示意圖，其中，用于發(fā)射和接收電磁波的發(fā)射/接收天線是共用的。在此圖中，標(biāo)號2代表環(huán)行器。此外，將振蕩器1、混頻器15和用作主諧振器的介質(zhì)諧振器11分別通過介質(zhì)條4、14和18放置在端口處。還有，通過將介質(zhì)條19靠近介質(zhì)條4和14而構(gòu)成耦合器，介質(zhì)條19構(gòu)成一個(gè)彎曲部分，其兩端被端接。
圖21示出圖20所示的收發(fā)兩用機(jī)的等效電路圖。從振蕩器1輸出的信號經(jīng)過介質(zhì)條4、環(huán)行器2和介質(zhì)條18由天線輻射，該天線有介質(zhì)諧振器11和介質(zhì)透鏡16構(gòu)成。此外，從目標(biāo)反射回來的電磁波經(jīng)過介質(zhì)條18、環(huán)行器2和介質(zhì)條14輸入至混頻器15。此時(shí)，輸入的電磁波被由介質(zhì)條4、14和19構(gòu)成的耦合器混合為(RF信號+LO信號)，并將混合后的信號輸入至混頻器15，該混頻器由Schottkey勢壘二極管構(gòu)成并產(chǎn)生IF信號。
同時(shí)，設(shè)計(jì)了一種在采用普通的無輻射介質(zhì)(NRD)波導(dǎo)的毫米波雷達(dá)中使用的收發(fā)兩用機(jī)，從而基本上使用其結(jié)構(gòu)如圖22A和22B所示的NRD波導(dǎo)。在圖22A中，標(biāo)號101和102分別代表導(dǎo)電板。此外，將介質(zhì)條100a和100b以及襯底103放置在這兩塊導(dǎo)電板之間。此外，通過確定上述導(dǎo)電板之間的距離、介質(zhì)條的尺寸和相對介電常數(shù)(或電容率)，可以將介質(zhì)條部分建立為傳播區(qū)而設(shè)置其他區(qū)域?yàn)椴粋鞑^(qū)(即，阻擋區(qū))。例如，當(dāng)如圖23B所示的那樣確定每個(gè)部分的大小或尺寸和相對介電常數(shù)時(shí)，則如從圖23A的相位常數(shù)特性所看到的那樣，在傳播區(qū)域中信號的傳輸只在頻率不小于預(yù)定值的頻率上實(shí)現(xiàn)。
然而，LSM01模和LSE01模(它們是NRD波導(dǎo)的基本傳輸模)互相正交，從而在直線路徑的情形中，呈現(xiàn)低耗特性。然而，在曲線路徑(即，彎曲部分)的情形中，正交性喪失并且在這些模式之間引起耦合。于是，僅在由曲率半徑和彎曲角所限制的范圍內(nèi)能獲得低耗特性。在波導(dǎo)具有如圖23所示尺寸的情形中，如果彎曲角為，例如，60度，則在曲率半徑為36.3mm的情形中，可以獲得損耗最小的特性。此外，如果彎曲角為90度，則在曲率半徑為22.5mm的情形中，可以獲得損耗最小的特性。因此，當(dāng)彎曲角為，例如，60度時(shí)，如果曲率半徑的值不為36.3mm，則損耗增加。于是，在普通的收發(fā)兩用機(jī)的情形中，在設(shè)計(jì)彎曲部分以及用彎曲部分構(gòu)成耦合器方面的自由度很小。結(jié)果，即使采用使彎曲部分尺寸和耦合器的傳輸損耗減至最小這樣一種方式來設(shè)計(jì)收發(fā)兩用機(jī)，收發(fā)兩用機(jī)的尺寸也不能減小很多。
同時(shí)，根據(jù)收發(fā)兩用機(jī)的規(guī)格確定天線孔徑。即，在這樣的條件下，波束寬度為2度，其中，在天線前方距離100m處，發(fā)射波束(或波)的輻射(或場)圖形主瓣的寬度不超過3.5m。例如，必需將天線的孔徑(輻射器)設(shè)置為170mm。此外，在這樣的條件下，波束寬度為4度，其中，在天線前方距離50m處，發(fā)射波束的輻射圖形主瓣的寬度不超過3.5m。例如，必需將天線的孔徑(輻射器)設(shè)置為80mm。于是，必需按照收發(fā)兩用機(jī)的規(guī)格確定天線的孔徑。如圖18所說明的那樣，在現(xiàn)有技術(shù)收發(fā)兩用機(jī)的情形中，分別形成諸如振蕩器、環(huán)行器和混頻器等每個(gè)元件的區(qū)域的尺寸都要比天線的尺寸大，從而整個(gè)收發(fā)兩用機(jī)的尺寸不得不增大。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種收發(fā)兩用機(jī)，通過不受上述NRD波導(dǎo)的彎曲部分的曲率半徑和彎曲角限制地減小彎曲部分和耦合器部分占有的區(qū)域，可以減小收發(fā)兩用機(jī)的總尺寸。
為達(dá)到上述目標(biāo)，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種收發(fā)兩用機(jī)(下面有時(shí)稱為本發(fā)明的第一收發(fā)兩用機(jī))，它包括一發(fā)射天線、一接收天線和至少包括一毫米波振蕩器和一混頻器在內(nèi)的多個(gè)元件。上述多個(gè)元件通過NRD波導(dǎo)互相連接，每個(gè)NRD波導(dǎo)具有一根插在兩塊接近平行的導(dǎo)電板之間的介質(zhì)條。在這種收發(fā)兩用機(jī)中，每個(gè)上述發(fā)射天線和接收天線都包括一垂直一次輻射器和一介質(zhì)透鏡。此外，將上述發(fā)射天線和接收天線并排放置。還有，在每個(gè)上述NRD波導(dǎo)中，確定傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域之間的距離以及插在上述傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域之間的介質(zhì)材料的介電常數(shù)，從而使LSM01模的截止頻率低于LSE01模的截止頻率。此外，將上述多個(gè)元件和NRD波導(dǎo)放置在上述介質(zhì)透鏡的后面，或者放置在安裝上述介質(zhì)透鏡的區(qū)域的后面。這樣，由于如此設(shè)置LSM01模的截止頻率使之低于LSE01的截止頻率，因此，只傳播一種模式(即，LSM01模)的波。所以，即使當(dāng)彎曲部分的曲率半徑很小而它的彎曲角很大，仍然總能得到低耗特性。這樣，就能做到把諸如振蕩器和混頻器等多個(gè)元件放置在上述介質(zhì)透鏡的后面或者放置在安裝上述介質(zhì)透鏡的區(qū)域的后面。結(jié)果，把整個(gè)收發(fā)兩用機(jī)的尺寸減小至必需的最小的天線尺寸。
此外，按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種收發(fā)兩用機(jī)(下面有時(shí)稱為本發(fā)明的第二收發(fā)兩用機(jī))，它包括一發(fā)射/接收天線和至少包括一毫米波振蕩器和一混頻器在內(nèi)的多個(gè)元件。此外，上述多個(gè)元件通過NRD波導(dǎo)互相連接，每個(gè)NRD波導(dǎo)具有一根插在兩塊接近平行的導(dǎo)電板之間的介質(zhì)條。在這種收發(fā)兩用機(jī)中，上述發(fā)射/接收天線包括一垂直一次輻射器和一介質(zhì)透鏡。還有，在每個(gè)上述NRD波導(dǎo)中，確定傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域之間的距離以及插在上述傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域之間的介質(zhì)材料的介電常數(shù)，從而使LSM01模的截止頻率低于LSE01模的截止頻率。此外，將上述多個(gè)元件和NRD波導(dǎo)放置在所述介質(zhì)透鏡的后面，或者放置在安裝上述介質(zhì)透鏡的區(qū)域的后面。
如上所述，在本發(fā)明的第一和第二收發(fā)兩用機(jī)的情形中，如此設(shè)置LSM01的截止頻率使之低于LSE01的截止頻率。于是，只傳播一種模式(即，LSM01模)的波。所以，即使當(dāng)彎曲部分的曲率半徑很小而它的彎曲角很大，仍然總能得到低耗特性。這樣，就能做到把諸如振蕩器和混頻器等多個(gè)元件放置在上述介質(zhì)透鏡的后面或者放置在安裝上述介質(zhì)透鏡的區(qū)域的后面。結(jié)果，把整個(gè)收發(fā)兩用機(jī)的尺寸減小至必需的最小的天線尺寸。
此外，在本發(fā)明的第二收發(fā)兩用機(jī)的一個(gè)實(shí)施例(下面有時(shí)稱為本發(fā)明的第三收發(fā)兩用機(jī))的情形中，上述垂直一次輻射器由HE111模式的介質(zhì)諧振器構(gòu)成。此外，用這樣的方式來設(shè)置用于將發(fā)射信號提供給上述介質(zhì)諧振器的上述NRD波導(dǎo)的一個(gè)邊緣部分和用于從上述介質(zhì)諧振器接收一接收信號的上述NRD波導(dǎo)的一個(gè)邊緣部分，使它們沿與所述介質(zhì)諧振器成90度的方向互相面對面。此外，在上述兩個(gè)NRD波導(dǎo)之間構(gòu)成一個(gè)3dB定向耦合器。此外，在上述毫米波振蕩器和上述隔離器之間，在上述隔離器和上述3dB定向耦合器之間以及在上述3dB定向耦合器和上述混頻器之間，分別用NRD波導(dǎo)連接。還有，用NRD波導(dǎo)構(gòu)成一個(gè)耦合器，將該耦合器連至用于傳輸發(fā)射信號的NRD波導(dǎo)和用于傳輸接收信號的NRD波導(dǎo)，并且提供發(fā)射信號和接收信號的混合信號。采用這種結(jié)構(gòu)，將發(fā)射信號輸入至3dB定向耦合器，然后以這樣的方式來等分并輸出至介質(zhì)諧振器，使之具有90度的相位差。所以，HE111模介質(zhì)諧振器沿其軸向輻射圓極化波。另一方面，類似與發(fā)射波的情形，以旋轉(zhuǎn)極化方式入射至其上的接收波以這樣的方式通過介質(zhì)諧振器傳播，使得相對于面向此介質(zhì)諧振器的兩個(gè)NRD波導(dǎo)具有90度的相位差。此外，將入射的接收波通過3dB定向耦合器輸出至混頻器，而不輸出至發(fā)射波用的輸入端口。這樣，分流波的環(huán)行器就不需要了。這進(jìn)一步方便了在安裝區(qū)域內(nèi)放置介質(zhì)透鏡或元件。
此外，在本發(fā)明的第一至第三實(shí)施例之一的情形中，上述介質(zhì)透鏡是分別將具有不同的介電常數(shù)的介質(zhì)材料層進(jìn)行多層疊層而構(gòu)成的。由此，減小了從一次輻射器的位置至介質(zhì)透鏡的凸出端部的距離。這樣，可以減小整個(gè)收發(fā)兩用機(jī)的厚度。此外，通過使經(jīng)介質(zhì)透鏡的開孔傳播的電磁波的強(qiáng)度均勻，能夠提高天線的增益。結(jié)果，收發(fā)兩用機(jī)的尺寸能夠相應(yīng)地減小一個(gè)量。
通過下述結(jié)合附圖對較佳實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特點(diǎn)、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在附圖中，相同的字符代表在這些圖中的相同或?qū)?yīng)的部分，其中圖1A和1B是表示NRD波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的局部透視圖，該波導(dǎo)用于本發(fā)明第一實(shí)施例的收發(fā)兩用機(jī)；圖2A和2B分別是表示上述NRD波導(dǎo)的相位常數(shù)～頻率特性的曲線圖和結(jié)構(gòu)圖；圖3A和3B分別是表示上述NDA波導(dǎo)的彎曲部分的損耗和彎曲角之間關(guān)系的曲線圖和結(jié)構(gòu)圖；圖4是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的收發(fā)兩用機(jī)電路部分的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖5是示出上述收發(fā)兩用機(jī)的平面圖和剖面圖；圖6A和6B分別是上述收發(fā)兩用機(jī)一次輻射器的平面圖和剖面圖；圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例的收發(fā)兩用機(jī)等效電路的電路圖；圖8A、8B和8C是示出一次輻射器結(jié)構(gòu)另一個(gè)例子的剖面圖；圖9A和9B是示出安裝在機(jī)殼上的電路單元的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子的剖面圖；圖10A和10B分別是本發(fā)明第二實(shí)施例的收發(fā)兩用機(jī)電路單元的平面圖和剖面圖；圖11是示于圖10A和10B的收發(fā)兩用機(jī)等效電路的電路圖；圖12是示出本發(fā)明第二實(shí)施例的收發(fā)兩用機(jī)電路單元的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子的平面圖；圖13是本發(fā)明第三實(shí)施例的收發(fā)兩用機(jī)電路單元的平面圖；圖14是示出本發(fā)明第三實(shí)施例的收發(fā)兩用機(jī)電路單元的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子的平面圖；圖15是示出介質(zhì)透鏡結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子的平面圖；圖16是說明使用車輛毫米波雷達(dá)的方式和說明發(fā)射波束的寬度和檢測距離之間關(guān)系用的圖；圖17是說明一種車輛毫米波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖18是說明現(xiàn)有技術(shù)收發(fā)兩用機(jī)結(jié)構(gòu)的示意平面圖；圖19是表示圖18所示的收發(fā)兩用機(jī)的等效電路的圖；圖20是表示現(xiàn)有技術(shù)收發(fā)兩用機(jī)另一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)的示意平面圖；圖21是表示圖20所示的收發(fā)兩用機(jī)等效電路的圖；圖22A和22B說明在現(xiàn)有技術(shù)收發(fā)兩用機(jī)中使用的NRD波導(dǎo)的一個(gè)例子的部分透視圖；圖23A和23B是用于說明圖22A和22B所示的NRD波導(dǎo)的涉及相位常數(shù)與頻率的關(guān)系的特性的一個(gè)例子的圖。
下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
首先，參見圖1A至9B，下面將描述本發(fā)明第一實(shí)施例的收發(fā)兩用機(jī)。
圖1A和1B是表示在此收發(fā)兩用機(jī)中使用的NRD波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波部分透視圖。在圖1A中，標(biāo)號101和102代表導(dǎo)電板。此外，分別在這兩塊導(dǎo)電板內(nèi)形成槽。還有，將介質(zhì)條100a和100b以及襯底(或板)103放置在這兩塊導(dǎo)電板之間。在圖1B的NRD波導(dǎo)的情形中，將介質(zhì)條100放置在導(dǎo)電板101和102之間，而不用襯底103。通過確定導(dǎo)電板之間的距離以及介質(zhì)條的尺寸和相對介電常數(shù)，將此介質(zhì)條部分和其余區(qū)域分別設(shè)置為傳播區(qū)域和非傳播(或阻擋)區(qū)域。
圖2A是表示NRD波導(dǎo)的相位常數(shù)β～頻率特性的特性曲線圖，如圖2B所示確定該NRD波導(dǎo)的尺寸和介電常數(shù)。于是，通過設(shè)置與LSM01模對應(yīng)的截止頻率低于LSE01模的截止頻率(即，在此圖的情形中使用60GHz頻帶)，就只傳播單個(gè)模式(即，LSM01模)的波。
圖3A是示出NRD波導(dǎo)的彎曲角θ與傳輸損耗之間關(guān)系的曲線圖，用于與普通的NRD波導(dǎo)作比較，該NRD波導(dǎo)的彎曲部分具有預(yù)定的曲率半徑R＝9.6mm和預(yù)定的頻率60GHz。在圖3A中，虛線代表由圖23B所示的計(jì)算模型獲得的特性。相反，直線代表用圖2B所示的計(jì)算模型獲得的特性。從這個(gè)例子可以看出，在使用普通結(jié)構(gòu)的NRD波導(dǎo)的情形中，隨彎曲角θ的不同，傳輸損耗在0至大約4dB的范圍內(nèi)改變。然而，在本發(fā)明的收發(fā)兩用機(jī)中使用的NRD波導(dǎo)的彎曲部分的情形中，不管彎曲角θ如何，損耗總是0dB。附帶說一下，通過假設(shè)收發(fā)兩用機(jī)為一無耗系統(tǒng)而作出損耗計(jì)算，在無耗系統(tǒng)中，忽略由介質(zhì)部分和導(dǎo)電部分引起的損耗。
圖4是表示收發(fā)兩用機(jī)的電路單元的結(jié)構(gòu)的平面圖。附帶說一下，在此圖中示出了移去上導(dǎo)電板的電路單元。在此圖中，標(biāo)號103代表襯底(或板)。此外，分別將具有相同圖形的介質(zhì)條跨過此平面放置，即，分別放置在此襯底的頂面和底面。在此圖中，標(biāo)號1表示設(shè)置在襯底103上的振蕩器。此外，沿垂直于介質(zhì)條21的方向，提供一導(dǎo)電線路路徑和一RF扼流導(dǎo)電圖形。另外，將一個(gè)Gunn二極管連至上述導(dǎo)電直線路徑。此外，將一個(gè)變?nèi)荻O管連在導(dǎo)電直線路徑和上述RF扼流導(dǎo)電圖形之間。還有，將Gunn二極管的偏置電壓施加至偏置端24。通過輸入一個(gè)調(diào)制信號至壓控振蕩器輸入(VCO-IN)端25來改變變?nèi)荻O管的電容。由此，對Gunn二極管的振蕩頻率進(jìn)行調(diào)制。此振蕩器1的結(jié)構(gòu)類似于用作振蕩器的無輻射介質(zhì)直線路徑器件的結(jié)構(gòu)，或者類似于在日本專利申請No.7-169949中描述的一個(gè)實(shí)施例的FM-CW前端部分中包含的振蕩器的結(jié)構(gòu)。在圖4中，標(biāo)號2表示一個(gè)環(huán)行器，在其中心部分，放置兩個(gè)圓盤狀鐵氧體元件。還有，在鐵氧體元件上這樣放置永久磁鐵，用以將這一部分夾住。此外，在介質(zhì)條22的一個(gè)端部(它是環(huán)行器2的一個(gè)端口)提供一個(gè)端接器件3，該端接器件是通過將電阻器材料混入介質(zhì)材料制得的。于是，由這個(gè)環(huán)行器和端接器件構(gòu)成了一個(gè)隔離器。經(jīng)介質(zhì)條21傳播的發(fā)射信號還經(jīng)環(huán)行器2傳播至介質(zhì)條4。在此圖中，示出了一個(gè)例子，其中，直線路徑和曲線路徑(或彎曲部分)分別由分開的部分構(gòu)成。附帶說一下，為描述方便起見，連續(xù)放置的介質(zhì)條用一個(gè)標(biāo)號來表示。標(biāo)號11表示發(fā)射天線的一次輻射器部分的一個(gè)介質(zhì)諧振器。此介質(zhì)諧振器輻射一信號，該信號是從介質(zhì)條4沿軸向傳播來的。標(biāo)號12表示接收天線的一次輻射器部分的一個(gè)介質(zhì)諧振器。接收信號沿介質(zhì)條14傳播。在此圖中，標(biāo)號23表示用于分別在介質(zhì)條23和4以及在介質(zhì)條23和14之間構(gòu)造耦合器10和13，以及用于在這些介質(zhì)耦合器10和13之間連接的一介質(zhì)條。與上述的端接器件的情形相似，將一個(gè)端接器件8連接在此介質(zhì)條23的一個(gè)端部，該端接器件是通過將電阻器材料混入介質(zhì)材料制得的。此外，在此介質(zhì)條23的另一端和介質(zhì)條14的端部設(shè)置一個(gè)混頻器15。此混頻器15由一個(gè)Schottkey勢壘二極管和一個(gè)RF扼流導(dǎo)電圖形構(gòu)成，Schottkey勢壘二極管連至經(jīng)兩根介質(zhì)條23和14傳播的電磁波，而RF扼流導(dǎo)電圖形設(shè)置在襯底上，用于連接此Schottkey勢壘二極管的兩端。混頻器的端26和27接地，而IF信號從這個(gè)混頻器15的端28輸出。雖然這個(gè)混頻器15是一個(gè)平衡混頻器電路，但仍端接介質(zhì)條23的末端。此外，在日本專利申請No.7-169949揭示的一個(gè)實(shí)施例中描述了混頻器15。與在FM-CW前端部分的混頻器的情形相似，可以將不平衡混頻器用作混頻器15。耦合器13構(gòu)成一個(gè)3dB定向耦合器，它把來自介質(zhì)條23的LO信號平分至混頻器15的介質(zhì)條，從而在被平分的LO信號之間的相位差是90度。此外，耦合器13把來自介質(zhì)條14的接收信號平分至混頻器15的介質(zhì)條，從而在被平分的LO信號之間的相位差為90度。
圖5示出圖4所示的收發(fā)兩用機(jī)的平面圖和剖面圖。在圖5中，標(biāo)號31表示圖4所描述的電路單元30的機(jī)殼；而32是該機(jī)殼的后蓋。機(jī)殼31的一部分形如用字母H指出的號角，而在其前部分別設(shè)置有介質(zhì)透鏡16和17。介質(zhì)透鏡16和17包括介質(zhì)透鏡體16A和17A和匹配層16b、17b和33，介質(zhì)透鏡體的相對介電常數(shù)εr＝4，而匹配層的介電常數(shù)εr＝2。從介質(zhì)諧振器11輻射的電磁波通過介質(zhì)透鏡16對波束加以會聚以預(yù)定的波束寬度輻射。從目標(biāo)反射的波通過介質(zhì)透鏡17入射在介質(zhì)諧振器12上。
圖6A和6B是說明介質(zhì)諧振器部分結(jié)構(gòu)的圖。此外，圖6A和6B分別是介質(zhì)諧振器部分的平面圖和剖面圖。在導(dǎo)電板41和42之間設(shè)置介質(zhì)條4和介質(zhì)諧振器11。在導(dǎo)電板41內(nèi)形成一個(gè)與介質(zhì)諧振器11同軸的孔43。于是，電磁波經(jīng)介質(zhì)條4以LSM模傳播，產(chǎn)生一電場和一磁場，其中，電場有一分量，它垂直于介質(zhì)條4的縱向(即，這些圖中的x軸方向)并平行于導(dǎo)電板41和42的方向(即，這些圖中的y軸方向)，而磁場有一分量，它垂直于導(dǎo)電板41和42的方向。此外，引起介質(zhì)條4和介質(zhì)諧振器11之間的電磁耦合，從而在介質(zhì)諧振器11中出現(xiàn)了HE111模，該模有一個(gè)電場分量，其方向與介質(zhì)條4的方向相同。此外，線極化波通過開孔部分43沿垂直于導(dǎo)電板41的方向(即，沿這些圖中的z方向)輻射。
圖7是示出圖4的收發(fā)兩用機(jī)的等效電路的電路圖。振蕩器1設(shè)有一個(gè)變?nèi)荻O管和一個(gè)Gunn二極管。通過介質(zhì)諧振器11和介質(zhì)透鏡16，輻射從振蕩器輸出的振蕩信號。還有，通過介質(zhì)透鏡17和介質(zhì)諧振器12接收的RF信號經(jīng)介質(zhì)條14傳播，然后用耦合器10和13與LO信號混合。將這些混合信號輸入至混頻器15。如上所述，混頻器15如一個(gè)平衡混頻器那樣工作，并從混合信號(即，RF信號+LO信號)中獲得RF信號和LO信號之間的差頻分量，并輸出代表獲得的差頻分量的信號。
圖8A、8B和8C是示出天線部分的結(jié)構(gòu)的另外兩個(gè)例子的剖面圖。在圖6所述的例子的情形中，將開孔部分設(shè)置在介質(zhì)諧振器11上的上導(dǎo)電板41內(nèi)。然而，在這一部分可以設(shè)置如圖8A所示的介質(zhì)桿44。由于這根介質(zhì)桿，這一部分的作用如同一根介質(zhì)桿天線，因而提高了天線的方向性。還有，如圖8B的平面圖和圖8C的剖面圖所示，可以在介質(zhì)諧振器11和上導(dǎo)電板41之間放置一塊開槽板45，它可通過在金屬板內(nèi)形成開孔槽或者在一塊電路板的導(dǎo)電膜內(nèi)形成開槽圖形獲得。
圖9A和9B是描述安裝在機(jī)殼上的電路單元的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子的剖面圖。在圖5所示的例子的情形中，在機(jī)殼31內(nèi)形成號角狀部分H。對于本發(fā)明的收發(fā)兩用機(jī)，這并非必需的。此外，并不必需將電路單元30設(shè)置在機(jī)殼31的下部。例如，如圖9B所示，可以在機(jī)殼31中設(shè)置電路單元30。附帶說一下，對于如圖5和9A所示的將電路單元30固定在機(jī)殼31下部的結(jié)構(gòu)，具有這樣一些有利的作用，即，它能防止從一次輻射器和另一NRD波導(dǎo)的接頭部分通過介質(zhì)透鏡的泄漏波的輻射，并且它能防止電磁波從收發(fā)兩用機(jī)的外部通過介質(zhì)透鏡入射在上述接頭部分。
接下來，將結(jié)合圖10A、10B和11描述本發(fā)明第二實(shí)施例的另一種收發(fā)兩用機(jī)。
圖10A和10B分別是此收發(fā)兩用機(jī)的電路單元的平面圖和剖面圖。附帶說一下，在圖10A中，示出了移去上導(dǎo)電板的此收發(fā)兩用機(jī)。在此圖中，標(biāo)號21、22、51、23、4和53是介質(zhì)條；2和52是環(huán)行器；而3和8是端接器件。還有，標(biāo)號10表示利用介質(zhì)條51和23構(gòu)成的一個(gè)耦合器；而13是利用介質(zhì)條23和53構(gòu)成的用作3dB定向耦合器的耦合器。振蕩器1和混頻器15做在襯底(或板)103上。在本發(fā)明的這個(gè)第二實(shí)施例的情形中，通過在其中設(shè)置環(huán)行器52而共用發(fā)射/接收天線。除了元件之間的放置關(guān)系之外，振蕩器1、混頻器15、環(huán)行器2以及端接器件3和8的結(jié)構(gòu)與圖4的例子中相應(yīng)的組成元件的結(jié)構(gòu)是相似的。
圖11是圖10A和10B所示的收發(fā)兩用機(jī)的等效電路的電路圖。在圖11中，從振蕩器1輸出的信號經(jīng)過環(huán)行器2、耦合器10和環(huán)行器52傳播至介質(zhì)諧振器11。此外，這一信號經(jīng)過此介質(zhì)諧振器11和介質(zhì)透鏡16輻射至收發(fā)兩用機(jī)的外部。另一方面，接收信號通過環(huán)行器52和耦合器13施加至混頻器15?；祛l器15如一個(gè)平衡混頻器那樣工作，并輸出與RF信號和LO信號的差頻分量對應(yīng)的IF信號。
圖12示出上述電路單元的一個(gè)變更的例子。以相對于地成45度的方式來激勵介質(zhì)諧振器11。于是，便于在襯底(或板)103上放置每個(gè)元件。結(jié)果，可以達(dá)到襯底103小型化。
接下來，將要描述本發(fā)明第三實(shí)施例的又一種收發(fā)兩用機(jī)。圖13示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的收發(fā)兩用機(jī)的電路單元的結(jié)構(gòu)。此實(shí)施例適用于發(fā)射和接收圓極化波，從而不需要示于圖10的環(huán)行器52。即，在圖13中，標(biāo)號54表示一個(gè)如同3dB定向耦合器那樣工作的耦合器，它由包括介質(zhì)條53和51的平行的直線路徑構(gòu)成。耦合器54使得介質(zhì)條53和51的邊緣部分以90度面對HE111模介質(zhì)諧振器11。采用這種結(jié)構(gòu)，從端口#1入射至耦合器54的發(fā)射信號被平分并從端口#2和端口#4輸出，從而分別相應(yīng)于這些端口的信號之間的相位差是90度。由此，激勵介質(zhì)諧振器11并輻射圓極化波。與此相對照，即，與發(fā)射波相似，以旋轉(zhuǎn)極化方式已入射在其上的接收信號只輸出至端口#3，這是因?yàn)楫?dāng)接收信號通過耦合器54再到達(dá)端口#1時(shí)由于接收信號到達(dá)端口#2和端口#4時(shí)存在著90度的相位差而被抵消。結(jié)果，起到了分流電磁波的作用。
圖14示出了上述電路單元的變更的一個(gè)例子。與圖12的例子的情形相似，通過對地成45度的方式將功率提供至介質(zhì)諧振器11，而便于將每個(gè)元件放置在襯底103上。這樣可以減小襯底或板103的尺寸。
在上述實(shí)施例的情形中，采用了相對介電常數(shù)基本上均勻的介質(zhì)透鏡。然而，也可以采用這樣一種介質(zhì)透鏡，它是由將多層分別具有不同介電常數(shù)的電介質(zhì)層疊而成，如圖15所示。在圖15中，標(biāo)號60表示具有凹形表面的介質(zhì)透鏡元件；而61a、61b、…、61n表示介電常數(shù)互不相同的介質(zhì)層。此外，對于介質(zhì)層加上相對介電常數(shù)的梯度，從而在疊層中，相對介電常數(shù)從頂層介質(zhì)層61a至底層介質(zhì)層61n逐漸減小。將這些介質(zhì)層疊合起來構(gòu)成介質(zhì)透鏡。于是，通過使用介電常數(shù)有梯度的介質(zhì)透鏡，減小了從一次輻射器的介質(zhì)諧振器至介質(zhì)透鏡頂部的高度。結(jié)果，能夠減小整個(gè)收發(fā)兩用機(jī)的厚度。還有，藉助于均勻穿過介質(zhì)透鏡開孔的電磁波強(qiáng)度(即，照度分布)能夠提高天線增益。結(jié)果，能夠使收發(fā)兩用機(jī)的尺寸又減小一個(gè)相應(yīng)的量。
附帶說一下，在上述實(shí)施例的情形中，通過使用單塊襯底或板來放置諸如環(huán)行器、混頻器和耦合器等元件。然而，可以用下述方法來構(gòu)造電路單元。即，只有諸如振蕩器和混頻器等需要襯底或板的元件是由上、下導(dǎo)電板、襯底和介質(zhì)條組成的。此外，諸如環(huán)行器和耦合器等不需要襯底或板的元件是由上、下導(dǎo)電板和介質(zhì)條組成的。于是，電路單元由這些分立的元件組合而成。
此外，在上述實(shí)施例的情形中，直線路徑和彎曲部分是分開(即，分別形成)的。然而，這些部分可以整體形成。
還有，在上述實(shí)施例的情形中，使用了FM-CW方法，該方法用三角波進(jìn)行調(diào)制。然而，用脈沖波進(jìn)行調(diào)頻的方法也是可以采用的。
雖然上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于那些實(shí)施例，而不偏離本發(fā)明精神的其他變更對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言是很顯然的。
所以，本發(fā)明的范圍完全由所附的權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種收發(fā)兩用機(jī)，包括一發(fā)射天線、一接收天線、和至少包括一毫米波振蕩器和一混頻器的多個(gè)元件，所述多個(gè)元件通過NRD波導(dǎo)互相連接，每個(gè)所述NRD波導(dǎo)具有插在兩塊接近平行的導(dǎo)電板之間的介質(zhì)條，其特征在于，每個(gè)所述發(fā)射天線和接收天線包括一垂直一次輻射器和一介質(zhì)透鏡，所述發(fā)射天線和所述接收天線并排放置，在每個(gè)所述NRD波導(dǎo)中，確定傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域之間的距離以及插在所述傳播區(qū)域和所述非傳播區(qū)域之間的介質(zhì)材料的介電常數(shù)，從而使LSM01模的截止頻率低于LSE01模的截止頻率，并且將所述多個(gè)元件和所述NRD波導(dǎo)放在所述介質(zhì)透鏡的后面或者放在安裝所述介質(zhì)透鏡的區(qū)域的后面。
2.一種收發(fā)兩用機(jī)，包括一發(fā)射/接收天線和至少包括一毫米波振蕩器和一混頻器的多個(gè)元件，所述多個(gè)元件通過NRD波導(dǎo)互相連接，每個(gè)所述NRD波導(dǎo)具有插在兩塊接近平行的導(dǎo)電板之間的介質(zhì)條，其特征在于，所述發(fā)射/接收天線包括一垂直一次輻射器和介質(zhì)透鏡，在每個(gè)所述NRD波導(dǎo)中，確定傳播區(qū)域和非傳播區(qū)域之間的距離以及插在所述傳播區(qū)域和所述非傳播區(qū)域之間的介質(zhì)材料的介電常數(shù)，從而使LSM01模的截止頻率低于LSE01模的截止頻率，并且將所述多個(gè)元件和所述NRD波導(dǎo)放在所述介質(zhì)透鏡的后面或者放在安裝所述介質(zhì)透鏡的區(qū)域的后面。
3.如權(quán)利要求2所述的收發(fā)兩用機(jī)，其特征在于，所述垂直的一次輻射器由HE111模的介質(zhì)諧振器構(gòu)成，以這樣的方式來設(shè)置用于將一發(fā)射信號提供至所述介質(zhì)諧振器的所述NRD波導(dǎo)的邊緣部分和用于從所述介質(zhì)諧振器接收一接收信號的所述NRD波導(dǎo)的邊緣部分，使得它們沿與所述介質(zhì)諧振器成90度的方向互相面對，在這兩個(gè)所述NRD波導(dǎo)之間設(shè)置一個(gè)3dB定向耦合器，在所述毫米波振蕩器和所述隔離器之間、在所述隔離器和所述3dB定向耦合器之間以及在所述3dB定向耦合器和所述混頻器之間分別用NRD波導(dǎo)連接，并且用NRD波導(dǎo)構(gòu)成一個(gè)耦合器，該耦合器連至用于傳輸一發(fā)射信號的NRD波導(dǎo)和用于傳輸一接收信號的NRD波導(dǎo)，通過該耦合器的工作給出發(fā)射信號和接收信號的混合信號。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的收發(fā)兩用機(jī)，其特征在于，所述介質(zhì)透鏡是疊合多層分別具有不同介電常數(shù)的介質(zhì)材料而構(gòu)成的。
全文摘要
一種收發(fā)兩用機(jī),通過不受無輻射介質(zhì)(NRD)波導(dǎo)彎曲部分的曲率半徑和彎曲角的限制而減小彎曲部分和耦合器部分所占的區(qū)域,能夠減小收發(fā)兩用機(jī)的總體尺寸。在此收發(fā)兩用機(jī)中,適用NRD波導(dǎo),從而波以單模(即,LSM01模)傳輸。此外,將振蕩器、隔離器、混頻器和耦合器放置在介質(zhì)透鏡的后面。這樣,收發(fā)兩用機(jī)的尺寸成為天線的尺寸。
文檔編號H01P3/00GK1171667SQ97113750
公開日1998年1月28日 申請日期1997年7月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月1日
發(fā)明者石川容平, 谷崎透, 西田浩 申請人:株式會社村田制作所