CN117812819A - 毫米波电路结构及毫米波模块测量装置 - Google Patents

毫米波电路结构及毫米波模块测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种毫米波电路结构及毫米波模块测量装置，而毫米波电路结构包括基板、两个金属通孔群、信号馈入结构、信号馈出结构、两个槽孔结构以及金属遮蔽盖。各金属通孔群贯穿基板，信号馈入结构及信号馈出结构设于基板且位于两个金属通孔群之间。两个槽孔结构设于基板且分别连接信号馈入结构以及信号馈出结构。借此，金属遮蔽盖连接于基板且遮蔽两个槽孔结构。由于电磁波信号利用空气作为传播媒介，降低了电磁波信号的能量损耗。

Description

毫米波电路结构及毫米波模块测量装置
技术领域
本发明涉及一种毫米波电路结构及毫米波模块测量装置，尤其涉及一种基板集成波导的毫米波电路结构及毫米波模块测量装置。
背景技术
近年来，5G频段的相关产品兴起，除了既有的FR1(Frequency Range 1)之外，甚至来到了FR2(Frequency Range 2)的毫米波频段。由于应用的频率越来越高，进而带出了高频损耗的问题。
在毫米波通信的时代，为了减少插入损耗(Insertion Loss)，发展出低损耗(LowLoss)及高功率乘载(High Power Handling)特性的矩形波导(Rectangular Waveguide)。起初的矩形波导多以金属材料制造。然而，矩形波导与电路进行整合时，需要额外的转接电路或是转接头，造成额外的损耗及成本。
有鉴于矩形波导的问题，近年来逐渐改用基板集成波导(Substrate IntegratedWaveguide,SIW)来降低波导的体积与成本。简单来说，基板集成波导是利用两排金属通孔排列于基板介质中，使电磁波被限制于两排金属通孔与基板的上下金属层构成的矩形腔内，进而实现磁场在基板介质中传播。然而，当信号在基板介质中传递时，依然存在损耗的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种毫米波电路结构及毫米波模块测量装置。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种毫米波电路结构，其包括基板、两个金属通孔群、信号馈入结构、信号馈出结构、两个槽孔结构以及金属遮蔽盖。各金属通孔群贯穿基板，信号馈入结构及信号馈出结构设于基板且位于两个金属通孔群之间。两个槽孔结构设于基板且分别连接信号馈入结构以及信号馈出结构。金属遮蔽盖连接于基板且遮蔽两个槽孔结构。
优选地，各所述槽孔结构包含多个开孔结构，其中一个所述开孔结构与所述信号馈入结构或所述信号馈出结构相连接且其形状不同于其他所述开孔结构的形状。
优选地，与所述信号馈入结构或所述信号馈出结构相连接的所述开孔结构沿着一第一方向与其他所述开孔结构之间具有一偏移距离，所述第一方向平行于所述基板的顶部。
优选地，所述开孔结构包含两个相对的上边缘、两个相对的下边缘以及两个相对的侧边缘，两个所述上边缘彼此相连接且位于两个所述侧边缘之间，两个所述下边缘彼此相连接且位于两个所述侧边缘之间，两个所述上边缘之间的夹角小于两个所述下边缘之间的夹角。
优选地，所述开孔结构包含两个相对的上边缘，两个所述上边缘之间具有一夹角，连接于所述信号馈入结构或所述信号馈出结构的开孔结构的夹角大于其他所述开孔结构的夹角。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另一技术方案是提供一种毫米波模块测量装置，其包括测量载板、治具及多个毫米波电路结构。治具组接于测量载板且用于承载毫米波模块，毫米波模块包含多个信号脚位。多个毫米波电路结构组接于测量载板且分别电性连接于多个信号脚位。各毫米波电路结构包括基板、两个金属通孔群、信号馈入结构、信号馈出结构、两个槽孔结构以及金属遮蔽盖。各金属通孔群贯穿基板，信号馈入结构及信号馈出结构设于基板且位于两个金属通孔群之间，信号馈入结构与对应的信号脚位电性连接。两个槽孔结构设于基板且分别连接信号馈入结构以及信号馈出结构。金属遮蔽盖连接于基板且遮蔽两个槽孔结构。
优选地，各所述槽孔结构包含多个开孔结构，其中一个所述开孔结构与所述信号馈入结构或所述信号馈出结构相连接且其形状不同于其他所述开孔结构的形状。
优选地，与所述信号馈入结构或所述信号馈出结构相连接的所述开孔结构沿着一第一方向与其他所述开孔结构之间具有一偏移距离，所述第一方向平行于所述基板的顶部。
优选地，所述开孔结构包含两个相对的上边缘、两个相对的下边缘以及两个相对的侧边缘，两个所述上边缘彼此相连接且位于两个所述侧边缘之间，两个所述下边缘彼此相连接且位于两个所述侧边缘之间，两个所述上边缘之间的夹角小于两个所述下边缘之间的夹角。
优选地，所述开孔结构包含两个相对的上边缘，两个所述上边缘之间具有一夹角，连接于所述信号馈入结构或所述信号馈出结构的开孔结构的夹角大于其他所述开孔结构的夹角。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明的毫米波电路结构的一实施例的立体图。
图2为图1的毫米波电路结构的俯视图。
图3为图2沿着Ⅲ-Ⅲ线的剖视图。
图4为图3的顶部金属层的部分俯视图。
图5为图3的第一内部金属层的部分俯视图。
图6为图3的第二内部金属层的部分俯视图。
图7为图3的底部金属层的部分俯视图。
图8为图1的毫米波电路结构的电场能量分布俯视图。
图9为图8沿着Ⅸ-Ⅸ线的部分剖视图。
图10为本发明的毫米波电路结构与公知带状线结构的插入损耗与反射损耗的比较图。
图11为本发明的毫米波模块测量装置的一实施例的立体图。
图12为图11的毫米波电路结构A与毫米波模块D的连接示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实例。
图1为本发明的毫米波电路结构的一实施例的立体图。参见图1，毫米波电路结构A包括基板1、信号馈入结构21、信号馈出结构22、两个第一金属通孔群3、两个槽孔结构4、两个第二金属通孔群5、以及金属遮蔽盖6。各第一金属通孔群3贯穿基板1，信号馈入结构21及信号馈出结构22设于基板1的内部且位于两个第一金属通孔群3之间。两个槽孔结构4设于基板1且分别连接信号馈入结构21以及信号馈出结构22而形成基板集成波导(SubstrateIntegrated Waveguide,SIW)。各第二金属通孔群5贯穿基板1，且两个第二金属通孔群5分别包围两个槽孔结构4。金属遮蔽盖6连接于基板1的顶部且遮蔽两个槽孔结构4。
图2为图1的毫米波电路结构A的俯视图，而图3为图2沿着Ⅲ-Ⅲ线的剖视图。参见图2与图3，基板1例如为多层的印刷电路板或软性电路板，基板1包含有顶部金属层11、第一介质层12、第一内部金属层13、第二介质层14、第二内部金属层15、第三介质层16以及底部金属层17，第一介质层12、第二介质层14以及第三介质层16的成分为绝缘材料，例如聚酰亚胺或者液晶高分子聚合物。顶部金属层11、第一内部金属层13、第二内部金属层15以及底部金属层17的成分例如铜箔。第一介质层12设于顶部金属层11与第一内部金属层13之间，第二介质层14设于第一内部金属层13与第二内部金属层15之间，而第三介质层16设于第二内部金属层15与底部金属层17之间。
信号馈入结构21以及信号馈出结构22例如为两条带状线(stripline)，信号馈入结构21以及信号馈出结构22设于基板1的第二内部金属层15。各第一金属通孔群3包含多个第一金属通孔31，各第一金属通孔31由基板1的顶部金属层11贯穿至基板1的底部金属层17。各第二金属通孔群5包含多个第二金属通孔51，各第二金属通孔51由基板1的顶部金属层11贯穿至基板1的底部金属层17。槽孔结构4以及第二金属通孔群5位于两个第一金属通孔群3之间。各槽孔结构4包含有Y字形开孔结构，而信号馈入结构21以及信号馈出结构22分别被两个Y字形开孔结构所包围。
详言之，各槽孔结构4包含第一开孔结构41、第二开孔结构42以及第三开孔结构43，第一开孔结构41的形状相同于第二开孔结构42的形状，而第三开孔结构43的形状不同于第一开孔结构41的形状以及第二开孔结构42的形状。第一开孔结构41开设于基板1的顶部金属层11。第二开孔结构42开设于基板1的第一内部金属层13。第三开孔结构43开设于第二内部金属层15且信号馈入结构21以及信号馈出结构22分别位于两个第三开孔结构43内。各第三开孔结构43沿着Y轴方向与第一开孔结构41以及第二开孔结构42之间具有偏移距离，而Y轴方向平行于基板1的顶部金属层11。
图4为图3的顶部金属层11的部分俯视图。参见图4，各第一开孔结构41的形状近似V字形，各第一开孔结构41包含两个相对的上边缘411，两个相对的下边缘412以及两个相对的侧边缘413。两个上边缘411彼此相连接且位于两个侧边缘413之间，两个下边缘412彼此相连接且位于两个侧边缘413之间。各第一开孔结构41的上边缘411与下边缘412之间的间隔距离沿着远离侧边缘413的方向逐渐变窄。
上边缘411具有第一长度L1，第一长度L1的范围为1.50毫米(mm)～1.70毫米(mm)。在本实施例中，长度L1为1.65mm。
下边缘412具有第二长度L2，第二长度L2的范围为1.20mm～1.50mm。在本实施例中，长度L2为1.44mm。
侧边缘413具有第一宽度W1，第一宽度W1的范围为0.50mm～0.60mm。在本实施例中，第一宽度W1为0.58mm。
两个上边缘411相连接之处定义为第一顶点T1，两个下边缘412相连接之处定义为第二顶点T2，第一顶点T1与第二顶点T2之间具有第一间隔距离D1，而第一间隔距离D1的范围为0.08mm～0.20mm。在本实施例中，第一间隔距离D1为0.18mm。第二顶点T2与基板1的边缘之间具有第二间隔距离D2，而第二间隔距离D2的范围为0.5mm～3.0mm。在本实施例中，第二间隔距离D2为1.83mm。两个上边缘411之间具有第一夹角θ1，而第一夹角θ1的范围为100度～110度。在本实施例中，第一夹角为106度。
图5为图3的第一内部金属层13的部分俯视图。参见图5，各第二开孔结构42的形状近似V字形，各第二开孔结构42包含两个相对的上边缘421，两个相对的下边缘422以及两个相对的侧边缘423。两个上边缘421彼此相连接且位于两个侧边缘423之间，两个下边缘422彼此相连接且位于两个侧边缘423之间。各第二开孔结构42的上边缘421与下边缘422之间的间隔距离沿着远离侧边缘423的方向逐渐变窄。
上边缘421具有第三长度L3，第三长度L3的范围为1.50mm～1.70mm。在本实施例中，第二开孔结构42的第三长度L3为1.65mm而与第一开孔结构41的第一长度L1相同。
下边缘422具有第四长度L4，第四长度L4的范围为1.20mm～1.50mm。在本实施例中，第二开孔结构42的第四长度L4为1.44mm而与第一开孔结构41的第二长度L2相同。
侧边缘423具有第二宽度W2，第二宽度W2的范围为0.50mm～0.60mm。在本实施例中，第二开孔结构42的第二宽度W2为0.58mm而与第一开孔结构41的第一宽度W1相同。
两个上边缘421相连接之处定义为第三顶点T3，两个下边缘422相连接之处定义为第四顶点T4，第三顶点T3与第四顶点T4之间具有第三间隔距离D3，而第三间隔距离D3的范围为0.08mm～0.20mm。在本实施例中，第二开孔结构42的第三间隔距离D3为0.18mm而与第一开孔结构41的第一间隔距离D1相同。
第四顶点T4与基板1的边缘之间具有第四间隔距离D4，而第四间隔距离D4的范围为0.5mm～3.0mm。在本实施例中，第二开孔结构42的第四间隔距离D4为1.83mm而与第一开孔结构41的第二间隔距离D2相同。两上边缘421之间具有第二夹角θ2，而第二夹角θ2的范围为100度～110度。在本实施例中，第二开孔结构42的第二夹角θ2为106度而与第一开孔结构41的第一夹角θ1相同。
图6为图3的第二内部金属层15的部分俯视图。参见图6，各第三开孔结构43的形状近似Y字形，信号馈入结构21与信号馈出结构22(图未示)分别被两个Y字形的第三开孔结构43所包围。各第三开孔结构43包含两个相对的上边缘431，两个相对的下边缘432、两个相对的第一侧边缘433以及两个相对的第二侧边缘434。两个上边缘431彼此相连接且位于两个第一侧边缘433之间，两个下边缘432位于两个第一侧边缘433之间。各下边缘432的两端分别连接第一侧边缘433以及第二侧边缘434。各第三开孔结构43的上边缘431与下边缘432之间的间隔距离沿着靠近第二侧边缘434之方向逐渐变窄。
上边缘431具有第五长度L5，第五长度L5的范围为1.50mm～1.70mm。在本实施例中，第三开孔结构43的第五长度L5为1.56mm而小于第一开孔结构41的第一长度L1。
下边缘432具有第六长度L6，第六长度L6的范围为1.20mm～1.50mm。在本实施例中，第三开孔结构43的第六长度L6为1.28mm而小于第一开孔结构41的第二长度L2。
第一侧边缘433具有第三宽度W3，第三宽度W3的范围为0.50mm～0.60mm。在本实施例中，第三开孔结构43的第三宽度W3为0.52mm而小于第一开孔结构41的第一宽度W1。
两个上边缘431相连接之处定义为第五顶点T5，两个下边缘432的两条延长线的交点定义为第六顶点T6，第五顶点T5与第六顶点T6之间具有第五间隔距离D5，而第五间隔距离D5的范围为0.08mm～0.20mm。在本实施例中，第三开孔结构43的第五间隔距离D5为0.08mm而小于第一开孔结构41的第一间隔距离D1。
第六顶点T6与基板1的边缘之间具有第六间隔距离D6，而第六间隔距离D6的范围为0.5mm～3.0mm。在本实施例中，第三开孔结构43的第六间隔距离D6为1.74mm而小于第一开孔结构41的第二间隔距离D2。具体而言，第三开孔结构43与第一开孔结构41与第二开孔结构42之间具有偏移距离，而偏移距离为第二间隔距离D2与第六间隔距离D6之差。
两个上边缘431之间具有第三夹角θ3，而第三夹角θ3的范围为100度～110度。在本实施例中，第三开孔结构43的第三夹角θ3为108度而大于第一开孔结构41的第一夹角θ1。信号馈入结构21以及信号馈出结构22(图未示)具有第四宽度W4，而第四宽度W4为0.08mm。信号馈入结构21与第三开孔结构43的第二侧边缘434之间具有第七间隔距离D7，信号馈出结构22与第三开孔结构43的第二侧边缘434之间亦具有第七间隔距离D7(图未示)，而第七间隔距离D7为0.075mm。
图7为图3的底部金属层17的部分俯视图。共同参见图2与图7，两个第二金属通孔群5设于基板1且位于两个第一金属通孔群3之间。各第二金属通孔群5包含多个第二金属通孔51，各第二金属通孔51由基板1的顶部金属层11贯穿至基板1的底部金属层17，且两个第二金属通孔群5分别包围两个槽孔结构4。
金属遮蔽盖6连接于基板1的顶部金属层11。举例来说，金属遮蔽盖6采用表面黏着技术固定于基板1的顶部金属层11，金属遮蔽盖6遮蔽两个槽孔结构4且位于两个第一金属通孔群3之间。
当电磁波信号经由信号馈入结构21馈入后，电磁波信号利用槽孔结构4以及金属遮蔽盖6内的空气作为信号传递的媒介，传送至信号馈出结构22。此外，金属遮蔽盖6具有一定厚度而可避免电磁波信号遭受外界噪声的干扰。
图8为图1的毫米波电路结构A的电场能量分布俯视图，而图9为图8沿着Ⅸ-Ⅸ线的部分剖视图。如图8及图9所示，当电磁波信号经由信号馈入结构21馈入后，通过槽孔结构4传递至位于基板1的顶部的金属遮蔽盖6内。接着，电磁波信号通过金属遮蔽盖6内的空气以及另一槽孔结构4传递至信号馈出结构22。由于电磁波信号之传递是利用槽孔结构4以及金属遮蔽盖6内的空气，大幅减少电磁波信号的能量损耗。因此，比较强的电场能量都集中在金属遮蔽盖6内。
图10为图1的毫米波电路结构A与公知带状线结构的插入损耗与反射损耗的比较图。以长度约为60毫米的基板1为例，在最新FR2之n263的频带内(57～71GHz)，毫米波电路结构A的第一插入损耗IL1大约介于-1.51dB～-1.74dB，相较于公知带状线结构的第二插入损耗IL2降低了大约5.5dB。毫米波电路结构A的第一反射损耗RL1大约介于-21.85dB～-29.34dB，公知带状线结构的第二反射损耗RL2大约介于-47.90dB～-65.25dB。毫米波电路结构A的第一反射损耗RL1符合-15dB以下的规范，甚至低于一20dB，适合于5G毫米波的应用。
以往进行毫米波模块的测量，是将毫米波模块之射频信号通过印刷电路板内的带状线传递，但就如先前图10所示，在传输距离为60毫米下，射频信号在毫米波电路结构A与带状线结构所产生的能量损耗就差了大约5.5dB。一般毫米波模块测量装置的测试载板，其长度及宽度大约各为40公分，射频信号在测试载板上的布线势必需要更长，导致射频信号于测试载板的介质中传递时，造成的能量损耗更为巨大。
有鉴于此，本发明的毫米波电路结构亦可应用于毫米波模块测量装置，以降低射频信号的能量损耗。
图11为本发明的毫米波模块测量装置的一实施例的立体图。图参见图11，毫米波模块测量装置包括测量载板B、治具C及多个图1的毫米波电路结构A。治具C包含治具托座C11以及治具压盖C12，治具托座C11组接于测量载板B且用于承载毫米波模块D。治具压盖C12组接于治具托座C11且遮蔽毫米波模块D。多个毫米波电路结构A组接于测量载板B。
图12为图11的毫米波电路结构A与毫米波模块D的连接示意图。参见图12，毫米波模块D包含有多个信号脚位D11，而多个毫米波电路结构A的多个信号馈入结构21通过射频走线分别与毫米波模块D的多个信号脚位D11电性连接。此外，毫米波电路结构A的信号馈出结构22上可组接射频连接器RFC或者GSG垫片，以便测量仪器对毫米波模块D的信号脚位D11进行测量。
本发明的其中一有益效果在于，电磁波信号经由信号馈入结构馈入后，通过槽孔结构以及金属遮蔽盖内的空气传递至信号馈出结构。由于电磁波信号利用空气作为传播媒介，降低了电磁波信号的能量损耗，且金属遮蔽盖还阻隔外界噪声对于电磁波信号的干扰，所以电磁波信号的插入损耗及反射损耗均符合毫米波频段之需求。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种毫米波电路结构，其特征在于，所述毫米波电路结构包括：
一基板；
两个金属通孔群，各所述金属通孔群贯穿所述基板；
一信号馈入结构，设于所述基板的内部且位于两个所述金属通孔群之间；
一信号馈出结构，设于所述基板的内部且位于两个所述金属通孔群之间；
两个槽孔结构，设于所述基板且分别连接所述信号馈入结构以及所述信号馈出结构；以及
一金属遮蔽盖，连接于所述基板的顶部且遮蔽两个所述槽孔结构。
2.根据权利要求1所述的毫米波电路结构，其特征在于，各所述槽孔结构包含多个开孔结构，其中一个所述开孔结构与所述信号馈入结构或所述信号馈出结构相连接且其形状不同于其他所述开孔结构的形状。
3.根据权利要求2所述的毫米波电路结构，其特征在于，与所述信号馈入结构或所述信号馈出结构相连接的所述开孔结构沿着一第一方向与其他所述开孔结构之间具有一偏移距离，所述第一方向平行于所述基板的顶部。
4.根据权利要求2所述的毫米波电路结构，其特征在于，所述开孔结构包含两个相对的上边缘、两个相对的下边缘以及两个相对的侧边缘，两个所述上边缘彼此相连接且位于两个所述侧边缘之间，两个所述下边缘彼此相连接且位于两个所述侧边缘之间，两个所述上边缘之间的夹角小于两个所述下边缘之间的夹角。
5.根据权利要求2所述的毫米波电路结构，其特征在于，所述开孔结构包含两个相对的上边缘，两个所述上边缘之间具有一夹角，连接于所述信号馈入结构或所述信号馈出结构的所述开孔结构的夹角大于其他所述开孔结构的夹角。
6.一种毫米波模块测量装置，其特征在于，所述毫米波模块测量装置包括：
一测量载板；
一治具，组接于所述测量载板且用于承载一毫米波模块，所述毫米波模块包含多个信号脚位；
多个毫米波电路结构，组接于所述测量载板且分别与多个所述信号脚位电性连接；
各所述毫米波电路结构包含:
一基板；
两个金属通孔群，各所述金属通孔群贯穿所述基板；
一信号馈入结构，设于所述基板的内部且位于两个所述金属通孔群之间，且电性连接于对应的所述信号脚位；
一信号馈出结构，设于所述基板的内部且位于两个所述金属通孔群之间；
两个槽孔结构，设于所述基板且分别连接所述信号馈入结构以及所述信号馈出结构；以及
一金属遮蔽盖，连接于所述基板的顶部且遮蔽两个所述槽孔结构。
7.根据权利要求6所述的毫米波模块测量装置，其特征在于，各所述槽孔结构包含多个开孔结构，其中一个所述开孔结构与所述信号馈入结构或所述信号馈出结构相连接且其形状不同于其他所述开孔结构的形状。
8.根据权利要求7所述的毫米波模块测量装置，其特征在于，与所述信号馈入结构或所述信号馈出结构相连接的所述开孔结构沿着一第一方向与其他所述开孔结构之间具有一偏移距离，所述第一方向平行于所述基板的顶部。
9.根据权利要求7所述的毫米波模块测量装置，其特征在于，所述开孔结构包含两个相对的上边缘、两个相对的下边缘以及两个相对的侧边缘，两个所述上边缘彼此相连接且位于两个所述侧边缘之间，两个所述下边缘彼此相连接且位于两个所述侧边缘之间，两个所述上边缘之间的夹角小于两个所述下边缘之间的夹角。
10.根据权利要求7所述的毫米波模块测量装置，其特征在于，所述开孔结构包含两个相对的上边缘，两个所述上边缘之间具有一夹角，连接于所述信号馈入结构或所述信号馈出结构的所述开孔结构的夹角大于其他所述开孔结构的夹角。
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