CN112397863A - 用于毫米波的转接结构以及多层转接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于毫米波的转接结构以及多层转接结构，其包括耦接于第一传输线的末端的第一层信号元件，以及以离第一传输线的条状本体与末端等距的方式沿着第一传输线的条状本体的相对两侧配置与围绕第一传输线的末端的多个第一层接地元件。转接结构又包括耦接第一层信号元件的中间层信号元件，以及以准同轴的方式围绕中间层信号元件的多个接地元件。本发明又提供一种用于毫米波的包括多层结构及转接结构的多层转接结构。本发明可克服多层结构的厚度对于操作频率所造成的影响，进而提高多层结构的共振频率。

Description

用于毫米波的转接结构以及多层转接结构
技术领域
本发明涉及一种转接结构以及多层转接结构，详而言之，尤其涉及一种用于毫米波的转接结构以及多层转接结构。
背景技术
在现今5G通信时代，新世代移动通信(next generation mobile)技术在例如自动汽车(V2X)、边缘计算或人工智能物联网(AIoT)等各种应用中发挥着关键作用。3GPP第15版(Release 15)定义了5G新无线电(5G New Radio,5G NR)移动通信标准，即对于6GHz以下的频谱与毫米波频带，区分为第一型频率范围(Frequency Ranges 1；FR1)与第二型频率范围(Frequency Ranges 2；FR2)，FR1频段范围为450-6000MHz，FR2频段范围则为24250-52600MHz。
于现有技术中，用于毫米波频带的垂直转接结构如图1A和图1B所示。一般而言，垂直转接结构可用于多层电路板的转接，例如总厚度大约1.151mm的电路板。垂直转接结构可包括一个信号接脚(signal pin)11和两个接地接脚(ground pin)13，而两个传输线12分别耦接于信号接脚11的两端。通常可借由调整接地接脚13与信号接脚11之间的间隙14来改变阻抗，间隙14越小则阻抗越小。此外，调整信号接脚11或接地接脚13的直径也可改变阻抗，直径越小阻抗越大。另外，调整信号接脚11或接地接脚13的高度也可改变阻抗，高度越小操作频率越高。
换言之，在垂直转接结构中，间隙14和接脚的直径和高度影响着操作频率。然而，如图1C所示的垂直转接结构的透射系数(transmission coefficient)—频率(Frequency)曲线图可发现，在频率21GHz附近产生了共振点。此外，图1C为示出不同间隙的透射系数—频率曲线图，自上至下分别为间隙14mil、10mil、6mil、2mil，在频率约20GHz开始有插入损耗(insertion losses)，到频率约23GHz左右插入损耗有4到10dB不等，而不利于5G通信的传输。
因此，如何改善转接结构的操作频率，同时克服电路板厚度的影响，为目前业界急待解决的议题之一。
发明内容
本发明实施例公开一种用于毫米波的转接结构以及多层转接结构，能克服多层结构的厚度对于操作频率所造成的影响。
本发明的一实施例公开一种用于毫米波的转接结构，包括：第一层信号元件，其耦接设在多层结构的第一层的第一传输线的末端；以及多个第一层接地元件，其耦接该多层结构的第一层并围绕该第一传输线的条状本体及该末端。此外，部分该多个第一层接地元件以离该第一传输线的末端等距的方式围绕该第一传输线的末端，且部分该多个第一层接地元件以离该第一传输线的条状本体等距的方式沿着该第一传输线的条状本体的相对两侧配置。
于另一实施例中，该转接结构还包括：第二层接地元件，其耦接该多层结构中设有第二传输线的第二层，且该多个第二层接地元件围绕该第二传输线的条状本体及该第二传输线的末端，而该第二传输线的末端耦接至该第一层信号元件。此外，部分该多个第二层接地元件以离该第二传输线的末端等距的方式围绕该第二传输线的末端，且部分该多个第二层接地元件以离该第二传输线的条状本体等距的方式沿着该第二传输线的条状本体的相对两侧配置。另外，该第一传输线与该第二传输线朝相反方向延伸，且以该第一传输线的末端与该第二传输线的末端的连线为轴线，而该轴线贯穿该第一层信号元件，该多个第一层接地元件与该多个第二层接地元件共同(如完整地)围绕该第一层信号元件。
于又一实施例中，该转接结构还包括：中间层信号元件，其耦接该第一层信号元件；以及多个中间层接地元件，其耦接该多层结构中在该第一层与该第二层之间的中间层，且该多个中间层接地元件以准同轴的方式围绕该中间层信号元件。
于再一实施例中，该转接结构还包括：第三层信号元件，其耦接至该第一层信号元件；以及多个第三层接地元件，其耦接该多层结构中在该第一层与该第二层之间的第三层，且该第三层具有对应该第二传输线的第三空腔，而该多个第三层接地元件沿着该第三空腔的边缘配置。此外，该多个第三层接地元件以离该第三空腔的边缘等距的方式沿着该第三空腔的边缘配置。
本发明公开一种用于毫米波的多层转接结构，包括：多层结构，包括具有第一传输线的第一层；以及转接结构，包括耦接该多层结构的第一层的第一层信号元件及多个第一层接地元件，且该第一层信号元件耦接该第一传输线的末端，而该多个第一层接地元件围绕该第一传输线的条状本体及该末端。此外，部分该多个第一层接地元件以离该第一传输线的末端等距的方式围绕该第一传输线的末端，且部分该多个第一层接地元件以离该第一传输线的条状本体等距的方式沿着该第一传输线的条状本体的相对两侧配置。
于另一实施例中，该多层结构包括具有第二传输线的第二层，该第二传输线耦接至该第一层信号元件；以及该转接结构包括耦接该多层结构的第二层的多个第二层接地元件，且该多个第二层接地元件围绕该第二传输线的条状本体及该第二传输线的末端。此外，部分该多个第二层接地元件以离该第二传输线的末端等距的方式围绕该第二传输线的末端，且部分该多个第二层接地元件以离该第二传输线的条状本体等距的方式沿着该第二传输线的条状本体的相对两侧配置。此外，该第一传输线与该第二传输线朝相反方向延伸，且以该第一传输线的末端与该第二传输线的末端的连线为轴线，而该轴线贯穿该第一层信号元件，该多个第一层接地元件与该多个第二层接地元件共同(如完整地)围绕该第一层信号元件。
于又一实施例中，该多层结构包括在该第一层与该第二层之间的中间层；该转接结构包括中间层信号元件以及多个中间层接地元件，且该中间层信号元件耦接该第一层信号元件，而该多个中间层接地元件以准同轴的方式围绕该中间层信号元件。
于再一实施例中，该多层结构包括在该第一层与该第二层之间的第三层，该第三层具有对应该第二传输线的第三空腔；以及该转接结构包括第三层信号元件及多个第三层接地元件，且该第三层信号元件耦接至该第一层信号元件，而该多个第三层接地元件沿着该第三空腔的边缘配置。此外，该多个第三层接地元件以离该第三空腔的边缘等距的方式沿着该第三空腔的边缘配置。
此外，该第一层信号元件可为信号通孔或信号贯孔，该多个第一层接地元件可为接地通孔或接地贯孔。另外，该多层结构的第一层形成有第一空腔以容置该第一传输线，该多个第一层接地元件以离该第一空腔的边缘等距的方式沿着该第一空腔的边缘配置，而该多层结构的第二层形成有第二空腔以容置该第二传输线，该多个第二层接地元件以离该第二空腔的边缘等距的方式沿着该第二空腔的边缘配置，且该第一空腔与该第二空腔朝相反方向开口。
本发明的有益效果在于，本发明的用于毫米波的转接结构及多层转接结构，可将微带线转接至平面阵列网格，借由第一层信号元件与围绕第一层信号元件半圈的多个第一层接地元件、围绕第一层信号元件另外半圈的第二层接地元件及/或中间层信号元件与准同轴地围绕中间层信号元件的多个接地元件，能降低多层结构厚度对于操作频率的影响，借此提高共振频率。
附图说明
图1A及图1B为现有技术中垂直转接结构的结构示意图；
图1C为现有技术中垂直转接结构的透射系数—频率曲线图；
图2为本发明的用于毫米波的多层结构及转接结构的立体示意图；
图3为本发明的用于毫米波的多层结构及转接结构的侧视示意图；
图4为本发明的用于毫米波的多层结构及转接结构的局部放大图；
图5为本发明的用于毫米波的多层结构及转接结构的俯视示意图；
图6A至图6D为本发明的用于毫米波的多层结构及转接结构的第一层、第二层、中间层及第三层的示意图；以及
图7为本发明的用于毫米波的多层结构及转接结构的透射系数—频率曲线图。
附图标记如下：
11:信号接脚
12:传输线
13:接地接脚
14:间隙
21:第一层信号元件
23:中间层信号元件
24、24’第三层信号元件
31:第一层
310:第一空腔
311:第一传输线
32:第二层
320:第二空腔
321:第二传输线
33:中间层
330:中间空腔
34、34’第三层
340、340’第三空腔
35:底板
41:第一层接地元件
42:第二层接地元件
43:中间层接地元件
44、44’第三层接地元件。
具体实施方式
以下借由特定的实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本文所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本说明书所附附图所示出的结构、比例、大小等均仅用于配合说明书所公开的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，非用于限定本发明可实施的限定条件，故任何修饰、改变或调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所公开的技术内容能涵盖的范围内。
请参阅图2及图3，其为本发明的用于毫米波的多层结构，其显示26层的多层结构，总厚度约3.95mm，一底板35承载设于其上的该多层结构，另可利用封装材料(未予以图示)填充于此多层结构的层与层之间及其与底板35之间的空间。须说明的是，具体实施时并不限于层数、厚度或材料。此多层结构主要包括第一层31、第二层32、在第一层31与第二层32之间的一个或多个中间层33以及在第一层31与第二层32之间的一个或多个第三层34、34’。另外，第一层31与第二层32的厚度可相较于中间层33的来得薄，大约0.1至0.2mm，端视需求或阻抗来决定。
请配合参阅图3，本发明的转接结构包括第一层信号元件21(详参图4)、围绕第一层信号元件21的多个第一层接地元件41、多个第二层接地元件42、耦接第一层信号元件21的中间层信号元件23、围绕中间层信号元件23的多个中间层接地元件43、耦接至第一层信号元件21的第三层信号元件24、24’(详参图6D)以及围绕第三层信号元件24、24’的多个第三层接地元件44、44’。须说明的是，本文所述“耦合或耦接”的意思可如同“电连接”，即无论在结构上是直接或间接的连接关系，之间是有电信号传输的。
请配合参阅图4和图5，其中，图4为图2的局部放大图，图5为图2的第一层31往下俯视的俯视图。第一层信号元件21、中间层信号元件23、第三层信号元件24、24’为串联耦接。此外，第一层信号元件21耦接至第一层31中的第一传输线311，且第一层31配合第一传输线311的条状外形而形成有第一空腔310以容置第一传输线311，而第一层信号元件21经由中间层信号元件23或再经由第三层信号元件24、24’耦接至在第二层32中的第二传输线321，且第二层32配合第二传输线321的条状外形而形成有第二空腔320以容置第二传输线321。此外，第一传输线311与第二传输线321朝相反方向延伸，故第一空腔310与第二空腔320朝相反方向开口。通常来说，第一传输线311的宽度与第一层31的厚度相关，第二传输线321的宽度与第二层32的厚度相关。
接着参阅图6A至图6D，为图2的第二层32往上仰视的仰视图，概略示出各层的信号元件及接地元件的配置。
如图6A所示，第一层信号元件21耦接第一传输线311的末端，而多个第一层接地元件41在第一层31上围绕第一传输线311，且多个第一层接地元件41之间为等间距。详言之，多个第一层接地元件41以离第一传输线311的末端等距的方式围绕第一传输线311的末端，也就是说，以第一层信号元件21为圆心，部分多个第一层接地元件41围绕第一层信号元件21半圈。其次，部分多个第一层接地元件41以离第一传输线311的条状本体等距的方式沿着第一传输线311的条状本体的相对两侧配置，其中，第一层接地元件41与第一传输线311的条状本体之间的距离是依据直线距离来决定。再次，多个第一层接地元件41又以离第一空腔310的边缘等距的方式沿着第一空腔310的边缘配置，其中，第一空腔310是配合第一传输线311的条状外形所形成，故第一空腔310的边缘与第一传输线311的整体为等距。
如图6B所示，第二传输线321的末端耦接至第一层信号元件21，而多个第二层接地元件42在第二层32上围绕第二传输线321，且多个第二层接地元件42之间为等间距。详言之，多个第二层接地元件42以离第二传输线321的末端等距的方式围绕第二传输线321的末端，也就是说，以第二传输线321的末端为圆心，部分多个第二层接地元件42围绕第二传输线321的末端半圈。其次，部分多个第二层接地元件42并以离第二传输线321的条状本体等距的方式沿着第二传输线321的条状本体的相对两侧配置，其中，第二层接地元件42与第二传输线321的条状本体之间的距离是依据直线距离来决定。再次，多个第二层接地元件42又以离第二空腔320的边缘等距的方式沿着第二空腔320的边缘配置，其中，第二空腔320是配合第二传输线321的条状外形所形成，故第二空腔320的边缘与第二传输线321的整体为等距。
请配合参阅图6A和图6B，以第一传输线311的末端与第二传输线321的末端的连线为轴线，而该轴线贯穿第一层信号元件21，该轴线的两个半圈分别由位在不同层上的第一层接地元件41与第二层接地元件42所围绕，换言之，多个第一层接地元件41结合多个第二层接地元件42共同地围绕第一层信号元件21，即围绕第一信号元件21完整一圈。此外，第一传输线311与第二传输线321朝相反方向延伸，故第一空腔310与第二空腔320的朝相反方向开口，且第一传输线311条状本体两侧的第一空腔310的边缘间距也可等于第二传输线321条状本体两侧的第二空腔320的边缘间距。此外，第一层接地元件41与第二层接地元件42的数量可相等，即第二层32超出第一层31的区域的第二接地元件42部分可省略，也就是第一层接地元件41与第二层接地元件42的数量皆为19个，当然本发明并不限制数量，端视具体实作或需求来决定。
因此，借由本发明的第一层信号元件、多个第一层接地元件及多个第二层接地元件的配置，本发明的转接结构能达到提升操作频率的功效。
如图6C所示，中间层信号元件23耦接第一层信号元件21，而多个中间层接地元件43在中间层33上以准同轴(quasi-coaxial)的方式围绕中间层信号元件23，且多个中间层接地元件43之间为等间距。此外，中间层33形成有中间空腔330以供中间层信号元件23贯穿，其中，多个中间层接地元件43以离中间空腔330的边缘等距的方式沿着中间空腔330的边缘配置。须说明的是，图6C仅示意地显示图2和图3的中间层33的其中一者，具体实施时可视需要决定中间层33的层数。
请配合参阅图6A和图6C，多个中间层接地元件43以准同轴的方式围绕第一层信号元件21。因此，借由本发明的第一层信号元件、多个第一层接地元件、中间层信号元件及多个中间层接地元件的配置，本发明的转接结构能达到提升操作频率的功效。
如图6D所示，第三层信号元件24、24’，例如经由中间层信号元件23，耦接至第一层信号元件21，多个第三层接地元件44、44’以离第三空腔340、340’的边缘等距的方式沿着第三空腔340、340’的边缘配置。第三空腔340、340’对应第二传输线321的外形但稍大于第二空腔320，并与第二空腔320朝相同方向开口。须说明的是，第三层34或34’基本上结构相同，具体实施时可视需要决定第三层的数量。借由在第一层31与第二层32之间设计第三层34、34’及第三空腔340、340’，可调整各层所产生的阻抗。
另外，上述第一层信号元件21、中间层信号元件23、第三层信号元件24、24’可例如为信号通孔(via)或信号贯孔(via hole)，上述多个第一层接地元件41、第二层接地元件42、中间层接地元件43及第三层接地元件44、44’可例如为接地通孔(via)或接地贯孔(viahole)。
请参阅图7，在约42GHz以下，S参数中的顺向传输系数S21的插入耗损约0.04dB至1dB之间，其表示信号从端口1(port 1)传输到端口2(port 2)的过程中的插入损耗(insertion losses)非常小，而在约42-43GHz附近则有较大的插入耗损。换言之，应用本发明的转接结构，共振频率可提高到约42.66GHz，相较于现有技术可达到更高频。
综上所述，本发明的用于毫米波的转接结构及多层转接结构，可将微带线(ML)转接至平面阵列网格，借由第一层信号元件与围绕第一层信号元件半圈的多个第一层接地元件、围绕第一层信号元件另外半圈的第二层接地元件及/或中间层信号元件与准同轴地围绕中间层信号元件的多个接地元件，能降低多层结构厚度对于操作频率的影响，借此提高共振频率。
上述实施例仅例示性说明本发明的功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下对上述多个实施例进行修饰与改变。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (20)

1.一种用于毫米波的转接结构，其特征在于，包括：
第一层信号元件，其耦接设在多层结构的第一层的第一传输线的末端；以及
多个第一层接地元件，其耦接该多层结构的第一层并围绕该第一传输线的条状本体及该末端。
2.如权利要求1所述的转接结构，其特征在于，部分该多个第一层接地元件以离该第一传输线的末端等距的方式围绕该第一传输线的末端，且部分该多个第一层接地元件以离该第一传输线的条状本体等距的方式沿着该第一传输线的条状本体的相对两侧配置。
3.如权利要求1所述的用于毫米波的转接结构，其特征在于，该转接结构还包括：
多个第二层接地元件，其耦接该多层结构中设有第二传输线的第二层，且该多个第二层接地元件围绕该第二传输线的条状本体及该第二传输线的末端，而该第二传输线的末端耦接至该第一层信号元件。
4.如权利要求3所述的用于毫米波的转接结构，其特征在于，部分该多个第二层接地元件以离该第二传输线的末端等距的方式围绕该第二传输线的末端，且部分该多个第二层接地元件以离该第二传输线的条状本体等距的方式沿着该第二传输线的条状本体的相对两侧配置。
5.如权利要求3所述的用于毫米波的转接结构，其特征在于，该第一传输线与该第二传输线朝相反方向延伸，且以该第一传输线的末端与该第二传输线的末端的连线为轴线，而该轴线贯穿该第一层信号元件，该多个第一层接地元件与该多个第二层接地元件共同围绕该第一层信号元件。
6.如权利要求3所述的用于毫米波的转接结构，其特征在于，该转接结构还包括：
第三层信号元件，其耦接至该第一层信号元件；以及
多个第三层接地元件，其耦接该多层结构中在该第一层与该第二层之间的第三层，且该第三层具有对应该第二传输线的第三空腔，而该多个第三层接地元件沿着该第三空腔的边缘配置。
7.如权利要求6所述的用于毫米波的转接结构，其特征在于，该多个第三层接地元件以离该第三空腔的边缘等距的方式沿着该第三空腔的边缘配置。
8.如权利要求3所述的用于毫米波的转接结构，其特征在于，该转接结构还包括：
中间层信号元件，其耦接该第一层信号元件；以及
多个中间层接地元件，其耦接该多层结构中在该第一层与该第二层之间的中间层，且该多个中间层接地元件以准同轴的方式围绕该中间层信号元件。
9.如权利要求1所述的用于毫米波的转接结构，其特征在于，该第一层信号元件为信号通孔或信号贯孔，该多个第一层接地元件为接地通孔或接地贯孔。
10.一种用于毫米波的多层转接结构，其特征在于，包括：
多层结构，包括具有第一传输线的第一层；以及
转接结构，包括耦接该多层结构的第一层的第一层信号元件及多个第一层接地元件，且该第一层信号元件耦接该第一传输线的末端，而该多个第一层接地元件围绕该第一传输线的条状本体及该末端。
11.如权利要求10所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，部分该多个第一层接地元件以离该第一传输线的末端等距的方式围绕该第一传输线的末端，且部分该多个第一层接地元件以离该第一传输线的条状本体等距的方式沿着该第一传输线的条状本体的相对两侧配置。
12.如权利要求10所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，该多层结构包括具有第二传输线的第二层，该第二传输线耦接至该第一层信号元件，且该转接结构包括耦接该多层结构的第二层的多个第二层接地元件，该多个第二层接地元件围绕该第二传输线的条状本体及该第二传输线的末端。
13.如权利要求12所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，部分该多个第二层接地元件以离该第二传输线的末端等距的方式围绕该第二传输线的末端，且部分该多个第二层接地元件以离该第二传输线的条状本体等距的方式沿着该第二传输线的条状本体的相对两侧配置。
14.如权利要求12所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，该第一传输线与该第二传输线朝相反方向延伸，且以该第一传输线的末端与该第二传输线的末端的连线为轴线，而该轴线贯穿该第一层信号元件，该多个第一层接地元件与该多个第二层接地元件共同围绕该第一层信号元件。
15.如权利要求12所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，该多层结构的第二层形成有第二空腔以容置该第二传输线，该多个第二层接地元件以离该第二空腔的边缘等距的方式沿着该第二空腔的边缘配置。
16.如权利要求12所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，该多层结构包括在该第一层与该第二层之间的第三层，该第三层具有对应该第二传输线的第三空腔，且该转接结构包括第三层信号元件及多个第三层接地元件，该第三层信号元件耦接至该第一层信号元件，而该多个第三层接地元件沿着该第三空腔的边缘配置。
17.如权利要求16所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，该多个第三层接地元件以离该第三空腔的边缘等距的方式沿着该第三空腔的边缘配置。
18.如权利要求12所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，该多层结构包括在该第一层与该第二层之间的中间层，且该转接结构包括中间层信号元件以及多个中间层接地元件，该中间层信号元件耦接该第一层信号元件，而该多个中间层接地元件以准同轴的方式围绕该中间层信号元件。
19.如权利要求10所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，该第一层信号元件为信号通孔或信号贯孔，该多个第一层接地元件为接地通孔或接地贯孔。
20.如权利要求10所述用于毫米波多层转接结构，其特征在于，该多层结构的第一层形成有第一空腔以容置该第一传输线，该多个第一层接地元件以离该第一空腔的边缘等距的方式沿着该第一空腔的边缘配置。
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