CN102683785A - 用于空腔共振器的馈送结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于空腔共振器的馈送结构，具体地涉及一种用于将馈送线(24)耦合到空腔(14)的馈送结构(200)。为了能实现宽的带宽而增大耦合，提出馈送结构包括：承载衬底(12)，形成在所述承载衬底中的空腔(14)的顶部导体平板(18)，馈送线衬底(22)，其覆盖所述顶部导体平板(18)，馈送线(24)的信号导体(25)，所述信号导体(25)形成在与所述顶部导体平板(18)相对的所述馈送线衬底(22)中或者上，通路探头(28’)，其连接到所述信号导体(25)，并引导通过所述馈送线衬底(22)和所述顶部导体平板(18)到所述空腔(14)中，环形开孔(30)，其围绕所述通路探头(28’)形成在所述顶部导体平板(18)中，以及至少一个槽形开孔(44a、44b)，其形成在所述顶部导体平板(18)中，在所述环形开孔(30)处开始，并引导远离所述通路探头(28’)。
Description
技术领域
本发明涉及用于空腔共振器的馈送结构。此外，本发明涉及微波装置。
背景技术
作为用于微波装置的最优选类型的共振器之一，在微波封装结构中已经实现各种空腔共振器。如果这种空腔共振器用在封装内，特别是用于过滤器，则关键是要实现从馈送线到共振器的足够的耦合水平，因为可实现的耦合量限定能设计微波装置所用的带宽范围。然而，用于制造的设计规则经常阻止结构实现期望的耦合量。
例如从第28届欧洲微波会议论文集(1998年664-668页)的L.Harle等人的“The effects of slot positioning on the bandwidth of a micromachinedresonator”可以了解空腔共振器。此处，通过与诸如微带线的平面发射线(馈送线)槽隙耦合来馈送空腔。然而，这种耦合太弱，并且利用这种耦合，微波装置的带宽对于许多应用变得太窄。
为了增大耦合的量，已经例如从J.-H.Lee等人的“Comparative studyof feeding techniques for three-dimensional cavity resonators at 60 GHz”(IEEE Transactions on Advanced Packaging，Vol.30，No.1，Feb.2007，pp.115-123)研发用于空腔共振器的其他类型馈送结构。在这种空腔共振器中，为了空腔和其平面馈送线之间的耦合，设置通路探头(viaprobe)，其到达空腔中，并与空腔的底部有一定的间隙，这是因为从槽到馈送线的耦合经常太弱而不能获得用于过滤器应用的临界耦合水平。然而，通路探头的精密制造最终要求附加的层掩膜以实施该间隙。
当以下参照微波频率时，一般理解成从至少0.3GHz到3THz的频率范围，即包括通常称为毫米波频率的频率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于空腔共振器的馈送结构，其能在由于处理能力而具有有限的设计自由度的结构中增大耦合，特别是带宽。本发明的其他目的是提供相应的微波装置。
根据本发明的一个方面，提供一种馈送结构，具体地是从馈送线到空腔的馈送结构，其用于将所述馈送线耦合到所述空腔，所述馈送结构包括：
承载衬底，
形成在所述承载衬底中的空腔的顶部导体平板，
馈送线衬底，其覆盖所述顶部导体平板，
馈送线的信号导体，所述信号导体与所述顶部导体平板相对形成在所述馈送线衬底中或者上，
通路探头，其连接到所述信号导体，并引导通过所述馈送线衬底和所述顶部导体平板到所述空腔中，
环形开孔，其围绕所述通路探头形成在所述顶部导体平板中，以及
至少一个槽形开孔，其形成在所述顶部导体平板中，在所述环形开孔处开始，并引导远离所述通路探头。
根据本发明另一方面，提供一种微波装置，其包括馈送线、空腔和将所述馈送线耦合到所述空腔的根据本发明的馈送结构。这种微波装置的示例是微波共振器、微波过滤器和天线。
本发明的优选实施例限定在从属权利要求中。应该理解到，要求保护的微波装置具有与要求保护的馈送结构和在从属权利要求中所限定的类似和/或者相同的优选实施例。
本发明是基于这样的思想：通过在顶部导体平板中设置至少一个附加槽形开孔，该开孔在环形开孔处开始，并引导远离通路探头，即使没有具有通路间隙的情况下，也能维持例如如在以上所述的J.-H.Lee论文中所述的使用通路探头进行空腔馈送的性能。通过所述槽形开孔，能在馈送结构中产生附加E场，并且能使空腔共振器或者整个微波装置的带宽更宽，特别是足够高以补充通路间隙的效果。总之，以此方式能增强匹配和带宽。
优选地，两个槽形开孔在不同方向(特别是在相反方向上)上引导远离通路探头形成在顶部导体平板中，这进一步提高了耦合。
此外，在优选实施例中，通过增大通路探头的长度使得其引导通过真整个空腔(从顶部到底部，使得其直接接触底部导体平板)能克服对于在以上所述的J.-H.Lee论文中所述馈送结构存在的制造困难。因而，在通路探头的端部和底部导体平板之间不必精确地维持具体的距离。因而，与公知的装置相比，能节省层掩膜的数量，并且制造处理更容易。
附图说明
以下参照以下所述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显并更详细地说明。在以下附图中
图1A-1B示出公知馈送结构的顶部视图和侧视图，
图2A-2B示出了用于带线和微带线的电场分布，
图3示出了根据包括两个馈送结构的本发明的微波装置的实施例的立体视图，
图4示出了根据本发明的馈送结构的实施例的侧视图，
图5A-5B示出公知馈送结构的通路探头周围的E场和H场分布，
图6A-6B示出了用于根据本发明的馈送结构的通路探头周围的E场和H场分布，以及
图7示出了依赖于槽形开孔的长度的返回损失的模拟结果。
具体实施方式
图1示出了以上所述的J.-H.Lee的论文中描述的公知的馈送结构10的实施例。图1A示出了顶视图，并且图1B示出了侧视图。馈送结构10包括承载衬底12，空腔14形成在其中，其中，空腔还可以是波导或者波导的一部分。所述空腔14的壁被导体平板覆盖，该导体平板包括底部导体平板16、顶部导体平板18(还称为馈送线24的接地平板)和侧壁导体平板20(一般地，整个空腔14的壁大体被导体平板20覆盖，即，还有空腔14的侧壁被图1未示出的相应侧壁导体平板覆盖)。顶部导体平板18被馈送线衬底22覆盖，馈送线衬底22可以由与承载衬底12相同的材料制成。馈送线24(还称为平面发射线)的信号导体25沉积在所述馈送线衬底22的外表面26，即与所述顶部导体平板18相对。所述馈送线24可以一般形成为微带线、带线、CPW等。此外，所述信号导体25还可以埋置在所述馈送线衬底22(然而，在此处没有示出)中。通路探头28连接到所述信号导体25，并引导通过所述馈送线衬底22和所述顶部导体平板18到所述空腔14中。由于此目的，环形开孔30围绕所述通路探头28而形成在所述顶部导体平板18中。
顶部导体平板18还用作信号导体25的接地平板，信号导体25在此实施例中形成为微波带。埋入的波导通孔36设置在所述空腔14的周围以形成侧壁(等效地用作封闭的导电平板)，侧壁在利用公知的LTCC(低温共烧陶瓷)技术所制造的装置中比较普遍。
如图1B中的38所示，能量(即，微波)传播到空腔14中。具体地，E场从馈送线24通过通路探头28耦合到由其导体平板16、18、20形成的空腔14中。通路探头28的下端42和底部导体平板16之间的间隙必须制造非常精确以具有精确的尺寸。此外，需要附加层掩膜以形成间隙40。
通常，当使用空腔共振器(例如，空腔过滤器)的微波装置实现为封装结构的一部分时，优选带线作为空腔共振器的馈送线用于完整的屏蔽。此外，即使其他类型的馈送线(例如，微带线或者共面波导)也能用作伴随有屏蔽结构的带线。然而，由于电场分布的特性，从馈送线耦合到空腔的效率在如图2A所示使用带线时比在如图2B所示使用微带线时低。这种类型的馈送线的电场分布在图2A和图2B中示出。此外，受到微机械加工处理的限制，通常要求通孔的直径比空腔深度的一半大，同时直径对耦合量具有大的影响。具有与带线结构相关的宽直径的通路探头能严重地降低耦合量，使得难以实现期望的带宽。因而，当在封装结构内实现空腔共振器时，需要补偿降低的耦合。
图3示出了根据包括两个馈送结构200、300的本发明的微波装置100的立体视图，这两个馈送结构200、300一般相同。用于将馈送线耦合到空腔的馈送结构200的实施例的侧视图在图4中示出。馈送结构200(还有馈送结构300)具有许多与图1所示的公知的馈送结构10类似之处。因而，对于相同的元件，已经使用相同的参考标号。具体地，如图3所示，馈送结构200、300设置在所述空腔14的两个相对侧处，即作为一种输入耦合和输出耦合。
然而，与图1所示的馈送结构10相比存在许多基本不同。具体地，如图4所示，通路探头28’不仅仅延伸到空腔14中，而是引导向下通过空腔14到其接触的底部导体平板16。这意味着之间没有间隙，并且不需要如在公知的馈送结构10中那样精确地制造准确的间隙(图1B中的40)的尺寸。因而，能节省层掩膜的数量，并使制造容易很多。
另一基本不同是根据本发明，馈送结构200包括至少一个槽形开孔44，其形成在顶部导体平板18中，在环形开孔30处开始，并引导远离通路探头28’。在图3和图4所示的实施例中，馈送结构200包括两个槽形开孔44a、44b，其在不同的方向(此处具体地在本实施例中在两个相反的方向)引导远离通路探头28’。
优选地，如图3所示，为了最佳性能(最大耦合)，两个槽形开孔44a和44b布置在与能量(波)传播38的方向垂直的方向上，不过如果需要，任意形状、角度或者数量也是可行的。此外，至少一个槽形开孔44a、44b的长度设置成使得其在顶部导体平板18内终止，并不延伸到顶部导体平板18的边缘，即不延伸超过空腔14。在需要更长槽的情况下，其能在空腔区域内弯曲。
一个或者多个槽形开孔44a、44b产生附加的电场，并因而，引起馈送线24和空腔14之间更多的磁场耦合。电磁场的模拟结果如从图5和图6可见展示了通过槽形开孔中的电场引起附加磁场耦合。图5A和图5B分别示出了公知的馈送结构的通路探头28周围的电场E和磁场H，并且图6A和图6B分别示出了根据本实施例提出的馈送结构200的通路探头28’的周围的电场和磁场H。
至少一个槽形开孔因而提供了附加的耦合以补偿由于去除间隙40而降低的耦合。至少一个槽形开孔44a、44b的长度和宽度能最佳化以依赖于操作频率而使耦合和匹配最大化。图7示出了图示取决于槽长度的返回损失。如可见，带通中的最小返回损失P随着槽长度增大而增大。
可以想到以上说明的实施例的各种修改。具体地，在实施例中，通路探头28’可以不必延伸通过整个空腔14直到其接触底部导体平板16(如同在公知的微波转换中)以维持距底部导体层16的一定距离。
优选地，如在以上实施例中所示，通路探头28’形成为具有环形横截面(具体地，具有圆形横截面)的管子。然而，也可以采用其他形式的通路探头，尤其是具有诸如矩形横截面的其他横截面。
此外，优选地，通路探头28’布置在与信号导体25垂直的方向上。可选地，通路探头28’可以布置在不同的角度方向上。
如图3和4所示，通路探头28’优选地形成在信号导体的端部处，并且在通路探头28’之外没有设置调谐短截线。然而，在可选实施例中，如果需要还可以附加地设置延伸超过通路探头28的调谐短截线。
此外，信号导体25优选地具有与能量(波)传播的方向相同的方向。然而，信号导体25能布置成与该方向成任意的角度，或者甚至以任意形状弯曲。
具体地如图4中所示，顶部导体平板18用作信号导体25的接地，并因而至少在所述信号导体25的下方延伸超过空腔14。
此外，空腔14能具有除了以上实施例中所示的正方体之外的其他形状，例如，立方体、圆柱等。
总之，根据本发明，能克服处理能力引起的耦合的限制。能对带线馈送结构提供更高的设计自由度。此外，附加设置的槽形开孔能用于设计(尤其是过滤器设计)的细微调谐。槽形开孔的长度对耦合的增长具有线性影响。根据本发明提出的结构还能在没有附加制造努力的情况下容易地实现。
在附图和前述描述中已经详细地图示和描述了本发明，但是这种图示和描述要认为是图示性的或者示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。从对附图、公开内容和权利要求的研究中，本领域的技术人员在实施所要保护的发明过程中能理解和实施对所公开的实施例的各种改变。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他要素或者步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。单个要素或者其他单元可以完成权利要求中引用的若干项的功能。情况仅仅是这样，某些措施在相互不同的从属权利要求中引用不表示这些措施的组合不能用来发挥优点。
权利要求中的任何参考符号不应理解为对范围的限制。
Claims (11)
1.一种用于将馈送线(24)耦合到空腔(14)的馈送结构(200)，所述馈送结构(200)包括：
承载衬底(12)，
形成在所述承载衬底中的空腔(14)的顶部导体平板(18)，
馈送线衬底(22)，其覆盖所述顶部导体平板(18)，
馈送线(24)的信号导体(25)，所述信号导体(25)与所述顶部导体平板(18)相对形成在所述馈送线衬底(22)中或者上，
通路探头(28’)，其连接到所述信号导体(25)，并引导通过所述馈送线衬底(22)和所述顶部导体平板(18)到所述空腔(14)中，
环形开孔(30)，其围绕所述通路探头(28’)形成在所述顶部导体平板(18)中，以及
至少一个槽形开孔(44a、44b)，其形成在所述顶部导体平板(18)中，在所述环形开孔(30)处开始，并引导远离所述通路探头(28’)。
2.根据权利要求1所述的馈送结构，
包括两个槽形开孔(44a、44b)，其形成在所述顶部导体平板中，在所述环形开孔处开始，并在不同的方向上，尤其是在相反的方向上引导远离所述通路探头。
3.根据权利要求1或2所述的馈送结构，
其中，所述至少一个槽形开孔(44a、44b)布置在与能量传播(38)的方向垂直的方向上。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的馈送结构，
其中，所述至少一个槽形开孔(44a、44b)仅仅形成在所述顶部导体平板内，并不延伸超过所述顶部导体平板的边缘直到所述空腔(14)的侧壁导体平板(20)。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的馈送结构，
其中，所述通路探头(28’)引导通过所述空腔(14)，并连接到所述空腔(14)的底部导体层(16)。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的馈送结构，
其中，所述通路探头(28’)形成在所述信号导体(25)的端部处。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的馈送结构，
其中，所述通路探头(28’)形成为具有环形横截面的管子。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的馈送结构，
其中，所述通路探头(28’)布置在与所述馈送线(24)的所述信号导体(25)垂直的方向上。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的馈送结构，
其中，所述顶部导体平板(18)至少在所述信号导体(25)的下方延伸超过所述空腔(14)。
10.一种微波装置，包括：
馈送线(24)，
空腔(14)，以及
根据将所述馈送线(24)耦合到所述空腔(14)的前述权利要求所述的馈送结构(200)。
11.根据权利要求10所述的微波装置，
其中，所述空腔(14)包括覆盖所述空腔(14)的壁的底部导体平板(16)、顶部导体平板(18)和侧壁导体平板(20)。
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