专利名称：具有多层无辐射介质波导结构的振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种振荡器，具体来讲是一种多间隔无辐射介质波导结构的振荡器和电压控制振荡器，它能够通过安装在不同尺寸的无辐射介质波导的多层结构里的振荡器元件(比如耿氏二极管)和谐振器产生不同频率的波。
背景技术：
在多媒体时代，信息传递的内容从文字变成图形，又从图形变成移动图像。而且，表达内容的技术进步提供了精美和高分辨率的彩色图像。结果，给计算机通讯系统造成了重负。克服这种困难的一种方法是将传输线从T1级升级到T3级，然而这不能解决全部的问题。可能有无法铺设光纤的情况，也可能有必要支持超高速信息通道。因而，我们迫切需要开发一种超高速无线发射机。
为了在指定时间里传输更多的数据，应使用高频。然而，使用高频带来一些问题，诸如由于波长缩短造成的巨大传输损失。毫米波集成电路(MMIC)法是一种在微波频带或者一种在这样的微波以上的频带里处理信息的一般方法。然而，用这种方法，在50GHz传递损失总计为每米60分贝，这给电路制造带来困难。
目前一种解决传递损失问题的方法是使用无辐射介质波导。因为无辐射介质波导是无辐射，它比微波传输带电路有更低的传递损失率。传输线采用无辐射介质波导，它比其它波导更易于安装，无辐射介质波导被认为是特别适合微波的传输线，尤其适合30GHz的波长或者更高频率的波长。
如图1所示，在两个平行的金属片(1)之间插入某个尺寸与频率的波长成一定比例的无辐射介质波导(2)，平行金属片(1)必须相距至少为使用频率波长的1/2。
使用的无辐射介质波导的尺寸由下列方程确定。当两个平行金属片(1)之间的间隔由频率确定时，这个频率的波可以以低传输损失来传输，但是如果频率变化，则无法传输。
[方程2] 以上方程，εr是介电常数，λ是波长。
为了确定介质块的尺寸，需先确定使用频率。确定介质块的尺寸，使用频率也不能再改变。换句话说，为了传输一种特定波长的波，应该确定介质块的尺寸和两片金属片之间的间隔。因而，要插入金属片间也被确定的间隔里的介质块以及所有其它电路都必须具有某个单一固定尺寸。
图2是传统无辐射介质波导里的振荡器局部截面图，安置耿氏二极管(3)的二极管基座(4)安装在平行金属片之间，金属带式线(5)与上述二极管基座(4)和无辐射介质波导(2)相连，使信号可以传输。
由以上方式制造的振荡器存在如下缺点无辐射介质波导2和其它元件(3~5)具有固定尺寸，因为上述两片金属片1间的间隔尺寸已被确定。
例如上述方程1和2，假设一个无辐射介质波导的介电常数为2.04以及在频率60GHz下的波长为5毫米，结果介质块的高度(a)变成2.25毫米，宽度(b)变成2.5毫米，因此，在两片金属片之间的间隔应该是2.25毫米。
换句话说，因为在两片金属片之间的间隔尺寸是预先确定的，元件或者其它侧面的无辐射介质波导可能就无法插入这个间隔。无辐射介质波导的尺寸是由频率的波长来确定。如果确定了两片金属片间的间隔，那么就仅能处理某个特殊波长的频率。结果用于多种频率的大多数传统高频电路则难于制造，致使无辐射介质波导不太有效。
大多数高频电路，例如AM/FM接收器、电视机、移动电话、寻呼机、无绳电话、无线设备、以及卫星广播的接收器，都是通过超外差法制成的。应用这种超外差法，可以使信号处理过程中的转换频率提高幅值。由此，可以制造出高灵敏度的接收器。
为了高质量的调制，多数的发射机也在低频进行调制，而且通过倍增低频和增加调制度来增加传输频率的幅值。在两片金属片之间有一个固定间隔的传统无辐射介质波导里，这样的频率变换无法实行，从而只能使用一个预先确定的特定频率。因此，以上列出的大多数高频电路均无法制造。
此外，在高速数据通讯的过程中，当目前的使用频率变高时，无辐射介质波导的尺寸应该变小。例如，无辐射介质波导的尺寸在60GHz的频率下是2.25毫米×2.5毫米，如果频率是120GHz，其尺寸应该是1.125毫米×1.25毫米，即60GHz频率下其尺寸的一半。这种情况下，可以用这个尺寸安装波导，但是由其它元件所构成的半导体，诸如耿氏二极管所构成的半导体，因为存在内热的原因，可能无法减小尺寸，因而无法插入。例如，市场上大多的半导体的直径为3毫米，它们均无法插入1.25毫米的间隔里。
发明内容
本发明的目的是通过使用多层结构的无辐射介质波导，在一个装置里提供一种高频振荡器和一种具有不同的二极管和不同尺寸的无辐射介质波导的电压控制振荡器。本发明将解决传统无辐射介质波导振荡器的问题，即对于振荡器，为了改变振荡器频率，需要不同尺寸的二极管，由于电路的所有元件应该位于两片金属片之间，在它们之间应具有预先设定的间隔。
根据上述目的，本发明提供一种产生高频波的振荡器，其特征在于，振荡器元件和无辐射介质波导安装在固定间隔尺寸的两片金属片之间，谐振器插入上述振荡器元件和无辐射介质波导之间。具体来讲，本发明是通过下列方法提供一种高频振荡器依照生成频率，振荡器元件和无辐射介质波导之间制造不同尺寸的间隔；把用于低频的具有大尺寸振荡器元件的振荡器元件基座安装在金属片之间，两片金属片之间的间隔比其它的间隔大。
在小尺寸的金属片之间安装用于高频波的某个尺寸的无辐射介质波导；在上述振荡器元件基座和无辐射介质波导之间，插入一个谐振器作为一个高频振荡器。
此外，为了提供一种可以把上述高频振荡器调频转变成电压的电压控制振荡器，本发明通过依照生成频率，振荡器元件和无辐射介质波导之间制造不同高度的间隔；在两片金属片之间装有为低频设计的具有大尺寸振荡器元件的振荡器元件基座，与其它已确定的间隔相比，此金属片之间的间隔是比较大的；在小间隔的金属片之间，装有为高频波设计的某个尺寸的无辐射介质波导；在上述的振荡器元件基座和无辐射介质波导上安装一个变容二极管；以及在上述振荡器元件基座和无辐射介质波导之间安装一个谐振器来提供一种电压控制振荡器。在此振荡器中，振荡器元件和无辐射介质波导安装在固定间隔尺寸的两片金属片之间，并且在上述振荡器元件和无辐射介质波导之间插入一个谐振器。
图1是传统无辐射介质波导结构的局部截面图。
图2是一种传统无辐射介质波导振荡器的局部截面图。
图3是一种具有本发明的多间隔结构的无辐射介质波导局部截面图。
图4是本发明的振荡器的局部截面图。
图5是图4中使用的带式谐振器的局部截面图。
图6是依照图5的较佳实施例里的谐振频率和谐振输出的变化图。
图7是本发明中的振荡器的另一种较佳实施例的局部截面图。
图8是本发明中的振荡器的另一种较佳实施例的局部截面图。
图9是本发明中的电压控制振荡器的局部截面图。
图10是用在本发明中的变容二极管基体的局部截面图。
图11是图9中实现的电压控制振荡器里测量的电压变化造成的振荡器频率变化图。
图12是为了稳定图11中实现的电压控制振荡器的振荡器频率，装有稳压器的电压控制振荡器的局部截面图。
图13是以放大图11中实现的振荡器输出为目的的电压控制振荡器的局部截面图。
图14是另一个以放大图11实现的振荡器输出为目的的电压控制振荡器的局部截面图。
附图标记说明
20、21……无辐射介质波导10、11……金属片3……耿氏二极管 4……二极管基座5……带式谐振器 15……耿氏二极管基座2……无辐射介质波导 6……模态干扰抑制器13……带式谐振器13’……簧片型谐振器13”……带式谐振器 12……二极管基体具体实施方式
通过本发明的附图和下列对具体结构特征的详细描述，本发明的上述目的，特点和优点会更清晰。以下是本发明对较佳实施例的详细描述。
图3是用在本发明中的多间隔无辐射介质波导的局部截面图。它描述了带有多层金属片10、11和针对多种频率的无辐射介质波导20、21的多层结构的无辐射介质波导。
如图3描述，通过在其它金属片10、11上叠起金属片，使金属片之间的间隔可变化，用来处理以及对应不同频率的无辐射介质波导的不同尺寸间隔，这样就使得制造不同尺寸的这种波导成为可能。
例如，图3中的无辐射介质波导是一种用于低频的无辐射介质波导。这种波导的尺寸是a1×b1，使用频率由上述的方程1和2来确定。无辐射介质波导21适用于高频的波导，无辐射介质波导21的频率可以通过尺寸a2×b2和方程1和2来确定。
不同频率电路的连接可以通过用于信号传输的带式谐振器和簧片谐振器获得。
图4是在本发明的多间隔制造的无辐射介质波导上带有带式谐振器的振荡器的局部截面图。在生成特定频率的无辐射介质波导振荡器里，带有耿氏二极管3的二极管基座4插入多间隔结构的金属片之间的间隔，金属带式谐振器5和上述的二极管基座4以及无辐射介质波导2相连接。
从振荡器二极管生成的毫米波的频率是不稳定的，因为振荡器元件的内部参数是由电感和电容组成，它受到外部温度变化和偏压变化的影响。振荡器频率的不稳定性给使用这种振荡器的通讯设备带来巨大的损害。因此，如图5所示的附加的带式谐振器15是用来稳定频率的。图5中的带式谐振器的铜包层部分的长度(L)确定生成频率。当频率的决定因素L约大于使用频率波长的一半，频率会变低，当L变小，生成的频率将会变高。其可以通过蚀刻或其它方式等制成的铜模式的带子。
图6描述了由图5的较佳实施例的带式谐振器的金属片的长度变化所造成的谐振频率和谐振输出的变化。如图所示，频率能够通过改变带式振荡器13的金属片的长度(L)而变化。甚至在这种情况，输出的变化也很小。照这样，本发明通过带式谐振器13和多间隔的无辐射介质波导就可提供一种微小输出变化的频率转换器。
如图7所示的另一个例子，可以使用一个簧片型的线。图7描述的是一种用簧片型谐振器13’的振荡器替换金属带式谐振器。在这个例子里，簧片的长度确定生成波的频率。因为很可能来自带式谐振器或者簧片型谐振器的毫米波会有一个寄生模态，诸如毫米波迅速地通过模态干扰抑制器6，然后通过无辐射介质波导2传输。
为了比使用其它二极管产生更高的频率，图8是具有本发明中多间隔结构无辐射介质波导并且为振荡器部分使用二极管的倍增振荡器局部截面图。
如图8所示，二极管基座4安装在多间隔结构金属片10之间，而且倍增带式谐振器13”连接上述的二极管基座4和无辐射介质波导2。信号通过模态干扰抑制器6，然后通过介质波导传输。
如果正常尺寸的二极管的频率是20GHz，带式谐振器或者簧片型谐振器可以连到一个用来调节高频波的某个尺寸的二极管，例如40GHz的第二高频波或者60GHz的第三高频波。照这样，可以相应传递40GHz或60GHz这样谐振频率的频率，结果制造了一个生成40GHz或60GHz高频的振荡器电路。因此，通过使用本发明的多间隔结构的介质波导并且选择适合给定目的的一种带式谐振器或者簧片型谐振器，不同的倍增高频振荡器，例如两倍倍增振荡器生成振荡器的频率是两倍频率或者三倍倍增振荡器生成振荡器频率是三倍频率。
图9是本发明的电压控制振荡器的局部截面图。电压控制振荡器可以通过含有图4中安装在多间隔结构的无辐射介质波导的振荡器元件(例如耿氏二极管)的二极管基座4，以及通过变容二极管基体12，把带式谐振器13中调节的频率转换成电压。
它可以依照以下方法来具体实施。首先，制造变容二极管基体(能通过电压的变化改变电容器电容的元件)。变容二极管基体安置在二极管基座4和带式谐振器13周围的一处谐振点，该谐振点应同原有的振荡器点和谐振点分离。
按此制造一种和原有的谐振点以及其它谐振点相连的电压控制振荡器。
上述变容二极管是通过在二极管两端使用反转电压，并且通过改变这个反转电压来改变内部结电容的元件。一个谐振电路可以用这样一个变容二极管和在变容二极管周围的无辐射介质波导来构成。
在使用变容二极管和无辐射介质波导制造的谐振器中，功用是谐振器电容的变容二极管的反转电压可以被改变，并且反转电压造成的电容变化促使频率上发生变化。因此，可以制造一个依靠电压改变的频率转换器，它是由电压控制的毫米波振荡器。
图11所示是上述装置的电压变化而造成的频率变化图，它描述了由变容二极管从1伏到10伏偏压，所产生的频率变化，我们可以发现由变容二极管电压变化，所造成的频率的增高。
图12是依照图11描述的具体实施例，为了稳定电压控制振荡器的频率，装有稳压器的电压控制振荡器的局部截面图。因为元件的温度变化和外部造成的偏压，所以从使用耿氏二极管基座15以及二极管基座4的无辐射介质波导21而获得的振荡器的输出具有低频稳定。
为了解决这个问题，如图12所描述，另一种谐振器可以安放在带式谐振器周围，用来调节带式谐振器的耦合系数，并且可以插入一个具有高介电比率的材料以保持振荡器频率的稳定性。
使用如上述用于谐振频率稳定性的材料，诸如有高介电比率的陶瓷谐振器元件。这样的频率稳定材料也可以用在电压控制振荡器和为了高频稳定的调频(FM)调制器中。
图13和图14是用来放大依照图9具体实现的电压控制振荡器的输出而制造的电压控制振荡器的局部截面图。如果振荡器元件的输出不足以满足高幅值的超高频输出电路的需要，那么可能用若干个二极管基座4来制造一个放大振荡器输出的电路。如图13所描述，在安装两个二极管基座4以后，如果信号通过无辐射介质波导20、21传输，那么这样的无辐射介质波导20、21组合所制造的振荡器输出比单从一个振荡器元件获得的结果要高。
在金属片10、11之间的间隔，二极管基座4可以被安放在如图13所示无辐射介质波导20、21的任何一侧或者如图14所示的无辐射介质波导20、21的任何一侧。
无需在振荡器输出不够时，安装两个以上二极管基座4去进一步加强振荡器输出。
如上详细的解释，本发明有经济实惠的优势，因为它通过多间隔无辐射介质波导结构，其是制造单一的振荡器或者是一种带有不同振荡器元件和不同尺寸的无辐射介质波导的电压控制振荡器，不必为了生成不同的频率制造太多不同的装置。
综上所述，本发明是通过如上实施例的实施，达到本发明的发明目的。
权利要求
1.一种具有多层无辐射介质波导结构的振荡器，它在固定间隔的两片金属片之间装有振荡器元件和无辐射介质波导，并且在上述振荡器元件和无辐射介质波导之间插入谐振器，其特征在于依照生成频率，在上述金属片之间制造不同高度的间隔；在金属片之间安装具有用于低频的大尺寸振荡器的振荡器元件基座，在此金属片之间的间隔比其它金属片之间的间隔大；在小间隔的金属片间，安装对应于高频的某个尺寸的无辐射介质波导；在上述振荡器元件基座和无辐射介质波导之间插入一个谐振器。
2.一种具有多层无辐射介质波导结构的振荡器，其特征在于，它在固定间隔的两片金属片之间，装有振荡器元件和无辐射介质波导，并在上述振荡器元件和无辐射介质波导之间插入谐振器，其特征在于依照生成频率，在上述金属片之间制造不同高度的间隔；在两片金属片之间安装具有用于低频的大尺寸振荡器的振荡器元件基座，在此金属片之间的间隔比其它金属片之间的间隔大；在小间隔的金属片间，安装对应于高频的某个尺寸的无辐射介质波导；在上述的振荡器元件基座和无辐射介质波导里安装一个变容二极管；在上述振荡器元件基座和无辐射介质波导之间插入一个谐振器。
3.如权利要求1所述的具有多层无辐射介质波导结构的振荡器，其特征在于所述的谐振器是带式谐振器，控制生成频率。
4.如权利要求1所述的具有多层无辐射介质波导结构的振荡器，其特征在于所述的谐振器是簧片型谐振器，控制生成频率。
5.如权利要求2所述的具有多层无辐射介质波导结构的振荡器，其特征在于所述的谐振器是带式谐振器，控制生成频率。
6.如权利要求2所述的具有多层无辐射介质波导结构的振荡器，其特征在于所述的谐振器是簧片型谐振器，控制生成频率。
7.如权利要求2所述的具有多层无辐射介质波导结构的振荡器，，其特征在于其中一种陶瓷谐振器附加安装在具有上述变容二极管的无辐射介质波导里，用以稳定生成频率。
全文摘要
本发明涉及一种具有多层无辐射介质波导结构的振荡器，它能够通过振荡器元件和谐振器产生不同频率，该振荡器元件和谐振器安装在一种具有不同尺寸的无辐射介质波导的多间隔结构里。因为这将不必为生成不同的频率制造太多不同的装置，所以本发明具有经济实惠优势。
文档编号H01P3/16GK1549389SQ03123588
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月16日 优先权日2003年5月16日
发明者申千雨 申请人:Nrd技术有限公司