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高頻低損失電極的制作方法

文檔序號(hào):6824788閱讀:211來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):高頻低損失電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種高頻低損失電極,用于可在微波帶和毫米波帶中工作的傳輸線(xiàn)和諧振器中,這種高頻低損失電極主要用于無(wú)線(xiàn)電通信、傳輸線(xiàn)和高頻諧振器,其中每一種應(yīng)用都包括這種高頻低損失電極。
在高頻工作的微波IC和單塊微波IC中,通常使用的是容易生產(chǎn)的帶狀傳輸線(xiàn)和微帶傳輸線(xiàn),并且它們的尺寸和質(zhì)量是可減小的。作為如此用途的諧振器,使用將上述傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度設(shè)置得等于四分之一波長(zhǎng)或半波長(zhǎng)的傳輸線(xiàn),或有環(huán)形導(dǎo)體的一種環(huán)形諧振器。這些傳輸線(xiàn)的傳輸損失和諧振器的無(wú)載Q主要由導(dǎo)體的損失決定。相應(yīng)地,多塊微波IC和單塊微波IC的性能依賴(lài)于能夠減小多少的導(dǎo)體損失。
這些傳輸線(xiàn)和諧振器利用高導(dǎo)電率的導(dǎo)體(諸如銅、金等)形成。但是金屬的導(dǎo)電性是這類(lèi)材料所固有的。選擇具有高導(dǎo)電率的金屬,并使其成為電極以減小損失的方法是有限制的。相應(yīng)地,已經(jīng)對(duì)這樣的事實(shí)引起了關(guān)注,即在微波或毫米波的高頻部分,電流集中到電極表面上,這是由集膚效應(yīng)引起的,從而在導(dǎo)體的表面(端部)附近產(chǎn)生許多損失。已經(jīng)從電極結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)對(duì)減小導(dǎo)體損失作了研究。例如,在第8-321706號(hào)日本未審查專(zhuān)利公告中揭示了這樣的結(jié)構(gòu),其中將多個(gè)具有恒定寬度的線(xiàn)性導(dǎo)體以恒定間隔平行于傳播方向安排,以減小導(dǎo)體損失。另外,在第10-13112號(hào)日本未審查專(zhuān)利公告中揭示了一種結(jié)構(gòu),其中把電極的端部分為多個(gè)部分,從而在端部集中的電流被分散,以減小導(dǎo)體損失。
但是,整個(gè)電極通過(guò)多個(gè)具有相等寬度的導(dǎo)體分開(kāi)的方法(如第8-321706號(hào)日本未審查公告中所揭示的)有這樣一個(gè)問(wèn)題,即,電極的有效截面積減小,從而導(dǎo)體損失不能被有效減小。
另外,至于電極的端部被分為多個(gè)具有大致上相同寬度的分導(dǎo)體的方法(如在第10-13112號(hào)日本未審查專(zhuān)利公告中所揭示的),在緩和電流的集中和減小導(dǎo)體損失方面有一定效果。但是,不可以認(rèn)為效果是滿(mǎn)意的。
因此,本發(fā)明的目的是提供一種高頻低損失電極,其導(dǎo)體損失可以被有效和足夠地減小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種傳輸線(xiàn)、高頻諧振器、高頻濾波器、天線(xiàn)共用裝置以及通信設(shè)備,其中每一種都包括上述高頻低損失電極,并具有低損失。
本發(fā)明是基于找到一種其端部被分為多個(gè)分導(dǎo)體的電極而實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)根據(jù)原理設(shè)置分導(dǎo)體的寬度,可以有效地減小導(dǎo)體損失。
根據(jù)本發(fā)明,提供了第一個(gè)高頻低損失電極,它包含主導(dǎo)體、至少兩個(gè)沿主導(dǎo)體的側(cè)面形成的分導(dǎo)體,分導(dǎo)體如此形成,從而位于更為接近于外側(cè)的分導(dǎo)體具有更小的寬度。
較好地,在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,位于最接近于所述分導(dǎo)體的外側(cè)的分導(dǎo)體,其寬度在應(yīng)用頻率處小于集膚深度δ的π/2倍。結(jié)果,可以減小在最接近于外面的分導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)的無(wú)效電流。更好地,為了減小位于最接近于外面的分導(dǎo)體中的無(wú)效電流,分導(dǎo)體的寬度在應(yīng)用頻率處小于集膚深度δ的π/3倍。
還有更好地,在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,為了減小在所有分導(dǎo)體中流動(dòng)的無(wú)效電流,所有分導(dǎo)體的寬度在應(yīng)用頻率處小于集膚深度δ的π/2倍。
更好地,在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,形成多個(gè)分導(dǎo)體,從而其位于更為接近于外面的一個(gè)分導(dǎo)體更薄,因此可以更為有效地減小導(dǎo)體損失。
此外,在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,可以分別在主導(dǎo)體和與主導(dǎo)體相鄰的分導(dǎo)體之間,以及在相鄰的分導(dǎo)體之間提供分電介質(zhì)。
還有,較好地,在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,為了使電流大致上同相地流過(guò)各個(gè)分導(dǎo)體,如此形成主導(dǎo)體和與主導(dǎo)體相鄰的分導(dǎo)體之間的間隔以及相鄰的分導(dǎo)體之間的間隔,從而其位于更為接近于外面的間隔相應(yīng)于各個(gè)相鄰分導(dǎo)體的寬度更短。
還有更好地,在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,為了使電流大致上同相地流過(guò)各個(gè)分導(dǎo)體,如此形成多個(gè)分電介質(zhì),從而位于更為接近于多個(gè)分電介質(zhì)外面的分電介質(zhì)相應(yīng)于各個(gè)相鄰分導(dǎo)體的寬度具有更小的介電常數(shù)。
另外,根據(jù)本發(fā)明,提供了第二個(gè)高頻低損失電極,它包含主導(dǎo)體以及沿主導(dǎo)體的側(cè)面形成的至少一個(gè)分導(dǎo)體,至少一個(gè)分導(dǎo)體的寬度在應(yīng)用頻率處小于集膚深度δ的π/2倍。結(jié)果,在寬度設(shè)置成在應(yīng)用頻率處小于集膚深度δ的π/2倍的值的分導(dǎo)體內(nèi),可以減小無(wú)效電流,并有效地減小導(dǎo)體損失。
更好地,在本發(fā)明的第二個(gè)高頻低損失電極中,至少一個(gè)分導(dǎo)體的寬度在應(yīng)用頻率處小于集膚深度δ的π/3倍。
還有更好地,在本發(fā)明的第二個(gè)高頻低損失電極中,最接近于分導(dǎo)體外面的分導(dǎo)體的寬度在應(yīng)用頻率處小于集膚深度δ的π/2倍。
更好地,在本發(fā)明的第二個(gè)高頻低損失電極中,位于最接近于分導(dǎo)體外面的分導(dǎo)體的寬度在應(yīng)用頻率處小于集膚深度δ的π/3倍。
在本發(fā)明的第二個(gè)高頻低損失電極中,分電介質(zhì)可以設(shè)置在主導(dǎo)體和與主導(dǎo)體相鄰的分導(dǎo)體之間,以及相鄰的分導(dǎo)體之間。
較好地,在根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)和第二個(gè)高頻低損失電極中,主導(dǎo)體是薄膜多層電極,包含交替層疊的薄膜導(dǎo)體和薄膜電介質(zhì)。
還有更好地,在本發(fā)明的第一個(gè)和第二個(gè)高頻低損失電極中,主導(dǎo)體和分導(dǎo)體中至少有一個(gè)是由超導(dǎo)體制成的。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)高頻諧振器包含上述第一個(gè)或第二個(gè)高頻低損失電極。
根據(jù)本發(fā)明的高頻傳輸線(xiàn)包含上述第一個(gè)或第二個(gè)高頻低損失電極。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)高頻諧振器包括第一個(gè)高頻傳輸線(xiàn)的高頻傳輸線(xiàn),其長(zhǎng)度設(shè)置為四分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
另外,根據(jù)本發(fā)明的高頻濾波器包含上述第一個(gè)或第二個(gè)高頻諧振器。
另外,根據(jù)本發(fā)明的天線(xiàn)共用裝置包含上述高頻濾波器。
另外,根據(jù)本發(fā)明的通信設(shè)備包含上述高頻濾波器或天線(xiàn)共用裝置。


圖1是三條型帶狀線(xiàn),包含根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的高頻低損失電極;圖2是示出導(dǎo)體內(nèi)部電流密度的衰減的曲線(xiàn)圖;圖3描述導(dǎo)體內(nèi)部電流密度的相位變化;圖4描述當(dāng)交替地安排導(dǎo)體和電介質(zhì)時(shí)電流密度的相位變化;圖5A是用于分析根據(jù)本發(fā)明的多條線(xiàn)結(jié)構(gòu)電極的三條型帶狀線(xiàn)模型的透視圖;圖5B是圖5A模型中帶狀導(dǎo)體的放大的截面圖;圖5C是帶狀導(dǎo)體放大的截面圖;圖6是圖5C的多層多條線(xiàn)模型的二維等效電路圖;圖7是沿圖5C的多層多條線(xiàn)模型的一個(gè)方向的一維等效電路圖;圖8是用于模擬本發(fā)明的多條線(xiàn)結(jié)構(gòu)電極的三條型帶狀線(xiàn)模型的透視圖9A是傳統(tǒng)的電極的示圖,其結(jié)構(gòu)不是用于模擬的多條線(xiàn)結(jié)構(gòu);圖9B描述了模擬的電場(chǎng)分布結(jié)果;圖9C描述了模擬的相位分布結(jié)果;圖10A描述了模擬中使用的具有多條線(xiàn)結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的電極;圖10B描述了電場(chǎng)分布的模擬結(jié)果;圖10C描述了相位分布的模擬結(jié)果;圖11是截面圖,示出根據(jù)修改例子1的高頻低損失電極的配置;圖12是截面圖,示出根據(jù)修改例子2的高頻低損失電極的配置;圖13是截面圖,示出根據(jù)修改例子3的高頻低損失電極的配置;圖14是截面圖,示出根據(jù)修改例子4的高頻低損失電極的配置;圖15是截面圖,示出根據(jù)修改例子5的高頻低損失電極的配置;圖16是截面圖,示出根據(jù)修改例子6的高頻低損失電極的配置;圖17是截面圖,示出根據(jù)修改例子7的高頻低損失電極的配置;圖18是截面圖,示出根據(jù)修改例子8的高頻低損失電極的配置;圖19是截面圖,示出根據(jù)修改例子9的高頻低損失電極的配置;圖20是截面圖,示出根據(jù)修改例子10的高頻低損失電極的配置;圖21是截面圖,示出根據(jù)修改例子11的高頻低損失電極的配置;圖22是截面圖,示出根據(jù)修改例子12的高頻低損失電極的配置;圖23A是透視圖,示出環(huán)形帶諧振器的配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子1;圖23B是透視圖,示出環(huán)形諧振器的配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子2;圖23C是透視圖,示出微帶線(xiàn)的配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子3;圖23D是透視圖,示出共面線(xiàn)配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子4;圖24A是透視圖,示出共面帶狀線(xiàn)的配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子5;圖24B是透視圖,示出平行槽傳輸線(xiàn)的配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子6;
圖24C是透視圖,示出槽傳輸線(xiàn)的配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子7;圖24D是透視圖,示出高阻抗微帶線(xiàn)的配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子8;圖25A是透視圖,示出平行微帶線(xiàn)的配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子9;圖25B和25C是透視圖,都示出半波型微帶線(xiàn)諧振器的配置,作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子10;圖25D是透視圖,示出四分之一波型微帶線(xiàn)諧振器的配置,它作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子11;圖26A和26B是平面圖,都示出半波長(zhǎng)型微帶線(xiàn)濾波器的配置,作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子12;圖26C是平面圖,示出環(huán)形帶濾波器的配置,作為根據(jù)本發(fā)明的高頻低損失電極的應(yīng)用例子13;圖27是方塊圖,示出雙工器700的配置,它作為應(yīng)用例子14;及圖28描述了通過(guò)使用圖27的雙工器700而得到的應(yīng)用例子。
下面,將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高頻低損失電極。圖1示出了包含本實(shí)施例的高頻低損失電極1的三條型帶狀線(xiàn)。帶狀線(xiàn)具有這樣的配置,其中在矩形截面的電介質(zhì)2的中心部分形成具有預(yù)定寬度的高頻低損失電極1,并且平行于高頻低損失電極1形成接地電極3a和3b。在這個(gè)實(shí)施例的高頻低損失電極1中,如圖1的放大示圖所示,端部被分為分導(dǎo)體21、22和23,從而集中在端部的電場(chǎng)被分散,并且減小了高頻的導(dǎo)體損失。在這個(gè)實(shí)施例的高頻低損失電極1中,分導(dǎo)體23通過(guò)分導(dǎo)體33形成在主導(dǎo)體20的附近。另外,朝外面方向,依次形成分電介質(zhì)32、分導(dǎo)體22、分電介質(zhì)31和分導(dǎo)體21。
特別是,在這個(gè)實(shí)施例的高頻低損失電極1中,如此形成分導(dǎo)體21、22和23以及分電介質(zhì)31、32和33,從而位于離開(kāi)主導(dǎo)體20更遠(yuǎn)的分導(dǎo)體和分電介質(zhì)相應(yīng)地具有更小的寬度。另外,形成分導(dǎo)體21、22和23,從而寬度在應(yīng)用頻率處達(dá)到集膚深度δ的π/2倍,另外,分電介質(zhì)31、32和33的寬度如此設(shè)置,從而流過(guò)分導(dǎo)體21、22和23的電流大致上同相。相應(yīng)地,這個(gè)實(shí)施例的高頻低損失電極與傳統(tǒng)的例子的(設(shè)置有大致上統(tǒng)一寬度的分導(dǎo)體)的多條線(xiàn)電極相比,可以減小損失。
下面將詳細(xì)地描述這個(gè)實(shí)施例的高頻低損失電極1,包括設(shè)置各個(gè)分導(dǎo)體和各個(gè)分電介質(zhì)的線(xiàn)寬的方法。
1.各個(gè)分導(dǎo)體中的電流和相位(各個(gè)分導(dǎo)體內(nèi)部的電流和相位)通常,導(dǎo)體內(nèi)部的電流密度函數(shù)J(z)由下面的數(shù)學(xué)公式1表示,這是由在高頻產(chǎn)生的集膚效應(yīng)引起的。在數(shù)學(xué)公式1中,z表示從作為參照的表面(0)沿深度方向的距離,δ表示在角頻率ω(=2πf)處的集膚深度,這由數(shù)學(xué)公式2表示。另外,σ表示導(dǎo)電率,μo表示真空中的磁導(dǎo)率。相應(yīng)地,在導(dǎo)體內(nèi)部,電流密度在離表面更深的位置減小,如圖2所示。
2.J(z)=J0e-(1+j)z/δ(A/m2)[數(shù)學(xué)公式2]δ=2/ωμ0σ]]>相應(yīng)地,電流密度幅度絕對(duì)值由下面的數(shù)學(xué)公式3表示,并在z=δ處衰減到1/e。電流密度幅度的相位由數(shù)學(xué)公式4表示。當(dāng)z增加時(shí)(即,離開(kāi)表面更深的位置),相位在負(fù)側(cè)增加,并且在z=δ(表面集膚深度)處,相位和表面處相比減小了1rad(約60°)。
數(shù)學(xué)公式3abs(J(z))=|J0|e-z/δ數(shù)學(xué)公式4arg(J(z))=-z/δ相應(yīng)地,用電阻率ρ=1/σ,由下面的數(shù)學(xué)公式5表示功率損失Ploss。足夠厚的導(dǎo)體的總功率損失P0loss由公式6表示。當(dāng)z=δ,損失總功率損失P0loss的(1-e-2)倍,即損失86.5%。
數(shù)學(xué)公式5Ploss=∫02ρ|J(z)|2dz(ρ=1/σ:resistivity)]]>=ρ|J0|2δ/2(1-e-2z/δ)數(shù)學(xué)公式6P0loss=ρ|J0|2δ/2另外,通過(guò)使用電流密度函數(shù)J(z),由下面的數(shù)學(xué)公式7給出表面電流K。表面電流K是物理量,它與導(dǎo)體表面的磁場(chǎng)(下稱(chēng)表面磁場(chǎng))的切向分量相符。表面電流K與表面磁場(chǎng)同相,并與表面磁場(chǎng)具有相同的大小,即,A/m。
數(shù)學(xué)公式7K=∫0∞J(z)dz=δJ/(1+j)]]>如在數(shù)學(xué)公式7中所見(jiàn),如果在表面電流K(即表面磁場(chǎng))的相位是0°時(shí)觀察,在表面的電流密度J0的相位是45°。相應(yīng)地,導(dǎo)體內(nèi)的電流密度函數(shù)J(z)的相位可以由圖3所示的模型描述。另外,當(dāng)電流密度J0的相位是45°時(shí),表面電流K由下面的公式8給出。
數(shù)學(xué)公式8K=|K|=δ|J0|/2]]>假設(shè)電流密度幅值的相位不隨深度變化(類(lèi)似于直流),則表面電流由下面的公式9表示。
數(shù)學(xué)公式9K′=∫0∞|J0|e-2/δdz]]>=δ|J0|如通過(guò)比較公式8和9知道的,與直流的表面電流K′相比,在高頻處的表面電流K減小到
推測(cè)這是無(wú)效電流流動(dòng)的緣故。事實(shí)上,可以認(rèn)為可用公式5來(lái)表示根據(jù)公式9算出的總功率損失。
另一方面,如果由公式9表示的電流密度乘以
,從而表面電流相等,則在實(shí)現(xiàn)了相等的表面效應(yīng)的條件下整個(gè)的功率損失將是
%。
相應(yīng)地,在理想的限制條件下,即電流密度的相位等于0°,并且相位在導(dǎo)體內(nèi)部不受到改變,則可以將功率損失減小到50%。實(shí)際上,由于導(dǎo)體內(nèi)部電流密度的相位減小了,故難以實(shí)現(xiàn)上述理想狀態(tài)。
(每一個(gè)分導(dǎo)體中的電流和相位)但是,在交替層疊分導(dǎo)體和分電介質(zhì)的多條線(xiàn)結(jié)構(gòu)中,可以通過(guò)利用電介質(zhì)內(nèi)的電流密度相位增加的現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)圖4所示的相位在±θ范圍內(nèi)周期性變化的周期性的結(jié)構(gòu)。即,從特征上說(shuō),在本實(shí)施例的高頻低損失電極1中實(shí)現(xiàn)了這樣的結(jié)構(gòu),即,通過(guò)在上述周期性結(jié)構(gòu)中將θ設(shè)置在小值,分導(dǎo)體內(nèi)部的電流密度相位以0為中心在相對(duì)小范圍內(nèi)周期性地變化,因此減小了無(wú)效電流。
相應(yīng)地,從上述討論中可以得出下面兩點(diǎn)對(duì)于本實(shí)施例的高頻低損失電極1需要首選和滿(mǎn)足的。
(1)如此設(shè)置每一個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬,從而使電流密度相位的變化寬度(2θ)小。如在上述描述中見(jiàn)到的,由于分導(dǎo)體的線(xiàn)寬更窄,故相位的變化寬度可以進(jìn)一步減小,以達(dá)到上述理想的狀態(tài)。實(shí)際上,考慮到生產(chǎn)成本,相位較好地設(shè)置在θ≤90°,最好設(shè)置在θ≤45°。
設(shè)置在θ≤90°可以通過(guò)將每一個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬設(shè)置在πδ/2或更低而達(dá)到。另外,設(shè)置在θ≤45°可以通過(guò)將每一個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬設(shè)置在πδ/4或更低而達(dá)到。
(2)如此設(shè)置分電介質(zhì)的寬度,從而位于電流流入側(cè)的各個(gè)分導(dǎo)體中變化的電流密度相位被抵消。
2.用等效電路處理的多條線(xiàn)結(jié)構(gòu)下面,將參照簡(jiǎn)化的模型結(jié)構(gòu)描述本發(fā)明的高頻低損失電極的多條線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
圖5A示出了三條型條狀線(xiàn)模型,它可以相對(duì)容易地分析,并將用于下面的描述中。該模型具有這樣的配置,其中在電介質(zhì)102中設(shè)置具有矩形截面的帶狀導(dǎo)體101。帶狀導(dǎo)體101如此配置,從而截面如圖5B所示左右上下對(duì)稱(chēng)。另外,如圖5C所示,帶狀導(dǎo)體101在其端部具有多條線(xiàn)結(jié)構(gòu),沿厚度方向由多層構(gòu)成。更具體地說(shuō),帶狀導(dǎo)體101由許多分導(dǎo)體構(gòu)成,并具有矩陣結(jié)構(gòu),其中分導(dǎo)體(1,1),(2,1),(3,1),......是沿厚度方向安排的,而分導(dǎo)體(1,1),(1,2),(1,3)......是沿寬度方向安排的。
由圖5C中的多層多條線(xiàn)模型示出的二維等效電路可以由圖6表示。在圖6中,F(xiàn)cx表示導(dǎo)體沿其寬度方向的串聯(lián)矩陣,F(xiàn)cy表示導(dǎo)體沿厚度方向的串聯(lián)矩陣。相應(yīng)于各個(gè)分線(xiàn)的碼(1,1),(1,2)......被附加到Fcx和Fcy上。
Ft表示介質(zhì)層沿各條線(xiàn)的串聯(lián)矩陣。介質(zhì)層從最上面的層開(kāi)始計(jì)數(shù)。Fs表示相鄰的導(dǎo)線(xiàn)沿寬度方向的串聯(lián)矩陣,并從外面開(kāi)始計(jì)數(shù)。各個(gè)串聯(lián)矩陣Fcx,F(xiàn)cy,F(xiàn)t和Fs由下面的公式10到13表示。在公式10到13中,L和g表示每一個(gè)分導(dǎo)體的寬度和厚度,S表示相鄰的分導(dǎo)體之間的分電介質(zhì)的寬度。相應(yīng)地,串聯(lián)矩陣Fcx,F(xiàn)cy,F(xiàn)t和Fs相應(yīng)于各個(gè)分導(dǎo)體的寬度和厚度以及各個(gè)分電介質(zhì)的寬度。在這種情況下,Zs表示每一個(gè)導(dǎo)體的表面(特性)阻抗,并由Zs=(1+j){(ωμo)/(2σ)}表示。
數(shù)學(xué)公式10Fcx=cosh(1+jδ·L2)Zssinh(1+jδ·L2)1Zssinh(1+jδ·L2)cosh(1+jδ·L2)]]>數(shù)學(xué)公式11Fcy=cosh(1+jδ·g2)Zssinh(1+jδ·g2)1Zssinh(1+jδ·g2)cosh(1+jδ·g2)]]>數(shù)學(xué)公式12Ft=1jωμ0t(1-ϵmϵt)01]]>數(shù)學(xué)公式13Fs=1jωμ0S(1-ϵmϵs)01]]>相應(yīng)地,在理論上,各個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬L和厚度g,以及各個(gè)分電介質(zhì)的寬度S和厚度t可以如此設(shè)置,從而通過(guò)根據(jù)圖6的二維等效電路圖操作連接矩陣,使各個(gè)導(dǎo)電體的表面阻抗的實(shí)數(shù)部分(電阻分量)最小。
但是,根據(jù)圖6的二維等效電路以及在上述的條件下,難以分析決定各個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬L和厚度g以及各個(gè)分電介質(zhì)的寬度S和厚度t。
相應(yīng)地,發(fā)明人通過(guò)使用圖7的等效電路(它是圖6的等效電路的寬度方向的一維模型),在這樣的條件下得到由公式14表示的遞推式,即,各個(gè)分導(dǎo)體的表面阻抗的實(shí)數(shù)部分(電阻分量)是最小的。在參數(shù)b滿(mǎn)足遞推公式和公式15以及公式16的情況下,設(shè)置各個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬L和各個(gè)分電介質(zhì)的寬度S。圖7的等效電路是一維模型,其中圖6的等效電路取單層,單層的厚度方向不考慮。數(shù)學(xué)公式14bk+1=tanh-1(tan bk)數(shù)學(xué)公式15Lk+1=Lk(bk+1/bk)數(shù)學(xué)公式16Sk+1=Sk(bk+1/bk)如上所述,設(shè)置了各個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬L和各個(gè)分電介質(zhì)的寬度S,并通過(guò)有限元法估計(jì)高頻下的導(dǎo)體損失。已經(jīng)認(rèn)為,當(dāng)和將各個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬L和各個(gè)分電介質(zhì)的寬度S設(shè)置為相同值的情況相比,可以減小損失。當(dāng)設(shè)置各個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬L和各個(gè)分電介質(zhì)的寬度S時(shí),必須預(yù)先給出初值b1,L1和S1。在這個(gè)發(fā)明中,較好地,如此設(shè)置初值,從而各個(gè)電流密度的電流相位在±90°或±45°的范圍內(nèi)。作為用圖7的一維模型分析的結(jié)果,在L1和S1之間得出了滿(mǎn)意的關(guān)系,對(duì)該關(guān)系給予初值,以使表面電阻最小。將初值給予L1和S1,以便滿(mǎn)足關(guān)系,從而讓大致上同相的電流流過(guò)各個(gè)分導(dǎo)體。即,通過(guò)從電路理論的觀點(diǎn)檢查,推定各個(gè)電介質(zhì)的寬度要滿(mǎn)足的較好的條件是“分電介質(zhì)的寬度如此設(shè)置,從而消除了在電流流入側(cè)上的分導(dǎo)體中變化的電流密度相位”。因此,可以得到與第0039段描述的條件同樣的結(jié)果。
另外,發(fā)明人通過(guò)使用下面的數(shù)學(xué)公式17和18設(shè)置各個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬L和各個(gè)分電介質(zhì)的寬度S,其中公式17和18是模擬數(shù)學(xué)公式14的遞推公式的遞減函數(shù),替代公式14。在高頻處的導(dǎo)體損失通過(guò)有限元法估計(jì)。結(jié)果,認(rèn)定在上述方法中,和將分導(dǎo)體的線(xiàn)寬以及分電介質(zhì)的寬度S設(shè)置為相同值的情況相比,可以減小損失。
數(shù)學(xué)公式17bk+1=tanh-1bk數(shù)學(xué)公式18bk+1=tan bk當(dāng)給出不同初值時(shí),通過(guò)使用各個(gè)公式14、17和18得到的結(jié)果不同。因此,決定哪一個(gè)公式是最適合的非常困難。
即,通過(guò)使用一維模型決定公式14的遞歸公式,并且當(dāng)被提供給二維模型時(shí),不需要給出一個(gè)最佳的結(jié)果。實(shí)際上,在分導(dǎo)體的內(nèi)部,寬度方向和厚度方向相互影響,從而傳播矢量包括角度信息。但是,圖6的等效電路并不考慮角度信息。相應(yīng)地,公式14、17和18沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的物理意義,而是在二維模型中扮演一個(gè)試探函數(shù)的角色。因此在通過(guò)使用有限元法確認(rèn)通過(guò)使用這些試探函數(shù)得到的結(jié)果的有效性后,設(shè)置最后的線(xiàn)寬。
但是,從上述電路理論的討論,顯然,在高頻處的總導(dǎo)體損失可以通過(guò)將比較接近于外面的分線(xiàn)的寬度設(shè)置在更小的值來(lái)減小。還有,從上述相同的討論,顯然,當(dāng)使用單層、多線(xiàn)結(jié)構(gòu)時(shí),可以通過(guò)將比較接近于外側(cè)的分線(xiàn)的厚度設(shè)置在更小的值而減小總導(dǎo)體損失。
分導(dǎo)體的寬度和分電介質(zhì)的寬度是根據(jù)上述原理設(shè)置的。下面將描述通過(guò)有限元法模擬的結(jié)果。
下面描述的每一個(gè)模擬是通過(guò)使用一種模型進(jìn)行的,該模型將相對(duì)介質(zhì)常數(shù)為εr=45.6的介質(zhì)201填入全部的導(dǎo)體腔202內(nèi)(如圖8所示),并將電極10(200)設(shè)置在電介質(zhì)201的中心部分。電極10是根據(jù)本發(fā)明的電極,它具有多線(xiàn)結(jié)構(gòu),而電極200是傳統(tǒng)的電極,沒(méi)有多線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
圖9示出作為傳統(tǒng)例子的沒(méi)有多線(xiàn)結(jié)構(gòu)的電極200的電場(chǎng)分布和相位。通過(guò)使用其截面是圖9A所示的電極200的四分之一的模型進(jìn)行模擬。電極200的整個(gè)寬度W是400μm,而電極200的厚度T是11.842μm。作為模擬的結(jié)果,如圖9B所示,知道了電場(chǎng)集中到電極的端部,并且在電極200更為內(nèi)部的位置電場(chǎng)的相位更加減小,如圖9C所示。在2GHz處的模擬結(jié)果如下(1)衰減常數(shù)α0.79179Np/m,(2)相位常數(shù)β283.727rad/m,(3)導(dǎo)體Qc(=β/2α)179.129*對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的具有多條線(xiàn)結(jié)構(gòu)的低損失電極,如圖10A所示,在2GHz處的模擬結(jié)果如下。
(1)衰減常數(shù)α0.63009Np/m,(2)相位常數(shù)β283.566rad/m,(3)導(dǎo)體Qc(=β/2α)225.20在這種情況下,分導(dǎo)體21a、22a、23a和24a的導(dǎo)體線(xiàn)寬相應(yīng)為L(zhǎng)1=1.000μm,L2=1.166μm,L3=1.466μm和L4=2.405μm。
電介質(zhì)31a、32a、33a和34a的電介質(zhì)線(xiàn)寬相應(yīng)為S1=0.3μm,S2=0.35μm,S3=0.44μm和S4=0.721μm。
在上述模擬中,通過(guò)使用52.9MS/m的導(dǎo)體導(dǎo)電率σ、10.0的介質(zhì)線(xiàn)介質(zhì)常數(shù)εs進(jìn)行計(jì)算。
知道在本發(fā)明的具有多線(xiàn)結(jié)構(gòu)的電極中,如圖10B所示,電場(chǎng)被分散和分布在各個(gè)分導(dǎo)體和主導(dǎo)體20a的端部。另外,如圖10C所示,電場(chǎng)如此分布,從而各個(gè)分導(dǎo)體中的電場(chǎng)的相位大致上同相。
從上述討論,這個(gè)實(shí)施例的高頻低損失電極1要滿(mǎn)足的要求如下。
高頻低損失的要求(i)如此設(shè)置每一個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬,從而電流密度相位的變化寬度(2θ)很小。具體地講,較好地,相位角設(shè)置在θ≤90°,并且最好在θ≤45°。
(ii)形成分導(dǎo)體,從而其分導(dǎo)體在比較接近于外側(cè)的寬度更小。
(iii)形成分導(dǎo)體,從而分導(dǎo)體位于比較接近于外側(cè)的厚度更小。
(iv)分電介質(zhì)的寬度如此設(shè)置,從而分導(dǎo)體中位于電流流入側(cè)上的變化的電流密度相位分別被抵消。即,分電介質(zhì)的寬度如此設(shè)置,從而在各個(gè)分導(dǎo)體中流動(dòng)的電流大致上是同相的。
如在上述描述中可見(jiàn),在本發(fā)明的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體21、22和23以及分電介質(zhì)31、32和33如此形成,從而其分導(dǎo)體和分電介質(zhì)在離開(kāi)主導(dǎo)體20更遠(yuǎn)的位置上的寬度相應(yīng)地更小。形成各個(gè)分導(dǎo)體21、22和23,從而在應(yīng)用頻率處的最大寬度為集膚深度δ的π/2倍。另外,各個(gè)分電介質(zhì)31、32和33的寬度如此設(shè)置,從而流過(guò)各個(gè)分導(dǎo)體21、22和23的電流大致上同相。相應(yīng)地,在本實(shí)施例的高頻低損失電極1中,與作為傳統(tǒng)的例子設(shè)置有分導(dǎo)體(它具有大致上相等的寬度)的多條線(xiàn)電極相比,可以更多地減小損失,這將在下面詳細(xì)描述。
在上述本發(fā)明的較佳形式的實(shí)施例中,描述了一種高頻低損失電極1,它滿(mǎn)足要求(I),(ii),(iv),以減小上述高頻條件下的損失。根據(jù)本發(fā)明,滿(mǎn)足上述四個(gè)要求中至少一個(gè)要求的多種修改都是可能的。
修改例子1在修改例子1的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體201、202、203和204以及分電介質(zhì)301、302、303和304交替設(shè)置在電極端部,如圖11所示。在修改例子1中,分導(dǎo)體202、203和204設(shè)置為同樣的寬度,分導(dǎo)體201的寬度最大為δπ/2。較好地,最大為δπ/4,并比每一個(gè)分導(dǎo)體202、203和204窄。另外,形成分電介質(zhì)301、302、303和304以具有大致上相同的寬度。如上所述,當(dāng)與傳統(tǒng)的例子比較時(shí),高頻處的導(dǎo)體損失可以通過(guò)將多個(gè)分導(dǎo)體中位于最接近于外面的分導(dǎo)體的寬度設(shè)置在δπ/2或更小來(lái)減小。
較好地,在這個(gè)修改例子1中,將所有分導(dǎo)體的寬度都設(shè)置在δπ/2或更小。更好地,將分導(dǎo)體201的線(xiàn)寬設(shè)置在δπ/4或更小,并將分導(dǎo)體202、203和204的寬度設(shè)置在δπ/2或更小。另外,在修改例子1中,位于最接近于外面的分導(dǎo)體201的寬度設(shè)置為相對(duì)較小的值。根據(jù)本發(fā)明,分導(dǎo)體202、203和204中至少有一個(gè)可以更窄,即,可以具有最大為δπ/2,最好是δπ/4的寬度。
修改例子2在修改例子2的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體205、206、207和208以及分電介質(zhì)305、306、307和308交替設(shè)置在電極的端部,如圖12所示。在這個(gè)修改例子2中,如此設(shè)置分導(dǎo)體205、206、207和208,從而它們位于更為接近于外面的分導(dǎo)體的寬度更小。將分導(dǎo)體205的線(xiàn)寬設(shè)置在δπ/2或更小,較好地設(shè)置在δπ/4或更小。另外,分電介質(zhì)305、306、307和308設(shè)置得具有大致上相同的寬度。在如上所述配置的修改例子2的高頻低損失電極中,位于更為接近于外面的分導(dǎo)體具有更小的寬度,位于最接近于外面的最外面的分導(dǎo)體205的寬度為δπ/2或更小,或δπ/4或更小。相應(yīng)地,導(dǎo)體損失與傳統(tǒng)的例子相比可以減小。
修改例子3在修改例子3的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體209、210、211和212以及分電介質(zhì)309、310、311和312交替地設(shè)置在電極端部,如圖13所示。在該修改例子3中,分導(dǎo)體209、210、211和212的寬度設(shè)置在大致上相同的寬度。分電介質(zhì)309、310、311和312如此形成,從而它們位于更為接近于外面的分電介質(zhì)具有更小的寬度。有了上述配置,與傳統(tǒng)的例子相比,在高頻處的導(dǎo)體損失可以減小。
在修改例子3的高頻低損失電極中,較好地,各個(gè)分導(dǎo)體的寬度設(shè)置在δπ/2或更小,或設(shè)置在δπ/4或更小。
修改例子4
在修改例子4的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體213、214、215和216以及分電介質(zhì)313、314、315和316交替設(shè)置在電極端部,如圖14所示。在這個(gè)修改例子4中,分導(dǎo)體213、214、215和216以及分電介質(zhì)313、314、315和316如此形成,從而它們的分導(dǎo)體和它們的分電介質(zhì)相應(yīng)地具有更小的值。
在如上所述配置的修改例子4的高頻低損失電極中,可減小端部的表面電阻,因此與傳統(tǒng)的例子相比,可以減小高頻處的導(dǎo)體損失。
在這個(gè)修改例子4中,各個(gè)分導(dǎo)體的線(xiàn)寬最好設(shè)置在δπ/2或更小,更好地設(shè)置在δπ/4或更小,因此各個(gè)分導(dǎo)體中的無(wú)效電流可以減小。
修改例子5在修改例子5的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體217、218、219和220以及分電介質(zhì)317、318、319和320交替設(shè)置在電極端部,如圖15所示。在修改例子5中,分導(dǎo)體217、218、219和220如此形成,從而它們位于更為接近于外面的分導(dǎo)體具有更小的厚度,還有,分電介質(zhì)317、318、319和320如此形成,從而它們位于更為接近于外面的分電介質(zhì)具有更小的厚度。分導(dǎo)體217、218、219和220大致上設(shè)置為相同的寬度,并且線(xiàn)寬設(shè)置在δπ/2或更小,較好地設(shè)置在δπ/4或更小。在如上所述配置的修改例子5的高頻低損失電極中,電流可以有效地分散到各個(gè)分導(dǎo)體中,并且高頻處的導(dǎo)體損失與傳統(tǒng)例子相比可以減小。
修改例子6圖16是截面圖,示出修改例子6的高頻低損失電極的配置。這個(gè)高頻低損失電極具有與修改例子5的高頻低損失電極相同的配置,不同的是替代分導(dǎo)體317,使用了分電介質(zhì)380,它具有集合在一起的分電介質(zhì)317、318、319和320。
如上所述配置的修改例子6的高頻低損失電極具有類(lèi)似于修改例子5的效果。
修改例子7在修改例子7的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體221、222、223和224以及分電介質(zhì)321、322、323和324交替設(shè)置在電極的端部,如圖17所示。在修改例子7中,如此形成分導(dǎo)體221、222、223和224,從而它們位于更為接近于外面的分導(dǎo)體具有更小的寬度和更小的厚度。并且如此形成分電介質(zhì)321、322、323和324,從而它們位于更為接近于外面的分電介質(zhì)具有更小的寬度和更小的厚度。較好地,分導(dǎo)體221、222、223和224的線(xiàn)寬設(shè)置在δπ/2或更小,最好設(shè)置在δπ/4或更小。在如上所述配置的修改例子7的高頻低損失電極中,電流可以有效地分散到各個(gè)分導(dǎo)體中,高頻處的導(dǎo)體損失與傳統(tǒng)的例子相比可以減小。
修改例子8圖18是示出修改例子8的高頻低損失電極的配置的截面圖。這個(gè)高頻低損失電極具有與修改例子7相同的配置,不同之處是代替了修改例子7的高頻低損失電極中的分電介質(zhì)321、322、323和324,使用了分電介質(zhì)390,它具有集合在一起的分電介質(zhì)321、322、323和324。
如上所述配置的修改例子8的高頻低損失電極具有類(lèi)似于修改例子7的效果修改例子9在修改例子9的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體225、226、227和228以及分電介質(zhì)325、326、327和328交替設(shè)置在電極端部,如圖19所示。在修改例子9中,分導(dǎo)體225、226、227和228以及分電介質(zhì)325、326、327和328如此設(shè)置和形成,從而它們位于更為接近于外面的分導(dǎo)體和分電介質(zhì)相應(yīng)地具有更小的寬度。在修改例子9中,其特征在于,分電介質(zhì)325、326、327和328由具有比分電介質(zhì)325、326、327和328周?chē)碾娊橘|(zhì)2更低的介質(zhì)常數(shù)的材料制成。
在如上所述配置的修改例子9的高頻低損失電極中,可以進(jìn)一步減小在電極端部中流動(dòng)的無(wú)效電流。
修改例子10如圖20所示,修改例子10的高頻低損失電極具有與修改例子9相同的配置,不同的是代替了修改例子9的高頻低損失電極的分電介質(zhì)325、326、327和328,使用分電介質(zhì)325a、326a、327a和328a。其特征在于,分電介質(zhì)325a、326a、327a和328a由介質(zhì)常數(shù)比分電介質(zhì)325a、326a、327a和328a周?chē)慕橘|(zhì)2的介質(zhì)常數(shù)更低的材料制成,此外,它們位于更為接近于外面的分電介質(zhì)具有更高的介質(zhì)常數(shù)。
在如上所述配置的修改例子10的高頻低損失電極中,可以阻止位于最接近于外面的分電介質(zhì)電場(chǎng)強(qiáng)度的增加,并且可以增強(qiáng)處于大功率的功率耐久性。
修改例子11在作為修改例子11的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體229、230、231和232以及分電介質(zhì)329、330、331和332交替設(shè)置在電極端部,如圖21所示。在修改例子11中,分導(dǎo)體229、230、231和232以及分電介質(zhì)329、330、331和332如此形成,從而它們位于更為接近于外面的分導(dǎo)體和分電介質(zhì)相應(yīng)地具有更小的寬度。其特征在于,在修改例子11中,分導(dǎo)體229、230、231和232的導(dǎo)電率相互不同。
在如上所述配置的修改例子11的高頻低損失電極中,可以通過(guò)由導(dǎo)電率比主導(dǎo)體更低的導(dǎo)體形成分導(dǎo)體229、230、231和232,增加分導(dǎo)體229、230、231和232的寬度。這便利了高頻低損失電極的生產(chǎn)。
修改例子12修改例子12的高頻低損失電極與修改例子9相同,不同的是代替修改例子9的高頻低損失電極中的主導(dǎo)體20,使用了由交替層疊的薄膜導(dǎo)體121和薄膜電介質(zhì)131構(gòu)成的薄膜多層電極120。使用這種配置,可以緩和主導(dǎo)體120中的集膚效應(yīng)。因此,可以減小主導(dǎo)體120中的導(dǎo)體損失。另外,可以減小高頻處的損失。
另外,在修改例子12中,可以使用由超導(dǎo)體制成的主導(dǎo)體來(lái)代替由薄膜多層電極制成的主導(dǎo)體120。使用上述配置,由超導(dǎo)體制成的主導(dǎo)體的端部中的電流密度可以減小。因此,主導(dǎo)體的端部可以制得在臨界電流密度或更低電流密度下工作。
如上所述,可以實(shí)現(xiàn)具有不同配置的本發(fā)明的高頻低損失電極。上述實(shí)施例和修改例子描述的是三個(gè)或四個(gè)分導(dǎo)體的情況,作為例子。不需說(shuō),本發(fā)明不限于三個(gè)或四個(gè)分導(dǎo)體。對(duì)于配置,可以使用五十到一百個(gè)或更多的分導(dǎo)體??梢酝ㄟ^(guò)增加分導(dǎo)體的數(shù)量和縮短分導(dǎo)體的寬度進(jìn)一步減小損失。
本發(fā)明的高頻低損失電極可以通過(guò)利用低損失的特性,應(yīng)用于各種裝置。下面,將描述本發(fā)明的應(yīng)用例子。
應(yīng)用例子1圖23A是透視圖,示出應(yīng)用例子1的環(huán)形帶式諧振器的配置。環(huán)形帶式諧振器包含矩形介質(zhì)基片401、形成在介質(zhì)基片401下表面上的接地導(dǎo)體551以及形成在基片401上表面上的環(huán)形導(dǎo)體501。在這個(gè)環(huán)形帶式諧振器中,環(huán)形導(dǎo)體501由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,它的周?chē)哂兄辽僖粋€(gè)分導(dǎo)體,因此,端部的導(dǎo)體損失與傳統(tǒng)的沒(méi)有分導(dǎo)體的環(huán)形導(dǎo)體相比可以減小。結(jié)果,在圖23A的應(yīng)用例子1的環(huán)形帶式諧振器中,無(wú)載Q與傳統(tǒng)的環(huán)形帶式諧振器相比可以增大。
應(yīng)用例子2圖23B是透視圖,示出應(yīng)用例子2的環(huán)形諧振器的配置。環(huán)形諧振器包含矩形的介質(zhì)基片402、形成在環(huán)形介質(zhì)基片402下表面上的接地導(dǎo)體552以及形成在環(huán)形基片402上表面上的環(huán)形導(dǎo)體502。在這個(gè)環(huán)形帶式諧振器中,環(huán)形導(dǎo)體502由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,它的周?chē)兄辽僖粋€(gè)分導(dǎo)體。端部的導(dǎo)體損失與傳統(tǒng)的沒(méi)有分導(dǎo)體的環(huán)形導(dǎo)體相比可以減小。結(jié)果,在圖23B的應(yīng)用例子2的環(huán)形諧振器中,無(wú)載Q與傳統(tǒng)的諧振器相比可以增大。在應(yīng)用例子2的環(huán)形諧振器中,接地導(dǎo)體552可以由本發(fā)明的高頻低損失電極制成。有了這樣的配置,可以進(jìn)一步增大無(wú)載Q。
應(yīng)用例子3圖23C是透視圖,示出應(yīng)用例子3的微帶線(xiàn)的配置。微帶線(xiàn)包含介質(zhì)基片403、形成在介質(zhì)基片403下表面上的接地導(dǎo)體553以及形成在基片403上表面上的帶狀導(dǎo)體503。在這個(gè)微帶線(xiàn)中,帶狀導(dǎo)體503由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,它在帶狀導(dǎo)體503的相對(duì)側(cè)上的每一端部上(圖23C中用圓圈表示)具有至少一個(gè)分導(dǎo)體,并且端部的導(dǎo)體損失與傳統(tǒng)的沒(méi)有分導(dǎo)體的帶狀導(dǎo)體相比可以減小。結(jié)果,在圖23C的應(yīng)用例子3的微帶線(xiàn)中,傳輸損失與傳統(tǒng)微帶線(xiàn)相比可以減小。
應(yīng)用例子4圖23D是透視圖,示出應(yīng)用例子4的共面線(xiàn)的配置。共面線(xiàn)包含介質(zhì)基片403、以預(yù)定的間隔設(shè)置在介質(zhì)基片403上表面上的接地導(dǎo)體554a和554b,以及形成在接地導(dǎo)體554a和554b之間的帶狀導(dǎo)體504。在共面線(xiàn)中,帶狀導(dǎo)體504由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,它在帶狀導(dǎo)體504的相對(duì)側(cè)上的每一個(gè)端部(由圖23D中的圓圈指出)有至少一個(gè)分導(dǎo)體,每一個(gè)接地導(dǎo)體554a和554b由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,它在其內(nèi)側(cè)端部上(由圖23D中的圓圈指出)有至少一個(gè)分導(dǎo)體。有了圖23D的應(yīng)用例子4的共面線(xiàn)的配置,傳輸損失與傳統(tǒng)的共面線(xiàn)相比可以減小。
應(yīng)用例子5圖24A是透視圖,示出應(yīng)用例子5的共面帶狀線(xiàn)的配置。共面帶狀線(xiàn)包含介質(zhì)基片403、以預(yù)定的間隔設(shè)置的帶狀導(dǎo)體505和接地導(dǎo)體555,它們平行地設(shè)置在介質(zhì)基片403的上表面上。在共面帶狀線(xiàn)中,帶狀導(dǎo)體505由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,它在其相對(duì)側(cè)上的每一個(gè)端部(由圖24A中的圓圈指出)有至少一個(gè)分導(dǎo)體,并且接地導(dǎo)體555由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,它在其內(nèi)側(cè)的端部上(由圖24A的圓圈指出)具有至少一個(gè)分導(dǎo)體,與帶狀導(dǎo)體505相對(duì)。有這樣的配置,圖24A所示的應(yīng)用例子5的共面帶狀線(xiàn)的傳輸損失與傳統(tǒng)的共面帶狀線(xiàn)相比可以減小。
應(yīng)用例子6圖24B是透視圖,示出應(yīng)用例子6的平行槽線(xiàn)的配置。平行槽線(xiàn)包含介質(zhì)基片403、以預(yù)定的間隔形成在介質(zhì)基片403的上表面上的導(dǎo)體506a和導(dǎo)體506b以及以預(yù)定的間隔形成在介質(zhì)基片403下表面上的導(dǎo)體506c與506d。在平行槽線(xiàn)中,導(dǎo)體506a和506b由高頻低損失電極制成,它在其相互面對(duì)的各個(gè)內(nèi)側(cè)端部(由圖24B的圓圈指出)具有至少一個(gè)分導(dǎo)體。導(dǎo)體506c和導(dǎo)體506d由高頻低損失電極制成,它在其相互面對(duì)的端部(由圖24B的圓圈指出)具有至少一個(gè)分導(dǎo)體。有了這樣的配置,在圖24B的應(yīng)用例子6的平行槽線(xiàn)中,傳輸損失與傳統(tǒng)的平行槽線(xiàn)相比可以減小。
應(yīng)用例子7圖24C是透視圖,示出應(yīng)用例子7的槽型線(xiàn)的配置。槽型線(xiàn)包含介質(zhì)基片403、以預(yù)定間隔設(shè)置在介質(zhì)基片403的上表面上的導(dǎo)體507a和507b。在槽型線(xiàn)中,導(dǎo)體507a和507b由高頻低損失電極制成,它在其相對(duì)的內(nèi)側(cè)端部(由圖24C的圓圈指出)具有至少一個(gè)分導(dǎo)體。有了這樣的配置,在圖24C的應(yīng)用例子7的槽型線(xiàn)中,與傳統(tǒng)的槽型線(xiàn)相比可以減小傳輸損失。
應(yīng)用例子8圖24D是透視圖,示出應(yīng)用例子8的高阻抗微帶線(xiàn)的配置。高阻抗微帶線(xiàn)包含介質(zhì)基片403、形成在介質(zhì)基片403的上表面上的帶狀導(dǎo)體508,以及以預(yù)定間隔形成在介質(zhì)基片403的下表面上的接地導(dǎo)體558a和558b。在高阻抗微帶線(xiàn)中,帶狀導(dǎo)體508由高頻低損失電極制成,它在其相對(duì)側(cè)上的每一個(gè)端部(由圖24B的圓圈指出)具有至少一個(gè)分導(dǎo)體。接地導(dǎo)體558a和558b在其相對(duì)的各個(gè)內(nèi)側(cè)端部(由圖24D中的圓圈指出)具有至少一個(gè)分導(dǎo)體。在這種配置下,在圖24D的應(yīng)用例子8的高阻抗微帶線(xiàn)中,傳輸損失與傳統(tǒng)的高阻抗微帶線(xiàn)相比可以減小。
應(yīng)用例子9圖25A是透視圖,示出應(yīng)用例子9的平行微帶線(xiàn)配置。平行微帶線(xiàn)包含介質(zhì)基片403a,其中在其一個(gè)側(cè)面上形成有接地導(dǎo)體559a,在其另一個(gè)側(cè)面上形成有帶狀導(dǎo)體509a,以及介質(zhì)基片403b,其中在其一個(gè)側(cè)面上形成有接地導(dǎo)體559b,在另一個(gè)側(cè)面上形成有帶狀導(dǎo)體509b,其中介質(zhì)基片403a和403b平行地安排,從而帶狀導(dǎo)體509a和509b相對(duì)地設(shè)置。在平行微帶線(xiàn)中,每一個(gè)帶狀導(dǎo)體509a和509b由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,它在其相對(duì)的每一個(gè)端部(由圖25A的圓圈指出)具有至少一個(gè)分導(dǎo)體。結(jié)果,圖25A的應(yīng)用例子9的平行微帶線(xiàn)中,與傳統(tǒng)的平行微帶線(xiàn)相比可以減小傳輸損失。
應(yīng)用例子10圖25B是透視圖,示出應(yīng)用例子10的半波型微帶線(xiàn)諧振器的配置。半波型微帶線(xiàn)諧振器包含介質(zhì)基片403、形成在介質(zhì)基片403下表面上的接地導(dǎo)體560,以及形成在介質(zhì)基片403上表面上的帶狀導(dǎo)體510。在這樣的半波型微帶線(xiàn)諧振器中,帶狀導(dǎo)體510由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,并包含主導(dǎo)體510a,以及沿主導(dǎo)體510a的相對(duì)側(cè)上的每一個(gè)端部形成的三個(gè)分導(dǎo)體510b。端部中的導(dǎo)體損失與傳統(tǒng)的沒(méi)有分導(dǎo)體的帶狀導(dǎo)體相比可以減小。結(jié)果,圖25B的應(yīng)用例子10的半波微帶線(xiàn)諧振器的無(wú)載Q與傳統(tǒng)的半波微帶線(xiàn)諧振器相比可以增大。
關(guān)于上述半波型微帶線(xiàn)諧振器中的帶狀導(dǎo)體510,如圖25C所示,主導(dǎo)體510a和分導(dǎo)體510b可以通過(guò)設(shè)置在它們的相對(duì)端部的導(dǎo)體511相互連接。
應(yīng)用例子11圖25D是透視圖,示出應(yīng)用例子11的四分之一波型微帶線(xiàn)諧振器的配置。四分之一波型微帶線(xiàn)諧振器包含介質(zhì)基片403、形成在介質(zhì)基片403下表面上的接地導(dǎo)體562以及形成在介質(zhì)基片403上表面上的帶狀導(dǎo)體512。在這樣的四分之一波型微帶線(xiàn)諧振器中,帶狀導(dǎo)體512由本發(fā)明的高頻低損失電極制成,并包含主導(dǎo)體512a和沿主導(dǎo)體512a的相對(duì)側(cè)的每個(gè)端部形成的三個(gè)分導(dǎo)體512b。主導(dǎo)體512a和分導(dǎo)體512連接到介質(zhì)基片403一側(cè)的接地導(dǎo)體562。主導(dǎo)體512a和分導(dǎo)體512b連接到介質(zhì)基片403側(cè)表面中的接地導(dǎo)體562。如上所述配置的圖25D的應(yīng)用例子11的四分之一波型微帶線(xiàn)諧振器的無(wú)載Q與傳統(tǒng)的四分之一波微帶線(xiàn)諧振器相比可以增大。
應(yīng)用例子12
圖26A是平面圖,示出半波型微帶線(xiàn)濾波器的配置。半波型微帶線(xiàn)濾波器具有這樣的配置,其中三個(gè)以和應(yīng)用例子10一樣的方法形成的半波型微帶線(xiàn)諧振器651安排在用于輸入的微帶線(xiàn)601和用于輸出的微帶線(xiàn)602之間,它們是通過(guò)與應(yīng)用例子8相同的方法形成的。在如上形成的半波型微帶線(xiàn)濾波器中,用于輸入的微帶線(xiàn)601以及用于輸出的微帶線(xiàn)602的傳輸損失可以減小。另外,可以增大半波型微帶線(xiàn)諧振器651的無(wú)載Q。相應(yīng)地,與傳統(tǒng)的半波型微帶線(xiàn)濾波器相比,可以減小介入損失,可以增加帶外衰減。
另外,在應(yīng)用例子12的半波型微帶線(xiàn)濾波器中,如圖26B所示,半波型微帶線(xiàn)諧振器651可以如此設(shè)置,從而它們的端面相對(duì)。
半波型微帶線(xiàn)諧振器651的數(shù)量不限于三個(gè)或四個(gè)。
應(yīng)用例子13圖26C是平面圖,示出應(yīng)用例子13的環(huán)形帶式濾波器的配置。環(huán)形帶式濾波器有這樣的配置,其中將以和應(yīng)用例子1相同的方法形成的三個(gè)環(huán)形帶式諧振器660安排在用于輸入的微帶線(xiàn)601和用于輸出的微帶線(xiàn)602之間,它們以和應(yīng)用例子8相同的方法形成。在如上形成的環(huán)形帶式濾波器中,用于輸入的微帶線(xiàn)601和用于輸出的微帶線(xiàn)602的傳輸損失可以減小,另外,環(huán)形帶式諧振器660的無(wú)載Q可增大。相應(yīng)地,可以減小介入損失,并可以增加帶外衰減。
另外,在應(yīng)用例子13的環(huán)形帶式濾波器中,環(huán)形帶式諧振器660的數(shù)量不限于三個(gè)。
應(yīng)用例子14圖27是方塊圖,示出應(yīng)用例子14的雙工器700的配置。雙工器700包含天線(xiàn)端T1、接收端T2、發(fā)送端3、設(shè)置在天線(xiàn)端T1和接收端T2之間的接收濾波器701以及設(shè)置在天線(xiàn)端T1和發(fā)送端T3之間的發(fā)送濾波器702。在應(yīng)用例子14的雙工器700中,接收濾波器701和發(fā)送濾波器702分別由應(yīng)用例子12或13的濾波器形成。
如上所述配置的雙工器700用于接收-發(fā)送信號(hào)具有極好的分離特性。
另外,在雙工器700中,如圖28所示,天線(xiàn)連接到天線(xiàn)端T1,接收電路801連接到接收端T2,發(fā)送電路802連接到發(fā)送端T3,并例如用作移動(dòng)通信系統(tǒng)的便攜式終端。
如上所述,在根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,至少兩個(gè)沿主導(dǎo)體的側(cè)面形成的分導(dǎo)體如此形成,從而它們位于更為接近于外面的分導(dǎo)體具有更小的寬度。因此可有效地小導(dǎo)體損失。
較好地,在本發(fā)明的高頻低損失電極中,分導(dǎo)體中位于最接近于外面的分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/2倍。結(jié)果,最接近于外面的分導(dǎo)體中的無(wú)效電流可以減小,由此,可以有效地減小導(dǎo)體損失。
更好地,分導(dǎo)體中最接近于外面的分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/3倍,由此,可以進(jìn)一步減小無(wú)效電流,并且可以有效減小導(dǎo)體損失。
在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,較好地通過(guò)將每一個(gè)分導(dǎo)體的寬度設(shè)置得小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/2倍,可以減小所有分導(dǎo)體中的無(wú)效電流,由此,可以有效而充分地減小導(dǎo)體損失。
較好地,在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,如此設(shè)置多個(gè)分導(dǎo)體,從而它們位于更為接近于外面的分導(dǎo)體更薄。結(jié)果,可以更為有效地減小導(dǎo)體損失。
更好地,在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,主導(dǎo)體和與主導(dǎo)體相鄰的分導(dǎo)體之間的間隔,以及相鄰的分導(dǎo)體之間的間隔如此設(shè)置,從而位于更為接近于外面的間隔相應(yīng)于各個(gè)相鄰的分導(dǎo)體的寬度而更短。結(jié)果,大致上同相的電流可以流過(guò)各個(gè)分導(dǎo)體,并且可以有效地減小導(dǎo)體損失。
更好地,在本發(fā)明的第一個(gè)高頻低損失電極中,分電介質(zhì)分別設(shè)置在分導(dǎo)體之間,并形成多個(gè)分電介質(zhì),從而它們位于更為接近于外面的分電介質(zhì)相應(yīng)于相鄰的各分導(dǎo)體的寬度具有更小的介質(zhì)常數(shù),以使大致上同相的電流流過(guò)各個(gè)分導(dǎo)體。相應(yīng)地,導(dǎo)體損失可以有效地減小。
在本發(fā)明的第二個(gè)高頻低損失電極中,至少一個(gè)分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/2倍。結(jié)果,其寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/2倍的分導(dǎo)體中的無(wú)效電流可以減小,并且導(dǎo)體損失可以有效地減小。
較好地,在本發(fā)明的第二個(gè)高頻低損失電極中,至少一個(gè)分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/3倍。結(jié)果,可以減小無(wú)效電流,并可以有效地減小導(dǎo)體損失。
更好地,在本發(fā)明的第二個(gè)高頻低損失電極中,位于分導(dǎo)體最外面的分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/2倍,或小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/3倍。結(jié)果,可更有效地減小導(dǎo)體損失。
本發(fā)明的第一個(gè)高頻諧振器包含本發(fā)明的第一個(gè)或第二個(gè)高頻低損失電極,由此可以增大無(wú)載Q。
另外,本發(fā)明的高頻傳輸線(xiàn)包含上述第一個(gè)或第二個(gè)高頻低損失電極。結(jié)果可以減小傳輸損失。
另外,本發(fā)明的高頻諧振器包含高頻傳輸線(xiàn),其長(zhǎng)度設(shè)置為四分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍。結(jié)果,無(wú)載Q可以增大,并容易生產(chǎn)諧振器。
權(quán)利要求
1.一種高頻低損失電極,其特征在于包含主導(dǎo)體和沿主導(dǎo)體的側(cè)面形成的至少兩個(gè)分導(dǎo)體,所述分導(dǎo)體如此形成,從而它們位于更為接近于外面的分導(dǎo)體具有更小的寬度。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻低損失電極,其特征在于位于最接近于分導(dǎo)體的外側(cè)的分導(dǎo)體具有小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/2倍的寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的高頻低損失電極,其特征在于最接近于所述分導(dǎo)體的外側(cè)的分導(dǎo)體具有小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/3倍的寬度。
4.如權(quán)利要求1到3的任一條所述的高頻低損失電極,其特征在于所述每一個(gè)分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/2倍。
5.如權(quán)利要求1到4的任一條所述的高頻低損失電極,其特征在于所述多個(gè)分導(dǎo)體如此形成,從而其位于更為接近于外側(cè)的分導(dǎo)體更薄。
6.如權(quán)利要求1到5所述的高頻低損失電極,其特征在于分電介質(zhì)分別設(shè)置在主導(dǎo)體和與主導(dǎo)體相鄰的分導(dǎo)體之間,以及相鄰的分導(dǎo)體之間。
7.如權(quán)利要求1到6的任一條所述的高頻低損失電極,其特征在于主導(dǎo)體和與主導(dǎo)體相鄰的分導(dǎo)體之間的間隔,以及相鄰的分導(dǎo)體之間的間隔如此形成,從而其位于更為接近于外側(cè)的間隔更短。
8.如權(quán)利要求6所述的高頻低損失電極,其特征在于多個(gè)分電介質(zhì)如此形成,從而其位于更為接近于外側(cè)的分電介質(zhì)具有更小的介質(zhì)常數(shù)。
9.一種高頻低損失電極,其特征在于包含主導(dǎo)體以及沿所述主導(dǎo)體的側(cè)面形成的至少一個(gè)分導(dǎo)體,至少一個(gè)所述分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/2倍。
10.如權(quán)利要求9所述的高頻低損失電極,其特征在于至少一個(gè)所述分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/3倍。
11.如權(quán)利要求9和10所述的高頻低損失電極,其特征在于位于最接近于所述分導(dǎo)體外面的分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/2倍。
12.如權(quán)利要求11所述的高頻低損失電極,其特征在于位于最接近于所述分導(dǎo)體的外面的分導(dǎo)體的寬度小于在應(yīng)用頻率處集膚深度δ的π/3倍。
13.如權(quán)利要求1到5中的任一條的高頻低損失電極,其特征在于分別將分電介質(zhì)設(shè)置在主導(dǎo)體和與主導(dǎo)體相鄰的分導(dǎo)體之間,以及相鄰的分導(dǎo)體之間。
14.如權(quán)利要求1到13任一條所述的高頻低損失電極,其特征在于主導(dǎo)體是薄膜多層電極,包含交替層疊的薄膜導(dǎo)體和薄膜電介質(zhì)。
15.如權(quán)利要求1到14任一條所述的高頻低損失電極,其特征在于主導(dǎo)體和分導(dǎo)體中至少有一個(gè)是由超導(dǎo)體制成的。
16.一種高頻諧振器,其特征在于包含如權(quán)利要求1到14中任一條所述的高頻低損失電極。
17.一種高頻傳輸線(xiàn),其特征在于包含如權(quán)利要求1到14中任一條所述的高頻低損失電極。
18.一種高頻諧振器,其特征在于包含如權(quán)利要求17所述的高頻傳輸線(xiàn),其長(zhǎng)度設(shè)置在四分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
19.一種高頻濾波器,其特征在于包含如權(quán)利要求16和18中的任一條所述的高頻諧振器。
20.一種天線(xiàn)共用裝置,其特征在于包含如權(quán)利要求19所述的高頻濾波器。
21.一種通信設(shè)備,其特征在于包含如權(quán)利要求19所述的高頻濾波器和如權(quán)利要求20所述的天線(xiàn)共用裝置中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高頻電極,包含主導(dǎo)體和沿主導(dǎo)體的側(cè)面形成的至少兩個(gè)分導(dǎo)體。分導(dǎo)體如此形成,從而它們位于更為接近于外面的分導(dǎo)體的寬度更小。
文檔編號(hào)H01B1/02GK1255754SQ9911850
公開(kāi)日2000年6月7日 申請(qǐng)日期1999年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月1日
發(fā)明者日高青路, 阿部真, 太田充昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所
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