CN110959227A - 针对射频信号的复合基板和制造复合基板的方法 - Google Patents

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Abstract

一种针对射频RF信号的复合基板(1300；CS)，至少包括：第一介电材料层(1310；1310a)和第二介电材料层(1320；1320a)；以及至少一个导电材料导体层(1330；1330a)，该至少一个导电材料导体层(1330；1330a)被布置在第一层(1310；1310a)与第二层(1320；1320a)之间，其中第一层(1310；1310a)和第二层(1320；1320a)以及导体层(1330；1330a)分别包括光学透明材料。

Description

针对射频信号的复合基板和制造复合基板的方法
技术领域
本公开涉及一种针对射频(RF)信号的复合基板。本公开还涉及一种制造针对RF信号的复合基板的方法。
背景技术
针对RF信号的传统基板材料(例如，用于构造RF波导或谐振器等)通常由其制造方以介电性质的标准集合提供，例如，对于相对介电常数(εr)，具有从2到10的值，并且因此，固有地限制了潜在的应用。进一步地，传统的基板材料通常不是透明的。
发明内容
因此，非常需要针对RF信号的、改进的基板，这些改进的基板不受述缺点影响。
各个实施例提供了一种针对射频RF信号的复合基板，其中所述复合基板至少包括：第一介电材料层和第二介电材料层；以及至少一个导电材料导体层，该至少一个导电材料导体层被布置在所述第一层与所述第二层之间，其中所述第一层和所述第二层以及所述导体层分别包括光学透明材料。这有利地支持提供具有相对较大的介电常数的RF基板，可以通过适当地选择不同的层的几何性质(例如，厚度)及其材料性质(例如，介电常数或者导电率)来精确地控制该介电常数。此外，根据实施例的原理支持提供RF基板，这些RF基板是透明的，即，至少在某些波长范围内实现光的传输。
根据另一些实施例，所述至少一个导体层包括氧化铟锡(ITO)。作为示例，根据实施例，ITO结构可以被用于形成包括大约为1.38x105S/m(西门子每米)的导电率的所述至少一个导体层。根据另一些实施例，可以使用具有不同导电率(更高或者更低)的其他透明导体。
根据另一些实施例，所述第一介电材料层和/或所述第二介电材料层包括陶瓷材料，例如，透明的陶瓷材料。作为示例，根据实施例，可以使用包括高达大约40的(相对)介电常数的透明陶瓷材料。
根据另一些实施例，所述第一层和所述第二层的聚合层厚度相对于所述导体层的厚度的比率在大约1:10(即，0.1)至大约1:100(即，0.01)内变动，其中优选地，所述比率为大约1:50。这样，对于复合基板，可以获得相对较大的(相对)介电常数值，例如，大于大约1000或者更多的值。例如，可以获得所述第一层和所述第二层的聚合层厚度作为所述第一层和所述第二层的单独的层厚度的总和，并且可以通过将所述聚合层厚度除以所述导体层的厚度来获得所述比率。
根据另一些实施例，所述第一层和/或所述第二层的层厚度在大约1nm(纳米)至大约200nm之间的范围内。
根据另一些实施例，所述导体层的层厚度在大约200nm至大约4000nm之间的范围内，优选地，在大约800nm至大约1200nm之间的范围内。
另一些实施例提供了一种针对RF信号的滤波器，其包括：第一耦合层；第二耦合层；以及至少一个谐振器层，该至少一个谐振器层被布置在所述第一耦合层与所述第二耦合层之间，其中所述谐振器层包括根据实施例的至少一个透明的复合基板。进一步地，所述第一耦合层和所述第二耦合层分别包括光学透明材料，使得获得以下针对RF信号的滤波器：该滤波器同时在光域中是透明的。
根据一些实施例，所述第一耦合层和所述第二耦合层的所述光学透明材料在可见波长范围内基本上是透明的，其中具体地，所述可见波长范围在大约390nm与大约700nm之间延伸。根据另一些实施例，该光学透明度的范围也可以应用于复合基板。因此，有利地，可以提供以下RF信号滤波器：该RF信号滤波器是透明的，并且因此，例如，可以与其他透明结构(诸如，建筑物或者车辆的窗户等)一起使用该RF信号滤波器(例如，被集成在其中)，而基本上不会影响所述其他透明结构的透明性质。
根据一些实施例，提供了n多个其他谐振器层，其中n是正整数，其中与所述其他谐振器层中的每一个相邻地，提供了相关联的其他耦合层。作为示例，通过使用n1＝4个许多谐振器层，可以提供具有四个极点的滤波器。根据一些实施例，所述(多个)其他谐振器层中的至少一个导体层包括基于ITO的材料。
根据一些实施例，所述第一耦合层和所述第二耦合层中的至少一个耦合层包括透明的介电材料，例如，玻璃。根据一些实施例，如果提供了其他耦合层(例如，与其他谐振器层相关联)，则所述其他耦合层中的一个或者多个耦合层也可以包括这种透明的介电材料。
根据一些实施例，所述滤波器是带通滤波器，其中优选地，所述带通滤波器的中心频率为大约60.5GHz，并且其中，进一步优选地，所述滤波器的带宽为大约7GHz，因此，有利地覆盖了大约60.5GHz的未授权的频带。
根据一些实施例，所述第一耦合层和所述第二耦合层中的至少一个耦合层(或者在至少一个其他谐振器层的情况下，为至少一个其他耦合层)被配置作为针对所述RF信号的四分之一波长变换器，例如，从而形成分别具有90°(度)的电长度或者四分之一波长的阻抗变换器或者导纳变换器。作为示例，可以通过使用上面提到的实施例来提供针对具有所需中心频率和带宽的RF信号(例如，在毫米波范围内)的光学透明的(例如，在可见波长范围内)带通滤波器。
根据一些实施例，所述至少一个谐振器层的(相对)介电常数ε_res根据方程ε_res＝ε_it/K2而被选出，其中ε_it是与所述谐振器层相邻的耦合层的介电常数，并且其中，K是耦合系数。
另一些实施例以包括根据实施例的至少一个滤波器的结构(特别是建筑物或者车辆，例如，飞行器和/或陆地车辆和/或水运工具)为特征。作为示例，可以向这种结构和/或车辆的一个或者多个窗户/挡风玻璃等提供根据实施例的至少一个滤波器，由此不会影响所述窗户的透明度，而是实现了对在特定频率范围内的RF信号进行滤波。
另一些实施例提供了一种制造针对RF信号的复合基板的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供第一介电材料层；提供第二介电材料层；以及在所述第一层与所述第二层之间提供至少一个导电材料导体层，其中所述第一层和所述第二层以及所述导体层分别包括光学透明材料。
应该注意，方法步骤的顺序不一定与上面提到的顺序相对应。作为示例，首先，可以提供第一介电层，并且随后，可以在所述第一介电层的顶部提供所述导体层，并且随后，可以在所述导体层的顶部提供第二介电层。根据另一些实施例，其他顺序也是可能的。优选地，这些层被布置为直接与彼此相邻，即，在它们之间没有任何其他(第三)介质。
根据一些实施例，作为示例，可以使用以下制造方法和技术来提供复合基板和/或滤波器：可以通过使用标准的半导体处理技术来使介电层和/或金属层沉积并且对其进行图案化。可以通过使用以下技术来执行沉积，诸如但不限于：化学气相沉积、电子束蒸发、溅射沉积、电镀等。可以通过使用光刻技术来对层进行图案化，然后进行等离子蚀刻或者湿法蚀刻，或者进行沉积和剥离等。优选地，可以使用标准的制造技术(不限于半导体制造技术)来提供根据一些实施例的复合基板和/或过滤器。
从属权利要求提供了另一些有利实施例。
附图说明
在下面的具体实施方式中参照附图给出了说明性实施例的其他特征、方面和优点，其中：
图1示意性地描绘了根据实施例的复合基板的透视图，
图2示意性地描绘了根据另一实施例的复合基板，
图3示意性地描绘了根据实施例的针对RF信号的滤波器的透视图，
图4示意性地描绘了根据实施例的带通滤波器的基本配置，
图5示意性地描绘了根据实施例的包括介电层的结构，
图6示意性地描绘了根据实施例的随频率的介电常数，
图7示意性地描绘了根据实施例的随频率的损耗正切，
图8A示意性地描绘了根据实施例的n极点的滤波器，
图8B示意性地描绘了根据实施例的三极滤波器，
图9示意性地描绘了根据实施例的三极滤波器的透视图，
图10示意性地描绘了根据实施例的陆地车辆，以及
图11示意性地描绘了根据实施例的方法的简化流程图。
具体实施方式
图1示意性地描绘了根据实施例的复合基板1300的透视图。复合基板1300包括第一介电材料层1310和第二介电材料层1320。复合基板1300还包括被布置在所述第一层1310与所述第二层1320之间的至少一个导电材料导体层1330，其中所述第一层1310和所述第二层1320以及所述导体层1330分别包括光学透明材料。因此，复合基板1300对于光信号是透明的，优选地，在大约390nm与大约700nm之间的可见波长范围内的光信号。因此，通过使用复合基板1300，可以提供光学透明的基板结构以用于形成RF谐振器和/或RF波导等。
在其他实施例中，超过所述两个介电材料层1310、1320和/或所述一个导体层1330是可能的。
根据申请人的分析，复合基板1300的堆叠层配置还有利地支持向RF基板提供相对较大的(相对)介电常数值，可以通过适当地选择不同的层的几何性质及其材料性质来精确地控制这些(相对)介电常数值。
根据另一些实施例，所述至少一个导体层1330包括氧化铟锡(ITO)。作为示例，根据实施例，ITO结构可以被用于形成包括大约为1.38x 105S/m(西门子每米)的导电率的所述至少一个导体层1330。根据另一些实施例，可以使用具有不同导电率(高于或者低于ITO的导电率)的其他透明导体。
根据另一些实施例，所述第一介电材料层1310和/或所述第二介电材料层1320包括陶瓷材料，例如，透明的陶瓷材料。作为示例，根据实施例，可以使用包括高达大约40的(相对)介电常数的透明陶瓷材料。
根据另一些实施例，所述第一层1310和所述第二层1320的聚合层厚度相对于所述导体层1330的厚度h2(沿着图1中的z轴测得的)的比率在大约1:10(即，0.1)至大约1:100(即，0.01)内变动，其中优选地，所述比率为大约1:50。这样，对于复合基板1300，可以获得相对较大的(相对)介电常数值，例如，大于大约1000或者更多的值。例如，可以获得所述第一层1310和所述第二层1320的聚合层厚度作为所述第一层1310和所述第二层1320的个体层厚度(在图1中未描绘，但是类似于导电层1330的层厚度h2，同样沿着z轴测得的)的总和，并且可以通过将所述聚合层厚度除以所述导体层1330的厚度h2来获得所述比率。
根据另一些示例性实施例，所述第一层1310和/或所述第二层1320的层厚度分别在大约1nm至大约200nm之间的范围内。
根据另一些示例性实施例，所述导体层1330的层厚度h2在大约400nm至大约4000nm之间的范围内，优选地，在大约800nm至大约1200nm之间的范围内。
复合基板1300的一个示例性应用领域是RF信号通信领域，特别是毫米波通信领域。虽然在理论上提供了前所未有的数据传输量，但是毫米波通信由于例如，几十GHz(千兆赫)的波长及其相关的准光传播性质而固有地在本质上是短距离的。对于在57至64GHz内的免授权频带，尤其如此。此处，电磁(EM)波不仅会大大受到峰值为60GHz的氧气吸收的影响，而且会受到障碍物折射(诸如，窗户)的影响。对于在无线固定接入场景中从已经在室外生成的信号进行室内毫米波信号接收的情况，尤其如此。在这种情况下，室外毫米波信号由于所涉及的传输介质(自由空气、窗户材料(诸如，玻璃)等)的介电常数的差异而主要从玻璃界面反射出。对于这些设定，有利地，根据实施例的复合基板1300可以被用于提供以下谐振器和/或波导结构：从RF信号的角度来看，这些谐振器和/或波导结构在毫米波范围内进行操作，另外，这些谐振器和/或波导结构是光学透明的。
作为另一示例，根据实施例的复合基板1300可以被用于使RF毫米波信号能穿透过玻璃界面，而基本上不会损害窗户旨在提供的视觉特性(除了最小的信号衰减之外)。换句话说，根据一些示例性实施例，例如，根据实施例的复合基板1300可以被用于构造在视觉上透明的阻抗匹配网络，该阻抗匹配网络支持将例如毫米波范围内的RF信号从自由空气耦合到玻璃中，反之亦然。此外，通过适当地将若干材料层与根据实施例的至少一个复合基板1300组合，也可以被实现为对于光信号是透明的RF信号滤波器。
图2示意性地描绘了根据另一实施例的复合基板CS的侧视图。复合基板CS包括与上面参照图1解释的基板1300的层1310、1320相似的两个介电层1310a、1320a。图2中的复合基板CS还包括被布置在所述两个介电层1310a、1320a之间的导体层1330a。第一介电层1310a和第二介电层1320a分别包括第一介电常数
Figure BDA0002378386830000071
和第一层厚度h1(在图2中是垂直的)，并且导体层1330a具有第二介电常数
Figure BDA0002378386830000072
和第二层厚度h2以及非零的导电率σ2。
在该的右侧描绘了等效的介电基板CS＇，该等效的介电基板CS＇在宏观介电常数方面与图2中的复合基板CS相对应。等效的介电基板CS′的特征在于：具有2*h1+h2的层厚度和所产生的有效介电常数
Figure BDA0002378386830000073
的材料的单层130a。
根据实施例，按照在图2中呈现的方式而形成的堆栈CS、CS＇的介电常数的复合宏观值可以被表示为：
Figure BDA0002378386830000074
其中，
Figure BDA0002378386830000075
(ε0是真空下的介电常数)，并且k0是在自由空间中的传播常数，
Figure BDA0002378386830000081
其中c是在自由空间中的光速，并且ω表示信号的角频率(其中，ω＝2πf，其中f是信号频率)。表达式
Figure BDA0002378386830000082
表示导体中的传播常数，其中
Figure BDA0002378386830000083
表示趋肤深度。
从方程(1)，可以看出：可以通过增加导体和电介质所占用的体积的比率(或者通过增加其相应的高度)来增加图2中的复合结构CS的介电常数。
让我们假设：根据实施例，图2中的基本层1320a是陶瓷，并且其具有接近40的相对较高的介电常数值
Figure BDA0002378386830000084
其损耗正切相当小并且例如，等于大约tan(δ3)＝5x10-5。为了该复合结构CS可用于EM耦合的优选实施例(例如，耦合RF谐振器以构造诸如带通滤波器的滤波器)，如果复合结构CS将包括大于例如1000的相对介电常数(如下面将示出的，参见方程式(7)和相关描述)，则这将是有益的。对于图2中具有
Figure BDA0002378386830000085
和tan(δ3)＝5x10-5的层1320a的陶瓷电介质，根据实施例，如果电介质1310a、1320a和导体1330a所占用的体积的比率的比例为大约1:50，则可以实现这一点。换句话说，作为示例，电介质1310a、1320a可以占用比导体1330a的体积区域或者体积小50倍的体积。根据另一实施例，为了将按照这种方式而形成的复合电介质CS的复合损耗减到最少并且维持光学透明度，导体层1330a可以包括相对较低的导电率–例如，具有
Figure BDA0002378386830000086
的导电率的典型ITO结构将足够了。在图6和图7中示出了按照这种方式而形成的堆栈的介电常数及其对应的损耗正切，参见曲线C1、C2。对于本示例，假设介电层1310a、1320a分别为20nm厚(层厚度h1)，而导体层1330a为1000nm厚(层厚度h2)。
这些图表明：根据一些实施例，使用透明的导体1330a和“薄的”并且优选地，透明的陶瓷1310a、1320a，可获得较高的介电常数值。该材料堆栈CS(图2)的复合损耗正切有所增加，但是未增加很多–在60GHz下，其处于tan(δeff)＝5x10-3，这对实现滤波器构造所需的耦合系数非常有用。当εr2＝4(玻璃)和εr3＝1039(相邻材料层的介电常数)符合RF滤波器设计的要求时，图2中的复合基板CS的耦合系数的值0.62如由下面进一步解释的方程式(7)给出。
根据另一些实施例，可以获得光学透明的复合基板CS(图2)的介电常数的不同值，这取决于层厚度h1、h2及其相应的、单独的介电常数。
图3示意性地描绘了根据实施例的针对RF信号RFi的滤波器100的透视图。滤波器100包括第一耦合层110、第二耦合层120和至少一个谐振器层130，该至少一个谐振层130被布置在所述第一耦合层110与所述第二耦合层120之间(并且优选地，直接与所述第一耦合层110和所述第二耦合层120相邻)，其中所述谐振器层130包括根据实施例的至少一个复合基板1300(图1)或者CS(图2)。此外，所述第一耦合层110和所述第二耦合层120还分别包括光学透明材料(例如，在可见波长范围内是透明的材料)，使得表示滤波器100的完整堆栈对于光信号OSi是透明的。换句话说，入射在顶表面上的光信号Osi(参见图3)可以经过所述滤波器100，使得稍微衰减的光信号Osi＇在相对的底表面处离开滤波器100。
根据一些实施例，所述第一耦合层110和所述第二耦合层120的所述光学透明材料在可见波长范围内基本上是透明的，其中具体地，所述可见波长范围在大约390nm与大约700nm之间延伸。
然而，对于入射的RF信号RFi，例如，在毫米波范围(例如，大约60GHz)内，滤波器100可以包括非恒定的传递函数，例如以用于实现带通滤波器，使得在滤波器100的“输出”(图3中的底表面)处，获得滤过的RF信号RFi＇。根据一些实施例，通过适当地选择几何参数以及所涉及的材料层的介电常数来定义滤波器传递函数。同样，代替单个谐振器层130，可以提供若干(例如，n个许多)谐振器层(在图3中未示出)，例如，以用于构造n极点的带通滤波器。
图4示意性地描绘了根据实施例的带通滤波器的基本配置10。在该实施例中，元件Y1、Y2和Yn是导纳变换器(admittance transformer)(或者分别是阻抗变换器)，通过这些导纳变换器，通过电容器C1和电感器L1、C2、L2、Cn、Ln的并联连接所描绘的个体谐振器R1、R2、Rn彼此耦合。在该方面中，变换器Y1、Y2、Yn也可以被认为是耦合器。还可以提供其他谐振器和相应的耦合器，参见谐振器R2、Rn之间的虚线。
在操作频率下，优选地，导纳变换器Y1、Y2、Yn可以为90°长，例如，具有与90度或者四分之一波长对应的电长度，因此，操作为四分之一波长阻抗变换器，其中其特性导纳值确定在任何两个连续的谐振器之间耦合的量。鉴于该陈述，原则上，例如，以光学透明的形式实现的、根据实施例的滤波器100(图3)可以与图4中的等效电路对应。作为示例，谐振器R1、R2、...、Rn可以由根据实施例的一个或者多个复合基板1300形成，并且例如，变换器Y1、Y2、Yn可以由具有适当的介电常数和厚度的介电层(例如，参见图3中的层110、120)形成。
为了进行进一步的解释，在下文中，考虑图5中的结构12，图5描绘了被标记为M1、M2和M3的、三个不同电介质的横截面。此处，我们的兴趣是：检查穿过介质M2从介质M1到介质M3的耦合的实现程度以及针对该耦合能够用于对例如，带通滤波器的设计，应该满足什么条件。
下面的检查的起始点是无源介质中的亥姆霍兹方程式，即，
Figure BDA0002378386830000101
对于不具有导向分量的平面波，可以表明：该方程式对于三种不同介质M1、M2、M3的解可以被表示为：
Figure BDA0002378386830000102
其中k1、k2、k3是与介质M1、M2、M3相关联的相应常数。
如在图5中指示的，假设方程式3中的场方向在垂直于z轴的x方向上。y轴与图5中的绘图平面正交。
从麦克斯韦的第一旋度方程式
Figure BDA0002378386830000111
找到对应的H字段以得出：
Figure BDA0002378386830000112
其中，
Figure BDA0002378386830000113
并且
Figure BDA0002378386830000114
和
Figure BDA0002378386830000115
表示固有的特征阻抗。方程式4中的H场的方向是在y方向上，即，其指向观察者。
通常将耦合系数定义为电流密度的比率。由于磁场强度H实际上由每单位长度的电流强度给出，因此，我们可以将图5中的耦合系数(从介质M1传递至介电介质M3的能量)定义为
Figure BDA0002378386830000116
根据一些实施例，通过用适当的边界条件来对方程式3和4进行求解，通过方程式5获得的耦合系数K变为
Figure BDA0002378386830000117
由于对于绝大部分电介质，μr＝1，因此方程式6简化为
Figure BDA0002378386830000118
换句话说，根据一些实施例，在两个介电介质M1、M3之间的耦合与分离介质M2的介电常数和接收介质M3的介电常数的比率成比例。
根据优选实施例，为了使由方程式7给出的发现在滤波器设计中特别有用，可以示例性地将由方程式7给出的耦合系数K选择为在0.01至0.1之间的范围内。
作为示例，假设在介质M1与介质M3之间的耦合通过介电常数为εr2＝4的玻璃(介质M2)发生，当介质M3的介电常数为1600和400时，实现0.05至0.1的耦合系数。使用现有技术的传统标准陶瓷，无法获得这种相对较高的相对介电常数值，这些传统标准陶瓷通常具有最多高达200的值。此外，除了需要较高的介电常数之外，这种电介质还需要是透明的。使用传统的电介质，这似乎是不可克服的任务。
然而，可以按照“人工的”方式(诸如，通过实施例的原理提出的，参见上面的图1所示复合基板1300)来获得较高的介电常数值。
根据一些实施例，根据图1，可以使用堆叠的电介质方法(与电介质1310、1320交错的导体1330)来制造图5中的电介质M1和M3，以便实现例如，对于针对一些滤波器配置的正确耦合量所需的较高介电常数值。为了维持透明度，如上面解释的，透明的陶瓷和导体被用于交错，并且被用于实现较高的介电常数值。
根据实施例，假设介电介质M2是普通的玻璃，相对介电常数为4。当然，对于其他实施例，其他介电介质可以用于该目的，但是，在一些应用中，那当然会引起介质M1和M3的相对介电常数的变化。
作为另一实施例，在图8A中示出了通过使用根据如上面解释的实施例的原理而设计的n极点的滤波器100a。该滤波器100a包括通过阻抗变换器it2、it3、it4、...而被耦合的n多个谐振器res1、res2、res3、resn。其他阻抗变换器it1、itn支持将RF信号耦合到滤波器100a中(在图8A中的左侧)和在图8A中的右侧从滤波器100a中耦合出RF信号。根据优选实施例，谐振器res1、...、resn可以包括根据上面解释的实施例的复合基板1300(图1)，每个谐振器可能具有不同的几何形状。根据另一实施例，阻抗变换器it1、...、itn可以分别包括一个或者多个介电层。
在下文中，通过图8B描绘了根据另一实施例的滤波器100b。示例性地，描绘了在7GHz的带宽(覆盖免授权带)情况下以60.5GHz的中心频率进行操作的三极点的滤波器100b。讨论中的滤波器100b具有3个极点，在50GHz和70GHz下的最小衰减为25dB。其耦合矩阵为
Figure BDA0002378386830000131
其中，输入耦合和输出耦合为kin＝kout＝0.11256。更具体地，图8B示意性地描绘了使用根据实施例的原理的滤波器100b的一个可能的物理实现的横截面。
滤波器100b包括在操作频率下可以为90°长的导纳变换器it1、it2＇、it3＇、it4＇。换句话说，导纳变换器it1、it2＇、it3＇、it4＇被配置作为四分之一波长变换器。作为示例，对于导纳变换器it1、it2＇、it3＇、it4＇，使用玻璃层，其中εr2＝4，使得变换器的长度(沿着图8B中的水平方向的层厚度)大约为625μm(微米)。耦合系数k＝0.10495(参见上面的耦合矩阵M)使谐振器res1、res2、res3的所需介电常数为εr3＝363。注意，谐振器res1、res2、res3可以分别具有如通过图1描绘的结构1300。根据实施例，鉴于此，对于谐振器res1、res2、res3，将导体与介电层厚度的比率选择为16.2。因任何介电谐振器res1、res2、res3的长度在工作频率应该为180°(与一半波长对应)，因此形成这些谐振器res1、res2、res3(图8B)的复合堆栈1300(参见图1)的厚度分别为大约为130μm。为了实现受导纳变换器it1、it4＇的影响的、所需的输入耦合系数kin和输出耦合系数kout，将实现这些导纳变换器it1、it4＇的耦合层的介电常数被选择为εr2＝4.6。根据一些实施例，可以通过温和地使玻璃基板和导体基板交错来实现这一点。作为针对这种温和交错的示例，在许多情况下，实现导纳变换器it1、it4＇的耦合层的介电常数只需要少量增加，例如，可以通过使用与图2相似的结构来实现这种增加。然而，根据本示例，不是具有由大量交错的电介质和导体组成的堆栈，而是一些交错的层可以足以增加介电常数，即，玻璃/导体/玻璃/导体/玻璃，其中–根据示例–玻璃层的厚度可以比导体的厚度高得多。完整的滤波器100b的厚度为大约2.9mm(毫米)，并且在图9中的透视图中示出了另一可能的物理实现100c，其中图9中的耦合层110、120与图8B中的导纳变换器it1、it4′相对应，其中其他耦合层134a、134b与图8B中的导纳变换器it2′、it3′相对应，并且其中谐振器层130、132a、132b与图8B中的谐振器res1、res2、res3相对应。
根据另一些实施例，具有较低的介电常数值的陶瓷基板也可以被用于根据上面解释的原理的滤波器的实现。然而，这可能需要分别重新计算或者适配有效介电常数的值及其相应的厚度。
一旦制造了根据实施例的滤波器(例如，图9中的实施例100c)(或者在制造过程中)，例如，就可以将其安装在窗户上(优选地，安装在外部(和/或内部))。此处，可能需要注意安装了滤波器100b的窗户玻璃的衰减。然而，在适当了解窗户玻璃的玻璃特性的情况下，可以将过滤器100b设计为考虑到这一点，即，通过使外面的耦合层110或者120的介电常数适配于窗户玻璃的性质。
当然，根据实施例的原理不限于提供三极点的滤波器–可以使用传统的滤波器设计知识来增加阶数以适合特定应用，由此有利地，获得光学透明的RF滤波器。
虽然根据实施例的原理特别适合于针对在毫米波范围内的RF信号的材料，但是其他RF范围(更低的和/或更高的频率)也是可能的。
虽然根据实施例的原理特别适合于在可见波长范围(对于人眼)内的光学透明度，但是通过为层110、120、130(图1)选择适当的材料，其他波长范围(例如，红外(IR)范围)也是可能的。
如上面已经提到的，根据另一些实施例，除了如通过图3中的滤波器实施例100描绘的单个谐振器层130之外，还可以提供n个许多其他谐振器层132a、132b，参见图9中的滤波器100b，其中n是正整数，其中与所述其他谐振器层132a、132b中的每一个相邻地，提供了相关联的其他耦合层134a、134b。
根据优选实施例，所述第一耦合层110和所述第二耦合层120中的至少一个耦合层包括玻璃。如果提供了其他耦合层，则它们(或者它们中的至少一个)也可以包括玻璃。
根据优选实施例，根据方程式ε_res＝ε_it/K2来选择至少一个谐振器层130(图3)的介电常数ε_res，其中，ε_it是与所述谐振器层130相邻的耦合层120的介电常数，并且其中K是耦合系数。
另一些实施例以包括根据实施例的至少一个滤波器的结构(特别是建筑物或者车辆)为特征。在该方面中，图10示例性地描绘了陆地车辆(汽车)1000，其中过滤器100(对于过滤器100的细节，参见图3)被应用于汽车1000的挡风玻璃1002的外表面。这样，挡风玻璃1002(与滤波器100一起)操作为光学透明的RF滤波器，由此实现了从周围区域到汽车1000中的RF数据传输(具有如由滤波器100定义的RF频率选择性)。备选地或者此外，针对从内部到汽车1000周围的区域的RF传输的相似配置也是可能的，即，通过在挡风玻璃1002的内表面上提供(另一)滤波器。
根据一些实施例，挡风玻璃也可以由层压安全玻璃制成，该层压安全玻璃可以具有一个或者多个集成的聚合物箔。作为示例，这些聚合物箔还可以被用作电介质以用于应用根据实施例的原理。
图11示意性地描绘了根据实施例的制造复合基板1300(图1)的方法的简化流程图。该方法包括：提供第一介电材料层1310(200)；提供第二介电材料层1320(210)；以及在所述第一层1310与所述第二层1320之间提供至少一个导电材料导体层1330(220)，其中所述第一层1310和所述第二层1320以及所述导体层1330分别包括光学透明材料。注意，可以针对其他实施例改变顺序，即，按照层1320、1330、1310等的顺序来“建造”堆栈。
根据实施例的原理使得能够创造例如，针对建筑物、车辆和飞机的光学透明的窗户和屏幕，这些光学透明的窗户和屏幕还可以被配置为对特定的所需RF带是高度“透明”的(或者分别是透射的)，同时阻挡其他不希望的带。根据实施例的这种RF基板和滤波器还可以被应用于现有的(优选地，透明的)结构以扩展其有关RF信号滤波器方面的功能性。
根据实施例的原理还可以被用于嵌入式波导和/或天线结构。
本说明书以及附图仅说明了本发明的原理。因此，要了解，本领域的技术人员将能够想出各种布置，虽然在本文中未明确地描述或者示出这些各种布置，但是这些各种布置体现了本发明的原理并且包括在其精神和范围内。此外，在本文中叙述的所有示例专门主要旨在仅用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理和本发明人为进一步发展本领域所贡献的概念，并且应该被解释为对这种具体叙述的示例和条件不具有限制。此外，本文中叙述本发明的原理、方面和实施例以及其特定示例的所有陈述都旨在包括其等效物。
本领域的技术人员应该了解，本文中的任何框图表示体现本发明的原理的说明性电路系统的概念图。同样，要了解，任何流程图、作业图、状态转变图、伪代码等表示各种过程，这些过程基本上可以被表示在计算机可读介质中并且因此，可以由计算机或者处理器执行，无论是否明确地示出了这种计算机或者处理器。
本领域的技术人员将容易地认识到：各种上述方法的步骤可以由编程的计算机执行。在本文中，一些实施例还旨在涵盖程序存储设备，例如，数字数据存储介质，这些程序存储设备是机器或者计算机可读的并且对机器可执行或者计算机可执行指令程序进行编码，其中，所述指令执行所述上述方法的步骤中的一些或者全部步骤。程序存储设备可以是：例如，数字存储器、磁存储介质(诸如，磁盘和磁带)、硬盘驱动器或者光学地可读的数字数据存储介质。实施例还旨在涵盖被编程为执行上述方法的所述步骤的计算机。
本领域的技术人员应该了解，本文中的任何框图表示体现本发明的原理的说明性电路系统的概念图。同样，要了解，任何流程图、作业图、状态转变图、伪代码等表示各种过程，这些过程基本上可以被表示在计算机可读介质中并且因此，可以由计算机或者处理器执行，无论是否明确地示出了这种计算机或者处理器。

Claims (15)

1.一种针对射频RF信号的复合基板(1300；CS)，包括：至少介电材料的第一层(1310；1310a)和介电材料的第二层(1320；1320a)；以及导电材料的至少一个导体层(1330；1330a)，所述至少一个导体层(1330；1330a)被布置在所述第一层(1310；1310a)与所述第二层(1320；1320a)之间，其中所述第一层(1310；1310a)和所述第二层(1320；1320a)以及所述导体层(1330；1330a)均包括光学透明材料。
2.根据权利要求1所述的复合基板(1300；CS)，其中所述至少一个导体层(1330；1330a)包括氧化铟锡。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的复合基板(1300；CS)，其中介电材料的所述第一层(1310；1310a)和/或介电材料的所述第二层(1320；1320a)包括陶瓷材料。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的复合基板(1300；CS)，其中所述第一层(1310；1310a)和所述第二层(1320；1320a)的聚合层厚度相对于所述导体层(1330；1330a)的厚度的比率在从大约1:10到大约1:100的范围内，其中优选地，所述比率为大约1:50。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的复合基板(1300；CS)，其中所述第一层(1310；1310a)和/或所述第二层(1320；1320a)的层厚度在大约1nm至大约200nm之间的范围内。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的复合基板(1300；CS)，其中所述导体层(1330；1330a)的层厚度在大约200nm至大约4000nm之间的范围内，优选地，在大约800nm至大约1200nm之间的范围内。
7.一种针对射频RF信号(RFi)的滤波器(100；100a；100b；100c)，包括：第一耦合层(110)；第二耦合层(120)；以及至少一个谐振器层(130)，所述至少一个谐振器层(130)被布置在所述第一耦合层(110)与所述第二耦合层(120)之间，其中所述谐振器层(130)包括根据前述权利要求中至少一项所述的至少一个复合基板(1300)，其中所述第一耦合层(110)和所述第二耦合层(120)均包括光学透明材料。
8.根据权利要求7所述的滤波器(100；100a；100b；100c)，其中n多个另外的谐振器层(132a、132b)被提供，其中n是正整数，其中在与所述另外的谐振器层(132a、132b)中的每个谐振器层相邻处，相关联的另外的耦合层(134a、134b)被提供。
9.根据前述权利要求7至8中至少一项所述的滤波器(100；100a；100b；100c)，其中所述第一耦合层(110)和所述第二耦合层(120)的所述光学透明材料在可见波长范围内基本上是透明的，其中具体地，所述可见波长范围在大约390nm与大约700nm之间延伸。
10.根据前述权利要求7至9中至少一项所述的滤波器(100；100a；100b；100c)，其中所述第一耦合层(110)和所述第二耦合层(120)中的至少一个耦合层包括玻璃。
11.根据前述权利要求7至10中至少一项所述的滤波器(100；100a；100b；100c)，其中所述滤波器是带通滤波器，其中优选地，所述带通滤波器的中心频率为大约60.5GHz，并且其中进一步优选地，所述滤波器的带宽为大约7GHz。
12.根据前述权利要求7至11中至少一项所述的滤波器(100；100a；100b；100c)，其中所述第一耦合层(110)和所述第二耦合层(120)中的至少一个耦合层被配置作为针对所述RF信号(RFi)的四分之一波长变换器。
13.根据前述权利要求7至12中至少一项所述的滤波器(100；100a；100b；100c)，其中所述至少一个谐振器层(130)的介电常数ε_res根据方程ε_res＝ε_it/K2被选择，其中ε_it是与所述谐振器层(130)相邻的耦合层(120)的介电常数，并且其中K是耦合系数。
14.一种结构，具体地是建筑物或者车辆(1000)，包括：根据前述权利要求7至13中至少一项所述的至少一个滤波器。
15.一种制造针对射频RF信号的复合基板(1300；CS)的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供(200)介电材料的第一层(1310；1310a)；提供(210)介电材料的第二层(1320；1320a)；以及在所述第一层(1310；1310a)与所述第二层(1320；1320a)之间提供(220)至少一个导电材料导体层(1330；1330a)，其中所述第一层(1310；1310a)和所述第二层(1320；1320a)以及所述导体层(1330；1330a)均包括光学透明材料。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113497322A (zh) * 2020-04-06 2021-10-12 诺基亚技术有限公司 包括用于射频信号的波导的装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021100782A1 (zh) * 2019-11-22 2021-05-27
WO2023240463A1 (zh) * 2022-06-14 2023-12-21 京东方科技集团股份有限公司 可调射频单元、滤波器和电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1425555A (zh) * 2001-12-14 2003-06-25 张会琴 一种透明金属介电复合材料
CN101698601A (zh) * 2009-11-04 2010-04-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种氧化钇基透明陶瓷的烧结方法
CN105970168A (zh) * 2016-07-04 2016-09-28 电子科技大学 一种薄膜传感器用复合绝缘层及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6262830B1 (en) * 1997-09-16 2001-07-17 Michael Scalora Transparent metallo-dielectric photonic band gap structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1425555A (zh) * 2001-12-14 2003-06-25 张会琴 一种透明金属介电复合材料
CN101698601A (zh) * 2009-11-04 2010-04-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种氧化钇基透明陶瓷的烧结方法
CN105970168A (zh) * 2016-07-04 2016-09-28 电子科技大学 一种薄膜传感器用复合绝缘层及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. TSAKONAS ET AL: ""Optically transparent frequency selective window for microwave applications"", 《ELECTRONICS LETTERS》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113497322A (zh) * 2020-04-06 2021-10-12 诺基亚技术有限公司 包括用于射频信号的波导的装置

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