用於空腔共振器的饋送結構的製作方法

2023-05-10 17:31:01 2

專利名稱：用於空腔共振器的饋送結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於空腔共振器的饋送結構。此外，本發明涉及微波裝置。
背景技術：
作為用於微波裝置的最優選類型的共振器之一，在微波封裝結構中已經實現各種空腔共振器。如果這種空腔共振器用在封裝內，特別是用於過濾器，則關鍵是要實現從饋送線到共振器的足夠的耦合水平，因為可實現的耦合量限定能設計微波裝置所用的帶寬範圍。然而，用於製造的設計規則經常阻止結構實現期望的耦合量。例如從第28屆歐洲微波會議論文集(1998年664-668頁)的L. Harle等人的「Theeffects of slot positioning on the bandwidth oi a micromachined resonator，'ロ丁以了解空腔共振器。此處，通過與諸如微帶線的平面發射線(饋送線)槽隙耦合來饋送空腔。 然而，這種耦合太弱，並且利用這種耦合，微波裝置的帶寬對於許多應用變得太窄。為了增大f禹合的量，已經例如從J. -H. Lee等人的「Comparative study ofreeding techniques for three-dimensional cavity resonators at 60 brfz，. (IEEETransactions on Advanced Packaging,Vol. 30,No. I,Feb. 2007,pp. 115-123)研發用於空腔共振器的其他類型饋送結構。在這種空腔共振器中，為了空腔和其平面饋送線之間的耦合，設置通路探頭(via probe)，其到達空腔中，並與空腔的底部有一定的間隙，這是因為從槽到饋送線的耦合經常太弱而不能獲得用於過濾器應用的臨界耦合水平。然而，通路探頭的精密製造最終要求附加的層掩膜以實施該間隙。當以下參照微波頻率吋，一般理解成從至少0. 3GHz到3THz的頻率範圍，即包括通常稱為毫米波頻率的頻率。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於空腔共振器的饋送結構，其能在由於處理能力而具有有限的設計自由度的結構中增大耦合，特別是帶寬。本發明的其他目的是提供相應的微波裝置。根據本發明的ー個方面，提供ー種饋送結構，具體地是從饋送線到空腔的饋送結構，其用於將所述饋送線耦合到所述空腔，所述饋送結構包括承載襯底，形成在所述承載襯底中的空腔的頂部導體平板，饋送線襯底，其覆蓋所述頂部導體平板，饋送線的信號導體，所述信號導體與所述頂部導體平板相對形成在所述饋送線襯底中或者上，通路探頭，其連接到所述信號導體，並引導通過所述饋送線襯底和所述頂部導體平板到所述空腔中，環形開孔，其圍繞所述通路探頭形成在所述頂部導體平板中，以及
至少ー個槽形開孔，其形成在所述頂部導體平板中，在所述環形開孔處開始，並引導遠離所述通路探頭。根據本發明另一方面，提供一種微波裝置，其包括饋送線、空腔和將所述饋送線耦合到所述空腔的根據本發明的饋送結構。這種微波裝置的示例是微波共振器、微波過濾器和天線。本發明的優選實施例限定在從屬權利要求中。應該理解到，要求保護的微波裝置具有與要求保護的饋送結構和在從屬權利要求中所限定的類似和/或者相同的優選實施例。本發明是基於這樣的思想通過在頂部導體平板中設置至少ー個附加槽形開孔，該開孔在環形開孔處開始，並引導遠離通路探頭，即使沒有具有通路間隙的情況下，也能維持例如如在以上所述的J. -H. Lee論文中所述的使用通路探頭進行空腔饋送的性能。通過所述槽形開孔，能在饋送結構中產生附加E場，並且能使空腔共振器或者整個微波裝置的 帶寬更寬，特別是足夠高以補充通路間隙的效果。總之，以此方式能增強匹配和帶寬。優選地，兩個槽形開孔在不同方向(特別是在相反方向上)上引導遠離通路探頭形成在頂部導體平板中，這進ー步提高了耦合。此外，在優選實施例中，通過增大通路探頭的長度使得其引導通過真整個空腔(從頂部到底部，使得其直接接觸底部導體平板)能克服對於在以上所述的J. -H. Lee論文中所述饋送結構存在的製造困難。因而，在通路探頭的端部和底部導體平板之間不必精確地維持具體的距離。因而，與公知的裝置相比，能節省層掩膜的數量，並且製造處理更容易。


以下參照以下所述的實施例，本發明的這些和其他方面將變得明顯並更詳細地說明。在以下附圖中圖1A-1B示出公知饋送結構的頂部視圖和側視圖，圖2A-2B示出了用於帶線和微帶線的電場分布，圖3示出了根據包括兩個饋送結構的本發明的微波裝置的實施例的立體視圖，圖4示出了根據本發明的饋送結構的實施例的側視圖，圖5A-5B示出公知饋送結構的通路探頭周圍的E場和H場分布，圖6A-6B示出了用於根據本發明的饋送結構的通路探頭周圍的E場和H場分布，以及圖7示出了依賴於槽形開孔的長度的返回損失的模擬結果。
具體實施例方式圖I示出了以上所述的J. -H. Lee的論文中描述的公知的饋送結構10的實施例。圖IA示出了頂視圖，並且圖IB示出了側視圖。饋送結構10包括承載襯底12，空腔14形成在其中，其中，空腔還可以是波導或者波導的一部分。所述空腔14的壁被導體平板覆蓋，該導體平板包括底部導體平板16、頂部導體平板18 (還稱為饋送線24的接地平板)和側壁導體平板20 ( 一般地，整個空腔14的壁大體被導體平板20覆蓋，即，還有空腔14的側壁被圖I未示出的相應側壁導體平板覆蓋)。頂部導體平板18被饋送線襯底22覆蓋，饋送線襯底22可以由與承載襯底12相同的材料製成。饋送線24(還稱為平面發射線)的信號導體25沉積在所述饋送線襯底22的外表面26，即與所述頂部導體平板18相対。所述饋送線24可以一般形成為微帶線、帶線、CPW等。此外，所述信號導體25還可以埋置在所述饋送線襯底22(然而，在此處沒有示出)中。通路探頭28連接到所述信號導體25，並引導通過所述饋送線襯底22和所述頂部導體平板18到所述空腔14中。由於此目的，環形開孔30圍繞所述通路探頭28而形成在所述頂部導體平板18中。頂部導體平板18還用作信號導體25的接地平板，信號導體25在此實施例中形成為微波帯。埋入的波導通孔36設置在所述空腔14的周圍以形成側壁(等效地用作封閉的導電平板)，側壁在利用公知的LTCC(低溫共燒陶瓷)技術所製造的裝置中比較普遍。如圖IB中的38所示，能量(即，微波)傳播到空腔14中。具體地，E場從饋送線24通過通路探頭28耦合到由其導體平板16、18、20形成的空腔14中。通路探頭28的下端42和底部導體平板16之間的間隙必須製造非常精確以具有精確的尺寸。此外，需要附加層掩膜以形成間隙40。 通常，當使用空腔共振器(例如，空腔過濾器)的微波裝置實現為封裝結構的一部分吋，優選帶線作為空腔共振器的饋送線用於完整的屏蔽。此外，即使其他類型的饋送線(例如，微帶線或者共面波導)也能用作伴隨有屏蔽結構的帶線。然而，由於電場分布的特性，從饋送線耦合到空腔的效率在如圖2A所示使用帶線時比在如圖2B所示使用微帶線時低。這種類型的饋送線的電場分布在圖2A和圖2B中示出。此外，受到微機械加工處理的限制，通常要求通孔的直徑比空腔深度的一半大，同時直徑對耦合量具有大的影響。具有與帶線結構相關的寬直徑的通路探頭能嚴重地降低耦合量，使得難以實現期望的帶寬。因而，當在封裝結構內實現空腔共振器時，需要補償降低的耦合。圖3示出了根據包括兩個饋送結構200、300的本發明的微波裝置100的立體視圖，這兩個饋送結構200、300 —般相同。用於將饋送線耦合到空腔的饋送結構200的實施例的側視圖在圖4中示出。饋送結構200 (還有饋送結構300)具有許多與圖I所示的公知的饋送結構10類似之處。因而，對於相同的元件，已經使用相同的參考標號。具體地，如圖3所示，饋送結構200、300設置在所述空腔14的兩個相對側處，即作為ー種輸入耦合和輸出耦合。然而，與圖I所示的饋送結構10相比存在許多基本不同。具體地，如圖4所示，通路探頭28』不僅僅延伸到空腔14中，而是引導向下通過空腔14到其接觸的底部導體平板16。這意味著之間沒有間隙，並且不需要如在公知的饋送結構10中那樣精確地製造準確的間隙(圖IB中的40)的尺寸。因而，能節省層掩膜的數量，並使製造容易很多。另ー基本不同是根據本發明，饋送結構200包括至少ー個槽形開孔44，其形成在頂部導體平板18中，在環形開孔30處開始，並引導遠離通路探頭28』。在圖3和圖4所示的實施例中，饋送結構200包括兩個槽形開孔44a、44b，其在不同的方向(此處具體地在本實施例中在兩個相反的方向)引導遠離通路探頭28』。優選地,如圖3所示，為了最佳性能(最大耦合)，兩個槽形開孔44a和44b布置在與能量(波)傳播38的方向垂直的方向上，不過如果需要，任意形狀、角度或者數量也是可行的。此外，至少ー個槽形開孔44a、44b的長度設置成使得其在頂部導體平板18內終止，並不延伸到頂部導體平板18的邊緣，即不延伸超過空腔14。在需要更長槽的情況下，其能在空腔區域內彎曲。一個或者多個槽形開孔44a、44b產生附加的電場，並因而，引起饋送線24和空腔14之間更多的磁場耦合。電磁場的模擬結果如從圖5和圖6可見展示了通過槽形開孔中的電場引起附加磁場耦合。圖5A和圖5B分別示出了公知的饋送結構的通路探頭28周圍的電場E和磁場H，並且圖6A和圖6B分別示出了根據本實施例提出的饋送結構200的通路探頭28』的周圍的電場和磁場H。至少ー個槽形開孔因而提供了附加的耦合以補償由於去除間隙40而降低的耦合。至少ー個槽形開孔44a、44b的長度和寬度能最佳化以依賴於操作頻率而使耦合和匹配最大化。圖7示出了圖示取決於槽長度的返回損失。如可見，帶通中的最小返回損失P隨著槽長度增大而増大。可以想到以上說明的實施例的各種修改。具體地，在實施例中，通路探頭28』可以不必延伸通過整個空腔14直到其接觸底部導體平板16 (如同在公知的微波轉換中)以維 持距底部導體層16的一定距離。優選地，如在以上實施例中所示，通路探頭28』形成為具有環形橫截面(具體地，具有圓形橫截面)的管子。然而，也可以採用其他形式的通路探頭，尤其是具有諸如矩形橫截面的其他橫截面。此外，優選地，通路探頭28』布置在與信號導體25垂直的方向上。可選地，通路探頭28』可以布置在不同的角度方向上。如圖3和4所示，通路探頭28』優選地形成在信號導體的端部處，並且在通路探頭28』之外沒有設置調諧短截線。然而，在可選實施例中，如果需要還可以附加地設置延伸超過通路探頭28的調諧短截線。此外，信號導體25優選地具有與能量(波)傳播的方向相同的方向。然而,信號導體25能布置成與該方向成任意的角度，或者甚至以任意形狀彎曲。具體地如圖4中所示，頂部導體平板18用作信號導體25的接地，並因而至少在所述信號導體25的下方延伸超過空腔14。此外，空腔14能具有除了以上實施例中所示的正方體之外的其他形狀，例如，立方體、圓柱等。總之，根據本發明，能克服處理能力弓I起的耦合的限制。能對帶線饋送結構提供更高的設計自由度。此外，附加設置的槽形開孔能用於設計(尤其是過濾器設計)的細微調諧。槽形開孔的長度對耦合的增長具有線性影響。根據本發明提出的結構還能在沒有附加製造努力的情況下容易地實現。在附圖和前述描述中已經詳細地圖示和描述了本發明，但是這種圖示和描述要認為是圖示性的或者示例性的，而不是限制性的。本發明不限於所公開的實施例。從對附圖、公開內容和權利要求的研究中，本領域的技術人員在實施所要保護的發明過程中能理解和實施對所公開的實施例的各種改變。在權利要求中，詞語「包括」不排除其他要素或者步驟，並且不定冠詞「一」不排除多個。單個要素或者其他単元可以完成權利要求中引用的若干項的功能。情況僅僅是這樣，某些措施在相互不同的從屬權利要求中引用不表示這些措施的組合不能用來發揮優點。權利要求中的任何參考符號不應理解為對範圍的限制。
權利要求
1.ー種用於將饋送線(24)耦合到空腔(14)的饋送結構(200)，所述饋送結構(200)包括 承載襯底(12)， 形成在所述承載襯底中的空腔(14)的頂部導體平板(18)， 饋送線襯底(22)，其覆蓋所述頂部導體平板(18)， 饋送線(24)的信號導體(25)，所述信號導體(25)與所述頂部導體平板(18)相對形成在所述饋送線襯底(22)中或者上， 通路探頭(28』)，其連接到所述信號導體(25)，並引導通過所述饋送線襯底(22)和所述頂部導體平板(18)到所述空腔(14)中， 環形開孔(30)，其圍繞所述通路探頭(28』 )形成在所述頂部導體平板(18)中，以及至少ー個槽形開孔(44a、44b)，其形成在所述頂部導體平板(18)中，在所述環形開孔(30)處開始，並引導遠離所述通路探頭(28』)。
2.根據權利要求I所述的饋送結構， 包括兩個槽形開孔(44a、44b)，其形成在所述頂部導體平板中，在所述環形開孔處開始，並在不同的方向上，尤其是在相反的方向上引導遠離所述通路探頭。
3.根據權利要求I或2所述的饋送結構， 其中，所述至少ー個槽形開孔(44a、44b)布置在與能量傳播(38)的方向垂直的方向上。
4.根據前述權利要求中任意一項所述的饋送結構， 其中，所述至少ー個槽形開孔(44a、44b)僅僅形成在所述頂部導體平板內，並不延伸超過所述頂部導體平板的邊緣直到所述空腔(14)的側壁導體平板(20)。
5.根據前述權利要求中任意一項所述的饋送結構， 其中，所述通路探頭(28』)引導通過所述空腔(14)，並連接到所述空腔(14)的底部導體層(16) ο
6.根據前述權利要求中任意一項所述的饋送結構， 其中，所述通路探頭(28』 )形成在所述信號導體(25)的端部處。
7.根據前述權利要求中任意一項所述的饋送結構， 其中，所述通路探頭(28』 )形成為具有環形橫截面的管子。
8.根據前述權利要求中任意一項所述的饋送結構， 其中，所述通路探頭(28』 )布置在與所述饋送線(24)的所述信號導體(25)垂直的方向上。
9.根據前述權利要求中任意一項所述的饋送結構， 其中，所述頂部導體平板(18)至少在所述信號導體(25)的下方延伸超過所述空腔(14)。
10.一種微波裝置，包括 饋送線(24)， 空腔(14)，以及 根據將所述饋送線(24)耦合到所述空腔(14)的前述權利要求所述的饋送結構(200)。
11.根據權利要求10所述的微波裝置，其中，所述空腔(14)包括覆蓋所述空腔(14)的壁的底部導體平板(16)、頂部導體平板(18)和側壁導體平板(20)。
全文摘要
本發明涉及一種用於空腔共振器的饋送結構，具體地涉及一種用於將饋送線(24)耦合到空腔(14)的饋送結構(200)。為了能實現寬的帶寬而增大耦合，提出饋送結構包括承載襯底(12)，形成在所述承載襯底中的空腔(14)的頂部導體平板(18)，饋送線襯底(22)，其覆蓋所述頂部導體平板(18)，饋送線(24)的信號導體(25)，所述信號導體(25)形成在與所述頂部導體平板(18)相對的所述饋送線襯底(22)中或者上，通路探頭(28』)，其連接到所述信號導體(25)，並引導通過所述饋送線襯底(22)和所述頂部導體平板(18)到所述空腔(14)中，環形開孔(30)，其圍繞所述通路探頭(28』)形成在所述頂部導體平板(18)中，以及至少一個槽形開孔(44a、44b)，其形成在所述頂部導體平板(18)中，在所述環形開孔(30)處開始，並引導遠離所述通路探頭(28』)。
文檔編號H01P5/00GK102683785SQ20121003471
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月14日 優先權日2011年2月14日
發明者崔俊允, 託馬斯·梅爾克, 斯特凡·科赫 申請人:索尼公司