CN102122743A - 波导 - Google Patents

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张亚琼
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Abstract

本发明提供了一种波导，其包括位于第一传输线和第二传输线之间的SF_WG部，其中，该SF_WG部的宽度大于或等于75μm。本发明提供了如下的优点：用于制造的简单、实用的结构尺寸；非常宽的带宽；和集成波导和许多其他传输线相比具有低损耗；可使来自于垂直和水平弯曲的传输最小化；和/或适合于多个并行信道。

Description

波导
技术领域
本发明涉及一种波导，具体地但不是唯一地涉及用于MMW信号的SF_WG。
背景技术
在此说明书中将使用下列缩写：
SF_WG   索末菲波导(Sommerfeld waveguide)
MMW     毫米波(MilliMetre Wave)
CPW     共面波导(Coplanar Waveguide)
MSL     微带线(Microstrip Line)
PCB     印刷电路板(Printed Circuit Board)
IC      集成电路(Integrated Circuit)
EM      电磁的(ElectroMagnetic)
TEM     横电磁波模(Transverse Electromagnetic Mode)
TM01    横磁模01(Transverse Magnetic Mode 01)
GSG     地-信号-地(Ground Signal Ground)
G-line  高保线(Goubau-line)
通信信号可通过空气或诸如导线的一些其他固体介质予以传输。在高频信号的情况下，有时使用诸如波导的特殊结构而使相邻信道间的漏辐射和干扰最小化。然而，对于诸如MMW信号的特定高频信号，使用基于TEM的传输线或集成波导可导致高的传播损耗。
可用于MMW信号的另一传输介质是单金属线SF_WG(或高保线)，这是因为其具有低的传播损耗。然而，由于SF_WG工作在特殊模式，激发的方法是重要的。根据应用场合，所述激发可来自天线或传输线转换器。由于开放的电磁场，故天线可具有低的转换效率。一种更普遍的现有技术的方法是使用来自CPW的索末菲波激发。
图1(a)图示了A型转换器100，其中线宽是1μm(在图1(a)中，导线太细以至于看不见)，并且图1(b)图示了B型转换器104，其中线宽是5μm。需要非常细的导线以实现用于宽的带宽的可接受的阻抗匹配。1μm的线宽可能对于IC制造是实用的，但对于PCB制造可能太细了。
发明内容
一般来说，在第一方面，本发明提出了一种用于板间或芯片间连接的SF_WG，其中SF_WG的宽度大于或等于75μm。
在第二方面，本发明提出了一种SF_WG，其长度基本上近似于在中心信号频率处的半个波长的整数倍。
一个以上的实施方式可具有以下优点：
用于制造的简单、实用的结构尺寸；
非常宽的带宽；
和集成波导和许多其他传输线相比具有低损耗；
可使来自于垂直和水平弯曲的传输最小化；和/或
适合于多个并行信道。
根据本发明的第一具体表述，提供了一种波导，其包括：位于第一传输线和第二传输线之间的索末菲波导部，其中，所述索末菲波导部的宽度大于或等于75μm。
根据本发明的第二具体表述，提供了一种波导，其包括：位于第一传输线和第二传输线之间的索末菲波导部，其中，所述索末菲波导部的长度基本上近似于在中心信号频率处的半个波长的整数倍。
附图说明
现参照下列附图描述本发明的一个以上示例性实施方式，其中：
图1(a)是从CPW至SF_WG的转换部的第一现有技术的示意图，
图1(b)是从CPW至SF_WG的转换部的第二现有技术的示意图，
图2是根据第一示例性实施方式的从MSL至SF_WG的转换部的示意图，
图3是根据第二示例性实施方式的在PCB上的SF_WG的示意图，
图4是根据第三示例性实施方式的用于IC芯片块的互联线的SF_WG的示意图，
图5是根据第四示例性实施方式的从MSL至SF_WG的转换部的示意图，
图6是根据第五示例性实施方式的从CPW至SF_WG的转换部的示意图，
图7是根据第六示例性实施方式的从CPW至SF_WG的转换部的示意图，
图8是根据第七示例性实施方式的SF_WG垂直弯曲防护结构的示意图，
图9是根据第八示例性实施方式的SF_WG水平弯曲防护结构的示意图，
图10是根据第九示例性实施方式的2信道SF_WG的示意图，并且
图11是使用根据第二示例性实施方式的SF_WG而得到的测试结果的曲线图。
具体实施方式
现描述使用SF-WG作为芯片块与芯片块之间的互联线的多个示例性实施方式。一个以上的示例性实施方式可避免使用现有技术中所需的非常细的导线，这可实现IC和PCB的制造。
图2图示了根据第一示例性实施方式的从MSL至SF_WG的转换部200。MSL202附着于连接于第一IC(未图示)的介电基板204的顶主面。接地平面206附着于基板204的底主面上。MSL202借助于在接地平面206的端部212中的凹口210而转换为SF_WG208。凹口210的形状可以是线性或非线性的(例如是指数形式)，例如是三角形凹口。
MSL202的宽度一直到SF_WG208可以是恒定的。MSL202的宽度可由介电基板的厚度、介电常数和期望特征阻抗来确定。例如，如果介电材料的厚度是130μm、材料介电常数是10并且期望特征阻抗是50ohm，那么轨迹宽度(即MSL202和SF_WG208的宽度)可为100μm。通过使用凹口210，可在损耗最小化的情况下将MSL模式转换为索末菲(TM01)模式。同样，SF_WG208的宽度可保持恒定并且不需要非常细。例如，SF_WG的宽度可大于或等于75μm，这样可实现容易的PCB制造。
可在如图3所示的PCB300上或在如图4所示的IC芯片块400上实现根据如图2所示的第一示例性实施方式的从MSL至SF_WG的转换部200。
如图3所示的第二示例性实施方式具有在第一MSL304和第二MSL306之间附着于PCB300上的SF_WG302。第一转换部308设置于第一MSL304和SF_WG302之间，并且第二转换部310设置于第二MSL306和SF_WG302之间。接地平面312、314附着于直接位于各自的MSL304、306下面的PCB的底部上。
如图4所示的第三示例性实施方式具有连接于第一IC芯片块400和第二IC芯片块404之间的接合线SF_WG402。第一转换部406设置于在第一IC芯片块400上的第一MSL410和SF_WG402之间，并且第二转换部408设置于在第二IC芯片块404上的第二MSL412和SF_WG402之间。每个转换部406、408从其各自的MSL410、412延伸至接合线SF_WG402。每个MSL410、412在其各自的介电基板的一侧上形成轨迹，并且在每个介电基板的另一侧上形成接地平面。在由MSL410、412线性地或非线性地形成的轨迹之下，在每个转换部406、408中的接地平面可分开或张开。
根据公开的图2中的第一示例性实施方式的转换部虽然可用于IC芯片块上，但更适合于PCB基板或在空中应用场合的导线。这是因为该转换部不需要如图1所示的用于阻抗匹配的非常细的轨迹。然而，对于IC芯片块，为降低成本通常需要转换部结构小。而且，由于例如硅的IC基板的损耗角正切通常是高的(在一个例子中为0.9)，而PCB材料具有相对较低的损耗角正切(在一个例子中为0.05)，因而，应用于IC芯片块上的如图2所示的第一示例性实施方式的所公开的转换部的转换损耗比在PCB上的转换损耗大。
图5中所示的第四示例性实施方式具有接合线SF_WG500，其连接于在第一IC芯片块504上的第一MSL502和在第二IC芯片块508上的第二MSL506之间。不同于图4中所示的第三示例性实施方式那样对接合线SF_WG402的长度没有要求，在图5中的第四示例性实施方式中的接合线SF_WG500的长度要求为在中心信号频率处的半个波长的整数倍。使得接合线SF_WG500的长度为在中心信号频率处的半个波长的整数倍，这确保将所述波转换为索末菲波并且提供好的阻抗匹配。此外，每个MSL502、506的宽度优选地与接合线SF_WG500的宽度相同。然而，对接合线SF_WG500的形状不作要求。类似于在图4中的第三示例性实施方式，同样存在与每个MSL502、506关联的接地平面。
图6中所示的第五示例性实施方式具有单线SF_WG600，其长度为在中心信号频率处的半个波长的整数倍。单线SF_WG600连接于两个CPW(GSG)602、604之间。存在两对四分之一波长线606、608。每对线606、608的一端连接于在CPW(GSG)602、604之一上的接地焊盘，并用作平衡-不平衡转换器(balun)。每对线606、608的另一端连接于中介层616，在中介层616上附着有IC芯片块618、620。每对平衡-不平衡转换器线606、608以约45度角展开。
图7中所示的第六示例性实施方式除了在中介层716上的每个IC芯片块718、720下面直接设置有限的接地平面700、702以外，其与第五示例性实施方式相同(即第六示例性实施方式同样包括连接于两个CPW(GSG)722、724之间的单线SF_WG726)。每对平衡-不平衡转换器线712、714的另一端连接于各个接地平面700、702，而不是连接于中介层716。通过设置接地平面700、702，在图7中的第六示例性实施方式可实现更稳定的性能。
可将一个以上的实施方式封装入诸如模制树脂(mould resin)的介电材料中。在此情况下，所述实施方式的尺寸需要根据介电材料的介电常数作出变化。
SF_WG的弯曲可导致辐射和传播损耗。虽然在第三和第四示例性实施方式中的SF_WG402和SF_WG500分别被弯曲，介于IC芯片块之间的距离可能短，并且因此弯曲损耗可不如耦合阻抗匹配和模式转换重要。然而，这可能不是图3中的第二示例性实施方式的情况，并且优选的是由于在此实施方式中的SF_WF302的弯曲而降低辐射和传播损耗。在图3的第二示例性实施方式中的SF_WG302的弯曲可分为：1)垂直弯曲(垂直于基板平面)，和2)水平弯曲(在基板平面上)。
对于类型1)的弯曲，可通过在图8中的第七示例性实施方式以降低辐射传播损耗。SF_WG800被夹在具有不同介电常数的两个介电层802、804之间。介电层802、804可由具有低损耗的任何介电材料制成。介电层802、804可具有仅彼此间稍有不同的介电常数。
对于类型2)的弯曲，如图9所示的第八示例性实施方式可用于降低辐射传播损耗。金属贴片900设置于SF_WG902和介电基板904下面。金属贴片900可包括两个端部和在每一端部的凹口。在一个实施例中，金属贴片900可包括三个部分906、908和910，其中，部分906、908分别以如图9中所示的角度连接于部分908、910。部分906、908、910可以z字形来布置，并且部分906、908、910之间的角度可取任何值。在金属贴片900的任一端部的凹口的形状可以为线性或非线性的(例如以指数方式)，例如是三角形的。这样将SF_WG902转换为MSL，并且因为MSL对弯曲不敏感，故如图9中所示的第八示例性实施方式可降低由类型2)的弯曲引起的损耗，并且进而可提高SF_WG的性能。
图10中所示的第九示例性实施方式具有2信道SF_WG，每个信道在结构上类似于第二示例性实施方式。各信道可以是连在一起的分离结构或者可以是并排成为一体的。在图10中的第九示例性实施方式中的2信道SF_WG的弯曲仅仅是举例，并且多信道SF_WG也可以不同的方式为直的或弯曲的。
同样可通过分别使用第七和第八示例性实施方式以避免第九示例性实施方式发生垂直和水平弯曲。同样第三、第四、第五或第六示例性实施方式可以采用多个信道。
图11图示了使用图3所示的第二示例性实施方式的600mm长度的SF_WG的测试结果。在图11中，绘制了SF_WG的S参数的曲线。通常，S参数描述N端口网络(在此情况中N＝2)在每个端口处对于电压信号的响应。在每个S参数的下标中的第一数字代表响应端口，而在下标中的第二数字代表入射端口。如图11中所示，S11和S22表示宽的带宽，并且S12和S21表示损耗低。
虽然详述了本发明的各种示例性实施方式，但在本发明的范围内也可以有很多变化，这对本领域的技术人员而言是显而易见的。

Claims (36)

1.一种波导，其包括：
位于第一传输线和第二传输线之间的索末菲波导部，
其中，所述索末菲波导部的宽度大于或等于75μm。
2.如权利要求1所述的波导，其中，每个所述第一和第二传输线的宽度与所述索末菲波导部相同。
3.如任一前述权利要求所述的波导，其中，所述第一和第二传输线以及所述索末菲波导部被附着于印刷电路板。
4.如权利要求1或2所述的波导，其中，每个所述第一和第二传输线被附着于集成电路芯片块。
5.如权利要求4所述的波导，其中，所述索末菲波导部是接合线。
6.如任一前述权利要求所述的波导，还包括：
第一转换部，其介于所述第一传输线和所述索末菲波导部之间，以及
第二转换部，其介于所述第二传输线和所述索末菲波导部之间。
7.如权利要求6所述的波导，其中，每个所述第一和第二转换部包括接地平面，所述接地平面在一端还包括凹口。
8.如权利要求7所述的波导，其中，所述凹口的形状是线性的。
9.如权利要求8所述的波导，其中，所述凹口的形状是三角形。
10.如权利要求7所述的波导，其中，所述凹口的形状是非线性的。
11.如权利要求10所述的波导，其中，所述凹口以指数方式成形。
12.如权利要求1所述的波导，其中，所述索末菲波导部的长度为在中心信号频率处的半个波长的整数倍。
13.如任一前述权利要求所述的波导，其中，所述第一和第二传输线是微带线。
14.如权利要求1、4、5或12中的任何一项所述的波导，其中，所述第一和第二传输线是共面波导。
15.一种波导，其包括：
位于第一传输线和第二传输线之间的索末菲波导部，
其中，所述索末菲波导部的长度基本上近似于在中心信号频率处的半个波长的整数倍。
16.如权利要求15所述的波导，其中，所述索末菲波导部是接合线。
17.如权利要求16所述的波导，其中，所述接合线基本上是直的。
18.如权利要求15～17中的任何一项所述的波导，其中，所述第一和第二传输线的宽度等于所述索末菲波导部的宽度。
19.如权利要求15～18中的任何一项所述的波导，其中，所述第一和第二传输线是微带线。
20.如权利要求15～17中的任何一项所述的波导，其中，所述第一和第二传输线是共面波导。
21.如权利要求15～17或20中的任何一项所述的波导，还包括连接于每个所述第一和第二传输线的平衡-不平衡转换器。
22.如权利要求21所述的波导，其中，所述平衡-不平衡转换器还包括两个四分之一波长线。
23.如权利要求22所述的波导，其中，在所述平衡-不平衡转换器中的所述两个四分之一波长线以45度角展开。
24.如权利要求21～23中的任何一项所述的波导，其中，所述平衡-不平衡转换器还连接于接地板。
25.如权利要求15～24中的任何一项所述的波导，其中，每个所述第一和第二传输线连接于集成电路芯片块。
26.如任一前述权利要求所述的波导，其中，所述索末菲波导部夹于两个介电层之间。
27.如权利要求26所述的波导，其中，所述两个介电层的介电常数是不同的。
28.如任一前述权利要求所述的波导，还包括位于所述索末菲波导部的至少一部分下面的金属贴片，所述金属贴片包括两个端部和在每一端部处的凹口。
29.如权利要求28所述的波导，还包括位于所述金属贴片和所述索末菲波导部的所述一部分之间的基板。
30.如权利要求28或29所述的波导，其中，所述凹口的形状为线性的。
31.如权利要求30所述的波导，其中，所述凹口的形状为三角形。
32.如权利要求28或29所述的波导，其中，所述凹口的形状为非线性的。
33.如权利要求32所述的波导，其中，所述凹口被以指数方式成形。
34.一种波导结构，其包括如任一前述权利要求所述的多个波导。
35.一种波导结构，其包括如任一前述权利要求所述的一个以上的波导，其中，所述一个以上的波导被封装入介电材料中。
36.如权利要求35所述的波导结构，其中，所述介电材料是模制树脂。
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