CN115603017A

CN115603017A - 传输线

Info

Publication number: CN115603017A
Application number: CN202210732557.9A
Authority: CN
Inventors: 慕斯塔法·阿卡; 菲利普·弗朗茨·弗雷德尔; 多米尼克斯·马蒂纳斯·威廉默斯·莱纳特
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2023-01-13
Also published as: US11990664B2; EP4117112A1; US20230008852A1

Abstract

一种传输线，所述传输线包括参比电极。所述传输线还包括带状线。所述带状线在平面内是曲折的。当沿着平行于所述平面的方向查看时，所述带状线具有非平面轮廓。

Description

传输线

技术领域

本说明书涉及例如用于天线的传输线。

背景技术

许多射频(RF)应用需要良好的端接(负载)。随着频率增加，由于空间约束和与分立元件(例如，表面贴装装置(SMD)电阻器)相关联的寄生效应，分立元件的利用变得越来越具有挑战性。

在不使用分立元件的情况下实现这些端接的一种方式是长末端开放式匹配传输线。传输线的损耗决定了端接的性能。

发明内容

在随附的独立权利要求和从属权利要求中陈述了本公开的方面。来自从属权利要求的特征的组合可以按需要与独立权利要求的特征进行组合，而不仅仅是按照权利要求书中所明确陈述的那样组合。

根据本公开的一方面，提供一种传输线，所述传输线包括：

参比电极；以及

带状线，所述带状线在平面内是曲折的，且当沿着平行于所述平面的方向查看时，所述带状线具有非平面轮廓。

所述带状线可具有第一表面，所述第一表面具有基本上平行于所述平面的第一表面法线的表面法线。当沿着平行于所述平面的方向查看时，所述第一表面可具有非平面轮廓。

所述带状线可具有第二表面，所述第二表面具有基本上平行于所述平面的第二表面法线的表面法线。所述平面的所述第一表面法线与所述第二表面法线可基本上为反平行的。当沿着平行于所述平面的方向查看时，所述第二表面可具有非平面轮廓。

所述传输线可包括多个长方体。所述多个长方体可限定所述带状线的曲折图案。

所述多个长方体可包括第一长方体，所述第一长方体沿着垂直于所述平面的方向具有第一尺寸。所述多个长方体可包括第二长方体，所述第二长方体沿着垂直于所述平面的所述方向具有第二尺寸。所述第一尺寸可不同于所述第二尺寸。

所述传输线可包括多个层。所述多个长方体可包括包含于所述多个层中的一个层内的长方体。

所述多个长方体可包括包含于所述多个层中的另一层内的长方体。

所述多个长方体可包括横跨所述多个层中的至少两个层的长方体。

当沿着垂直于所述平面的方向查看时，所述长方体可具有限定所述带状线的曲折图案的布局。

所述带状线的曲折图案可包括具有第一周期的第一曲折和具有第二周期的第二曲折。所述第二周期可不同于所述第一周期。

所述传输线可另外包括第二参比电极。所述带状线可位于所述参比电极与所述第二参比电极之间。

所述传输线可为微带传输线。

所述带状线和所述或每个参比电极可由分层堆叠中的经图案化导电特征限定。所述堆叠可例如为金属化堆叠。

所述或每个参比电极可基本上为平面的。

根据本公开的另一方面，提供一种天线，所述天线包括上文所述种类的传输线，用于所述天线的端接。

根据本公开的另一方面，提供一种相控阵列系统或雷达毫米波天线阵列，所述相控阵列系统或雷达毫米波天线阵列包括多个上文所述种类的天线。本文中所述种类的相控阵列系统可例如在5G或6G毫米波相控阵列通信系统中使用，但也可设想其它应用。

附图说明

在下文中将仅作为例子参考附图来描述本公开的实施例，在附图中相同的附图标记指代相同的元件，并且在附图中：

图1示出了SMD离散电阻器；

图2示出了包括多个天线的相控阵列；

图3示出了传输线；

图4示出了根据本公开的实施例的传输线的横截面；

图5示出了常规传输线和根据本公开的实施例的传输线；

图6示出了根据本公开的实施例的传输线；

图7示出了根据本公开的实施例的传输线；以及

图8示出了根据本公开的实施例的传输线。

具体实施方式

下文中参考附图来描述本公开的实施例。

图1示出了表面贴装装置(SMD)离散电阻器2。图1中所示种类的电阻器2可用于为相控阵列天线的天线提供端接。通常，图1中所示种类的电阻器2可具有尺寸约1mm×0.5mm的占据面积。用于端接的电阻器2的典型电阻值为约50Ω(例如，在100GHz相控阵列中)。

图2示出了相控阵列天线。相控阵列天线包括天线4的阵列。在此例子中，阵列为线性阵列，但也可设想2D阵列。在一些实施例中，天线4可为贴片天线。相控阵列天线还包括用于经由多个相应移相器8将发射信号供应到天线4的发射源6。

图2中所示的用于天线4的端接的装置的尺寸可能约束天线4的尺寸。这对于大阵列和/或在使用图1中所示种类的离散电阻器的情况下可能尤其成问题。

在不使用图1中所示种类的电阻器2的情况下实现图2中所示种类的相控阵列中的端接的一种方式是使用长末端开放式匹配传输线。图3示出了此类传输线20的例子。示意性地，传输线20包括第一极22和第二极24。第一极22和第二极24可为细长的，且可共同延伸。第一极和第二极可在一个末端处耦合到天线4。传输线20的损耗决定了端接的性能。然而，此类传输线20的尺寸可与上文关于离散电阻器2所描述者类似地约束天线4(且因此还有相控阵列)的尺寸和布局。

本公开的实施例可提供具有比常规传输线更高的损耗且可占据比常规传输线少的空间的传输线。这些因素可允许包括上文所述种类的天线4的相控阵列的尺寸和布局的较大灵活性。

图4示出了根据本公开的实施例的传输线。传输线的横截面如图4所示(在图4的(A)、(B)和(C)中的每一个中，在沿着传输线的长度的不同位置处)。

传输线包括参比电极7和带状线42、44、46。如下文将关于例如图5所描述，带状线在平面内是曲折的。在此例子中，传输线是带状线类型传输线，该传输线包括第二参比电极5。然而，可以设想，可省略第二参比电极5(例如，传输线可为微带)。所述或每个参比电极5、7可基本上为平面的，且可基本上平行于带状线42、44、46的曲折平面而延伸。带状线42、44、46可位于参比电极5、7之间。带状线42、44、46和参比电极5、7是导电的(例如，金属(例如，铜)，或例如多晶硅)。

根据本公开的实施例的传输线可例如由分层堆叠中的经图案化导电特征来实施。在一些实施例中，堆叠可为金属化堆叠。导电特征可例如为金属(例如，铜)，或可包括另一导电材料，例如多晶硅。堆叠可包括多个(例如，金属)层。堆叠还可包括电介质(其还可以分层方式提供)，所述电介质包围堆叠的导电特征。堆叠的导电特征可被图案化(例如，使用镶嵌处理)，以限定每个层中的带状线42、44、46和参比电极5、7的特征。

根据本公开的实施例的传输线可提供于基板(例如，印刷电路板(PCB))的表面上，或可提供于包含其它特征的封装(例如，包括用于操作相控天线阵列的电路系统的半导体管芯)内。

根据本公开的实施例，当沿着平行于带状线的曲折平面的方向查看时，带状线具有非平面轮廓。这可例如通过图案化上文所述种类的堆叠(例如，金属化堆叠)的导电层来实施。在图4中所示的实施例中，带状线占据三个层或层级32、34、36。在传输线在金属化堆叠中实施的情况下，这些层/层级32、34、36可对应于金属化堆叠中的金属层级。

本实施例中的带状线42、44、46的非平面轮廓是通过沿着带状线的长度在不同层级中放置带状线的不同区段42、44、46来实施。在本实施例中，例如，带状线区段42位于层/层级32中，带状线区段44位于层/层级34中，并且带状线区段46位于层/层级36中。这使得带状线依据沿着带状线的距离而位于传输线内的不同高度处。在一些实施例中，这可产生具有‘垂直’曲折图案的带状线。应注意，在图4的(A)、(B)和(C)中，带状线区段42、44、46的横向位置根据曲折图案沿着带状线的长度而改变。

当沿着平行于带状线的曲折平面的方向查看时，带状线的高度的此变化又产生具有非平面轮廓的带状线。如上文所指出，在一些实施例中，所得带状线可在垂直于上文提到的曲折平面的方向上具有曲折图案。因此，带状线获得一定粗糙度，这可使得带状线的损耗相对于在单个层级内延伸的带状线(即，当沿着平行于带状线的曲折平面的方向查看时，该带状线具有平面轮廓)增加(从而增加电阻)。

在图4中所示的实施例中，带状线具有第一表面和第二表面，所述第一表面具有基本上平行于曲折平面的第一表面法线11的表面法线，所述第二表面具有基本上平行于曲折平面的第二表面法线13的表面法线(曲折平面的表面法线11、13在图4的(B)中标记)。

在一些实施例中，带状线可仅在第一表面处具有一定粗糙度，而第二表面可基本上为平面的。举例来说，带状线可主要占据图4中的层/层级34，但可偶尔延伸到层/层级36中。

可以设想，此布置可反转，使得带状线主要占据图4中的层/层级34，但偶尔延伸到层/层级32中。

然而，在图4中所示的实施例中，带状线的第一表面和第二表面两者均展现一定程度的粗糙度(当沿着平行于曲折平面的方向查看时，两个表面均具有非平面轮廓)，这是通过使带状线延伸到层/层级32、36两者中来实现的。这使得传输线的损耗相比于所含带状线仅具有单个非平面表面的传输线可进一步增加。

在一些实施例中，所述带状线可包括限定所述带状线的曲折图案的多个长方体。每个长方体可邻接带状线中的一或多个邻近长方体且与之电连通。在图4中所示的实施例中，这些长方体可对应于带状线区段42、44、46。长方体可例如各自包括正方体或立方体。构成带状线的每个长方体可由上文所述种类的堆叠(例如，金属化堆叠)的经图案化导电特征形成。下文将关于例如图5提供长方体限定曲折图案的方式的进一步细节。

图5的(A)示出了常规传输线。图5的(B)示意性地示出了曲折图案66。图5的(C)示出了根据本公开的实施例的传输线中可如何实施曲折图案66。图5的(A)、(B)和(C)中的每一个示出了沿着带状线的表面中的一个的表面法线的视图(例如，因此可见图5的(C)中的带状线的曲折图案)。在图5的(A)中，横截面A对应于沿着带状线的位置102，并且横截面B对应于沿着带状线的位置104。在图5的(C)中，横截面C对应于沿着带状线的位置102，横截面D对应于沿着带状线的位置104，并且横截面E对应于沿着带状线的位置106。

图5的(A)中所示的常规传输线具有参比电极5、7和带状线54。应注意，带状线54基本上是线性的(不具有曲折图案)，并且在单个层/层级内延伸。

图5的(B)中所示的曲折图案66可允许带状线更紧凑，由此占据较少空间(较小占据面积)。

在图5的(C)中，带状线的曲折图案基本上匹配图5的(B)中所示的曲折图案66。如在图5的(C)中可看出，连续长方体(例如，长方体72、74、76)可以沿着带状线的长度相对于相邻长方体(横向)偏移，以便限定曲折图案。可选择长方体的厚度和尺寸以及邻近长方体之间的偏移量以限定曲折图案的周期和幅度，以及曲折图案的总体形状(例如正弦、矩形波、方波、锯齿等)。图5的(C)的实施例中所示的曲折图案基本上是正弦的。

除了曲折图案之外，当沿着平行于曲折平面的方向查看时，图5的(C)中所示的带状线还具有非平面轮廓。如在图5的(C)中所示的横截面中可看出，带状线根据沿着带状线的位置(例如，位置102、104、106)占据不同层/层级(例如，层/层级32、34、36)。举例来说，在此实施例中，在位置102处的长方体72占据层/层级32、在位置104处的长方体74占据层/层级34，并且在位置106处的长方体76占据层/层级36。因此，本实施例中的长方体的布置类似于上文关于图4所描述的布置。如上所述，在一些实施例中，带状线的长方体的垂直偏移可产生在垂直于曲折平面的方向上具有曲折图案的带状线。

图6示出了根据本公开的另一实施例的传输线。在此实施例中，带状线的曲折图案类似于上文关于图5所描述的曲折图案。

在图4和5中，长方体的布置使得在沿着带状线的每个连续位置处存在位于结构内的特定高度处的单个长方体，其中每个连续长方体高于或低于其(最近)相邻长方体。然而，可设想其它布置。图6示出了一个此类替代布置。

在图6的实施例中，横截面A对应于沿着带状线的位置100，而横截面B对应于沿着带状线的位置108。在位置100处，在层/层级34中提供单个长方体80。然而，在位置108处，分别在层/层级32、34、36中提供三个长方体82、84、86。虽然出于说明的目的将图6中的长方体82、84、86展示为单独的，但这些长方体82、84、86也可被视为单个长方体，具有与长方体80不同的厚度且横跨多个层。

因此，带状线在位置108处的总体厚度大于带状线在位置100处的厚度。此布置可例如沿着带状线的长度交替(例如，以1/3/1/3/1…图案，其中每个值表示在沿着带状线的给定连续位置处的厚度)。

可以设想图6中所示的结构的许多其它变化形式。举例来说，位于沿着带状线的任何给定位置处的长方体的数目(或换句话说，总体长方体的厚度)可大于(或小于)图6中所示的长方体的数目。作为例子，使用上文所建立的记法，布置可以n/N/n/N/n/N图案交替，其中n表示带状线的较薄部分，且N表示带状线的较厚部分。确切地说，可以设想n≥1；N≥2且N＞n。

可设想沿着带状线的长度的其它变化形式。举例来说，在沿着带状线的一些(最接近)相邻位置处，带状线可具有与在前一或后一位置处相同的厚度(仅作为例子，n/n/N/n/n/N/n/n/N；N/N/n/N/N/n/N/N/n；n/n/N/N/n/n/N/N/n/n/N/N)。此外，虽然图6仅具有带状线的两个厚度值，但可以设想，沿着带状线的长度可以出现多于两个厚度值(例如，n、N、M、O，其中n、N、M、O是唯一值，并且N、M、O都大于n)。

在又一变化形式中，虽然上文关于图4到6所描述的所有序列具有周期性改变的布置，但还可设想可使用基本上随机或伪随机的序列(例如，2/3/4/1/3/2/1/4)。在又一变化形式中，带状线的厚度可沿着带状线的长度保持基本上恒定(例如，根据图4和5)，但传输线结构内的带状线的垂直位置可沿着带状线的长度基本上随机地或伪随机地改变。

在又一变化形式中且如上所述，在一些实施例中，带状线的长方体的垂直偏移可产生在垂直于曲折平面的方向上具有曲折图案的带状线。

图7示出了根据本公开的另一实施例的传输线。在此实施例中，传输线类似于图5的(C)中所示的传输线，并且此处将仅详细描述差异。

在此实施例中，另外的导电特征132、142、152相对于带状线横向地提供(即，大体上在曲折平面内)。这些另外的导电特征132、142、152可以上文所述种类的长方体的形式提供。如在图7中的横截面C、D、E中可看出，另外的导电特征132、142、152可位于与长方体72、74、76相同的相应层或层级32、34、36中，所述另外的导电特征132、142、152在带状线中邻近于所述长方体72、74、76。举例来说，在图7中，导电特征142连同长方体72位于层/层级32中，导电特征132连同长方体74位于层/层级34中，并且导电特征152连同长方体76位于层/层级36中。

可以设想，图7中所示种类的另外的导电特征还可用于图4或6中任一图所示种类的实施例中。以与上文关于图6中的长方体所描述的几乎相同的方式，可沿着带状线的长度改变另外的导电特征的垂直厚度。

另外的导电特征132、142、152可用以沿着带状线的长度维持带状线与传输线的横向边缘之间的基本上恒定的距离。这可保持带状线的阻抗沿着带状线的长度基本上恒定，由此提供更平衡且更好匹配的带状线。

图8示出了根据本公开的另一实施例的传输线。在此实施例中，带状线250具有曲折图案，所述曲折图案包括具有第一周期L1的第一曲折和具有第二周期L2的第二曲折。第二周期L2可不同于第一周期L1。举例来说，L2可大于或小于L1。替代地或另外，对应于周期L2的(传播)波向量可不平行于对应于周期L1的(传播)波向量(例如，在图8的例子中，L1与L2的(传播)波向量是正交的)。图8中所示种类的布置可进一步辅助减小传输线的占据面积尺寸(由于可在相对小的区域内容纳相对较长的带状线，该区域在大小和形状上可大致对应于天线的占据面积)。作为例子，可以设想具有图8中所示配置的10mm带状线可容纳在约0.5mm×1.0mm的区域内。

根据本公开的实施例的传输线可实现每单位大小的较大损耗。对于给定的端接电阻，这可允许用大小较小的装置实现端接。因此，本公开的实施例可允许例如天线阵列的天线内的端接以对阵列的尺寸和布局造成较少限制的方式来实施。

在一些实施例中，可提供包括多个如此端接的天线的相控阵列系统(例如，图2中所示种类的相控阵列系统)。还可以设想，如此端接的天线可提供于雷达毫米波天线阵列中。在这些实施例中，可提供一个传输线以用于端接阵列中的每个相应天线。

因此，已描述一种传输线。所述传输线包括参比电极。所述传输线还包括带状线。所述带状线在平面内是曲折的。当沿着平行于所述平面的方向查看时，所述带状线具有非平面轮廓。

尽管已经描述了本公开的具体实施例，但应了解，可以在权利要求书的范围内作出许多修改/添加和/或替代。

Claims

1.一种传输线，其特征在于，包括：

参比电极；以及

2.根据权利要求1所述的传输线，其特征在于，所述带状线具有第一表面，所述第一表面具有基本上平行于所述平面的第一表面法线的表面法线，并且其中当沿着平行于所述平面的方向查看时，所述第一表面具有非平面轮廓。

3.根据权利要求2所述的传输线，其特征在于，所述带状线具有第二表面，所述第二表面具有基本上平行于所述平面的第二表面法线的表面法线，其中所述平面的所述第一表面法线与所述第二表面法线基本上反平行，并且其中当沿着平行于所述平面的方向查看时，所述第二表面具有非平面轮廓。

4.根据在前的任一项权利要求所述的传输线，其特征在于，包括限定所述带状线的曲折图案的多个长方体。

5.根据权利要求4所述的传输线，其特征在于，所述多个长方体包括：

第一长方体，所述第一长方体沿着垂直于所述平面的方向具有第一尺寸；以及

第二长方体，所述第二长方体沿着垂直于所述平面的所述方向具有第二尺寸，其中所述第一尺寸不同于所述第二尺寸。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的传输线，其特征在于，包括多个层，其中所述多个长方体包括：

包含于所述多个层中的一个层内的长方体；以及

包含于所述多个层中的另一层内的长方体。

7.根据权利要求6所述的传输线，其特征在于，所述多个长方体包括横跨所述多个层中的至少两个层的长方体。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的传输线，其特征在于，当沿着垂直于所述平面的方向查看时，所述长方体具有限定所述带状线的曲折图案的布局。

9.一种天线，其特征在于，包括根据在前的任一项权利要求所述的传输线，用于所述天线的端接。

10.一种相控阵列系统或雷达毫米波天线阵列，其特征在于，包括多个根据权利要求9所述的天线。