CN1415990A

CN1415990A - 光传输器件

Info

Publication number: CN1415990A
Application number: CN02106121A
Authority: CN
Inventors: 上坂晃一; 须贺卓; 金井久亮; 名古屋喜则
Original assignee: Japan Koshin Co Ltd
Current assignee: Lang Mei Tong Co Ltd Of Japan
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2003-05-07
Anticipated expiration: 2022-04-04
Also published as: JP3936858B2; US6856709B2; JP2003140099A; EP1308769A3; EP1308769A2; US20030091258A1; CN1220906C

Abstract

在不同阻抗特性的两个功能性单元之间使用的传输线基片上，提供与微带线相耦合的共面波导，这允许进行输入和输出阻抗匹配，在该共面波导与微带线之间的阻抗匹配是通过改变信号线宽度而实施的。它允许光传输器件在高频段时的传输特性得以改进。

Description

光传输器件

发明领域

本发明涉及带有一种结构的光传输器件，该结构通过传输线基片来互联具有不同的输入和输出阻抗的功能单元。

相关技术描述

大多数现有的、带有一种通过传输线基片互联具有不同的输入和输出阻抗的功能单元的结构的光传输器件，打算用来处理1GHz或更低的传输频率，该传输器件在根据所谓的50Ω参考阻抗系统来进行设计时采用线性传输结构，该参考阻抗系统对于阻抗匹配并不重要。

然而，在传输1GHz或更高的传输频率(诸如10GHz或40GHz)的情形下，需要改变用于阻抗匹配的传输线的结构。传统的、用于阻抗匹配的方法包括：(1)改变介质的厚度或相对介电常数，(2)整体地变薄信号线层的宽度以及(3)改变信号线的一部分结构。

在日本专利申请公开号No.HE17-106759中显示第三种方法的一个例子，在该现有的参考文献中揭示了，被放置在薄膜多层结构上以及被插入在两个器件之间的微带信号线的结构，部分地或全部地改变，以及在该参考文献的图2上，显示了具有两个不同的宽度的线结构，该结构的中间部分在宽度上变窄，以及在该参考文献的图4上，显示了具有两个不同的厚度的线结构，该结构的中间部分在厚度上被开凹槽，而在该参考文献的图3上，显示了其宽度线性变化的线结构。

按照功能性单元频率特性的现有的传输线的结构没有得到应当的关注。具体地，在垂直线被放置在调制器与驱动IC之间以便把电压加到同一个调制器的情形下，提供有共面和微带结构的传输线基片被投入实际使用，但没有予以应当的关注：对于具有1GHz或更高的频率的信号电压执行阻抗匹配，正如从驱动IC加到在之间的边界，而防止传输效率由于反射导致的恶化。

换句话说，在高频段的信号借助于共面装置与带有功能性单元的、如上所述的、在先前的参考文献的图2和4所示的装置相组合被传输的情形下，在传输线和功能性单元的作用区域内出现反射，从而在1GHz或更高的频率上降低效率。

而且，当线结构线性地过渡时，正如以上所述的先前参考的图3所显示的，在传输1GHz或更高的频率的信号的情形下，出现反射，从而降低传输效率。

发明概述

本发明是要改进在1GHz或更高的频段上的传输效率，具体地，按照从37GHz到80GHz或从1GHz到23GHz的范围来安排传输线，可以改进在该同一个范围内的传输效率。

按照本发明的光传输器件的一个实例包括带有共面波导和微带线的传输线基片；其输入阻抗与频率的增加成比例地变大的第一装置，第一装置被连接到共面波导；其输出阻抗与频率的增加成反比地变小的第二装置，第二装置被连接到微带线，其中相应于微带线的信号线的平面结构在宽度方向缓慢收缩，具有的宽度比起延伸到各自末端的信号线的平均宽度宽，其宽度相应于相对于信号线延伸的方向的最短垂直间隔，或相对于基片的输入端的最短平行间隔。

相应于安装有光传输器件的基片的传输线的微带线被做成收缩，允许从37GHz到80GHz范围的频率的信号的传输达到阻抗匹配，在传输线内或它与功能性单元的结合区域处的反射被约束，这改进传输效率。

如上所述的缓慢收缩是弧形的，或是通过在90度或更小的角度内逐渐变化直线的倾斜度而得到的形状。

按照本发明的光传输器件的另一个例子包括带有共面波导或微带线的传输线基片；其输入阻抗与频率的增加成比例地变大的第一装置，第一装置被连接到共面波导；其输入阻抗与频率的增加成反比地变小的第二装置，第二装置被连接到微带线。对应于微带线的信号线的平面形状是弧形和被配置有一个具有其隆起在90度和更小角度范围内变化的角度的隆起，隆起的宽度比延伸通过它们各自端面的信号线的平均宽度更窄。

这允许范围在1GHz到23GHz频率范围内的传输效率得到改善，因为通过控制在传输线内和在具有功能性单元的结合区域处的反射实现了阻抗匹配。

此外，根据本发明的再一个光传输设备的例子包括带有共面波导或微带线的传输线基片；其输入阻抗与频率的增加成比例地变大的第一装置，第一装置被连接到共面波导；其输入阻抗与频率的增加成反比地变小的第二装置，第二装置被连接到微带线。微带线阻抗的一部分z1，该部分近似于输入阻抗，与微带线阻抗的一部分z3，该部分近似于输出阻抗，之间的关系满足以下条件的任一项，z1＞z2＞z3和z2＞(z1+z3)/2，z1＞z3＞z2，z2＞z1＞z3和z2＞(z1+z3)/2，以及z1＞z2＞z3和z2＜(z1+z3)/2。

这允许从1GHz到23GHz范围的频率的传输效率得以提高。

具体地，在以上阻抗之间的关系满足以下的条件的任一项z1＞z2＞z3和z2＞(z1+z3)/2，z2＞z1＞z3和z2＞(z1+z3)/2的情形下，它允许37GHz或更高的高频段的传输效率得以提高，如图20所示。

然后，在以上阻抗之间的关系满足以下的条件的任一项z1＞z3＞z2，z1＞z2＞z3和z2＜(z1+z3)/2的情形下，它允许从1GHz到23GHz范围的频率的传输效率得以提高，如图20所示。

应当指出，从蚀刻处理过程的立场看来，最好通过增加或减小信号线的宽度来实现以上条件，但也可以通过调节它们的厚度来实现以上条件。

通过本发明的优选实施例的以下的更具体的说明，正如附图显示的，将明白本发明的这些与其它目的、特性、和优点。

附图简述

图1是显示按照本发明的滤波器传输线基片的图。

图2是显示如本说明所指的微带线的一个例子的图。

图3是显示宽的滤波器传输线基片的图。

图4是显示窄的滤波器传输线基片的图。

图5是显示凹的滤波器传输线基片的图。

图6是显示凸的滤波器传输线基片的图。

图7是显示共面波导-微带转换的阻抗变换基片的图。

图8是显示共面波导-微带转换的宽的滤波器传输线基片的图。

图9是显示共面波导-微带转换的窄的滤波器传输线基片的图。

图10是显示共面波导-微带转换的凹的滤波器传输线基片的图。

图11是显示共面波导-微带转换的凸的滤波器传输线基片的图。

图12是显示CPW-MSL-CPW转换的阻抗变换基片的图。

图13是显示CPW-MSL-CPW转换的宽的滤波器传输线基片的图。

图14是显示CPW-MSL-CPW转换的窄的滤波器传输线基片的图。

图15是显示CPW-MSL-CPW转换的凹的滤波器传输线基片的图。

图16是显示CPW-MSL-CPW转换的凸的滤波器传输线基片的图。

图17是显示CPW-MSL转换的等距离线的图。

图18是显示CPW-MSL转换的阻抗线宽度的图。

图19是显示用于仿真传输线的频率对它的增益S21的特性的等效电路模型的图。

图20是显示传输线频率对它的增益S21的特性的仿真结果的图。

图21是按照本发明的光传输器件的截面图。

图22是显示如图21所示的调制器周围的连接结构的透视图。

图23是显示驱动如图21所示的光传输器件的IC的Smith圆图的图。

图24是显示如图21所示的光传输器件的调制器的Smith圆图的图。

优选实施例描述

图21上显示按照本发明的光传输器件的截面图。

这个器件配备有用加到调制器(EA调制器)的电压来调制传送通过光纤的光的功能，该电压由驱动的半导体芯片(驱动IC)控制，以便在需要时作为具有一个频率的信号被发送。

图22显示以调制器和驱动IC为中心的光传输器件的透视图。由驱动IC所加的电压被引导通过基片，在该基片上有传输线连接到调制器，还连接到终端电阻。

驱动IC被连接到高导热的基底基片，该基底被固定在封装的底面。传输线基片与在Peltier散热器上方的基片相接合，该散热器被固定在封装底面。调制器和终端电阻以与放置在传输线基片同样的方式，被提供在Peltier散热器上方的基片上。

驱动IC通过条带线被连接到传输线，而调制器与传输线以及调制器与终端电阻则通过引线结合或金属丝带被连接。

应当指出，在本例中实施的驱动IC是阻抗随频率增加而变小的器件，该器件具有如图23的Smith圆图所示的阻抗频率特性。而调制器是阻抗随频率增加而变大的器件，该器件具有如图24所示的阻抗频率特性。

下面参照图1的传输线基片的透视图更详细地描述如上所述的传输线基片。

这个传输线基片包括介质(白色基色区域)，提供在介质上的信号线104，具有在介质的较低表面上延伸的较低地层和通过孔连接到较低地层、并插入信号线104的较高地层的地层103。信号线104和上面的地层103被形成为如图1所示的结构，以使得在介质上面形成的金属层被蚀刻，被做成变尖的形状。

传输线基片的结构被划分成两部分，它被分开成共面波导结构101和微带线结构102。

共面波导101被安排成信号线104的两侧被交错放置上部地层，它是通过介质被提供在较低地层的上部，该信号线和上部地层分别被连接到驱动IC的信号端和驱动IC的地层端。为了实现与驱动IC的阻抗匹配和与微带线结构的阻抗匹配，上部地层的区域逐渐变窄，而同时信号线104的宽度逐渐变宽。

微带线结构102被安排成使得它放置在较低的地层103上部的介质上，而相对于纵向方向而言，在信号线104的右侧和左侧不提供上部地层。

相应于微带线的信号线在共面波导与微带线之间的边界处(变换段)宽度上是最宽的，而向着输出端逐步变窄，直至再次变宽为止。这样，信号线的结构相对于传输方向剧烈地变化，它的线宽度以90度的最大角度变化。因此，摆脱造成高频信号反射的牵强的凹凸结构，这允许减弱这样的反射。

应当指出，上述的信号线的宽度的连续变化在图1上显示为多边形结构，但可以是弧形的。

然后，如图19所示，图上显示用于仿真传输线的频率对它的增益S21的特性的等效电路，其中传输线基片的阻抗被看作为互联不同的阻抗(例如，z1，z2，z3)的功能性单元的等效电路，传输线基片的阻抗被安排成使得它满足z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & lt；(z1+z3)/2条件，与其中微带线的各个末端之间的间隔线性地形成(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比较，这导致如图20所示的、在37GHz或更高的高频范围处更高的增益S21图20显示传输线的频率对它的增益S21的特性的仿真结果。应当指出，如上所述的z1等于在共面波导输入端处的阻抗，以及近似于驱动IC的阻抗，而如上所述的z3等于在微带线输出端处的阻抗，以及近似于EA调制器的阻抗。而且，如上所述的z2等于被夹在z1与z3之间的阻抗。

然后，下面描述按照本发明的高频传输线基片的另一个实施例。

图2是在这里引用来用于参考的阻抗变换微带线的图。可以看到，在输入端201处微带线的特性阻抗Z(＝√(L/C))是很大的，因为它的宽度是窄的，这样它的电感L很大而它的电容很小。另一方面，可以看到，在输出端处它的宽度是宽的，这样它的特性阻抗是小的。在输入端与输出端之间的间隔需要缓慢地和连续地变化，以便把反射抑制到最小，该间隔结构对于把大的特性阻抗的功能性单元连接到小的特性阻抗的功能性单元的信号线是典型的。然后，把小的特性阻抗的功能性单元连接到大的特性阻抗的功能性单元的信号线具有的结构是通过用如图2所示的输出端代替输入端而得到的。在相同的特性阻抗的功能性单元互联的情形下，输入端和输出端以及它们的间隔部分的线宽度是不变的。

图3显示高频微带线基片的一个安排，该安排的特征在于，在信号线的中部提供宽的宽度线段301，而不是线性地改变信号线，这使得微带线的中间部分的特性阻抗z2变小。

图3所示的安排被看作为如图19所示的等效电路，具有传输线基片1902的各个阻抗，这导致z1；z2 & gt；z3，z2 & lt；(z1+z3)/2的条件。如图20所示，图上显示微带传输线的频率对它的增益S21的特性的仿真结果，如传输线的每种宽度画的，与其中微带线的各个末端之间的间隔段线性地形成(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比较，在37GHz或更高的高频段处得到更高的增益。换句话说，如图3所示的传输线基片在它的中间部分变宽满足以上的条件，这允许从37GHz到80GHz范围的高频的传输特性得以改进。

图4显示按照本发明的微带线的另一个安排。

40这个安排被提供有窄的宽度线段401，这使得微带线的中间部分的特性阻抗z2变大。如上安排的传输线基片被看作为如图19所示的等效电路，它导致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & gt；(z1+z3)/2的条件。正如从图20看到的，与其中微带线的各个末端之间的间隔段被线性地形成(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比较，在从1GHz到23GHz的高频范围内得到更高的增益S21。换句话说，如图4所示的传输线基片在它的中间部分变宽满足以上的条件，这允许从1GHz到23GHz范围的频率的传输特性得以改进。

如图5所示的传输线基片提供有比平均线宽度更宽的末端和较窄的中间部分，这满足z2 & gt；z1 & gt；z3，z2 & gt；(z1+z3)/2的条件。因此，与如图4所示安排同样地，在从1GHz到23GHz范围的频率上得到更高的增益S21。

如图6所示的传输线基片提供有比平均线宽度更窄的末端和较宽的中间部分，这满足z1 & gt；z3 & gt；z2，z2 & lt；(z1+z3)/2的条件。因此，与如图3所示安排同样地，在从37GHz到80GHz范围的高频上得到更高的增益S21。

如图7所示的传输线基片是显示这样的安排的一个例子，即，在传输线的输入端与输出端中的一端提供有共面波导段701，并且与它相连接的有微带线段702。

如图8所示的基片在传输线的中部提供有宽的宽度线段301，这使得微带线的中间部分的特性阻抗变小。这个安排被看作为如图19所示的等效电路，它导致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & lt；(z1+z3)/2的条件。正如从图20看到的，与其中图7所示的基片被设置为使用(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比较，在从37GHz到80GHz的高频范围内得到更高的增益S21。

图9显示被加到图4的基片的一端的共面波导。这个安排被看作为如图19所示的等效电路，它导致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & gt；(z1+z3)/2的条件。正如从图20看到的，与图8所示的基片(z2＝(z1+z3)/2)相比较，在从1GHz到23GHz的频率范围内得到更高的增益S21。

图10显示被加到图5的基片的一端的共面波导。根据图19所示的等效电路，它导致z2 & gt；z2 & gt；z3的条件。在从1GHz到23GHz的频率范围内得到更高的增益S21。

图11显示被加到图6所示的基片的一端的共面波导。根据图19所示的等效电路，它导致z1 & gt；z3 & gt；z2的条件。在高频范围内得到更高的增益S21。

图12是显示这样的安排的基片的一个例子，其中输入端和输出端都提供有共面波导段701的安排，以及在两个共面波导段之间插入微带线段702。

图13显示被加到如图3所示的基片的各个输入端与输出端的共面波导。根据等效电路，它导致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & lt；(z1+z3)/2的条件。因此，正如从图20看到的，与图13所示的基片被设置为使用(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比较，在从37GHz到80GHz的频率范围内得到更高的增益S21。

图14显示被加到如图4所示的基片的各个输入端与输出端的共面波导。根据等效电路，它导致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & gt；(z1+z3)/2的条件。因此，正如从图20看到的，与图12所示的基片被设置为使用(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比较，在从1GHz到23GHz的频率范围内得到更高的增益S21。

图15显示被加到如图5所示的基片的输出端的共面波导。根据等效电路，它导致z2 & gt；z2 & gt；z3的条件。与图12所示的基片被设置为使用(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比较，在从1GHz到23GHz的频率范围内得到更高的增益S21。

图16显示被加到如图6所示的基片的输出端的共面波导。根据等效电路，它导致z1 & gt；z3 & gt；z2的条件。在从37GHz到80GHz的频率范围内得到更高的增益S21。

对于图7到16的共面波导段的共面-微带转换段，被插入在地层103之间的信号线104可被这样地安排，以使得对于共面段可采用如图17所示的等距离线1701，以便连续地增加线的特性阻抗。

而且，被插入在地层103之间的信号线104根据如图18所示的阻抗线宽变换段1801在宽度上变宽，因此，在地层103之间的间隔在共面段处变宽，这使得共面段的阻抗不变或被变换成所想要的一个阻抗。

应当指出，虽然图上未示出，在如上所述的功能性单元的阻抗特性被颠倒的情形下，信号线的输入端和输出端也颠倒过来。换句话说，其阻抗正比于频率的增加而增加的装置被放置在基片的输出端，而其阻抗反比于频率的增加而减小的装置被放置在基片的输入端的情形下，信号线的输入端与输出端被颠倒过来。

本发明允许在1GHz或更高的高频范围的信号传输特性得以改进。

本发明可以以其它特定的形式来实施，而不背离本发明的精神或基本特性。所以，本实施例被认为在所有的方面都是说明性而不是限制性的，本发明的范围由附属权利要求表示，而不是由以上的说明来表示，来自权利要求的等价的意义和范围内的所有的改变都打算被包括在内。

Claims

1.光传输器件，包括：

传输线基片，其上提供有共面波导和微带线；

第一装置，其输入阻抗与频率的增加成比例地变大，所述第一装置被连接到共面波导；以及

第二装置，其输出阻抗与频率的增加成反比地变小，所述第二装置被连接到微带线，

其中相应于微带线的信号线的平面结构是弧形的，或提供有一个收缩，它相对于所述信号线的平均宽度以90度或更小的角度变化，该收缩延伸到各自的末端在宽度上比起所述信号线的平均宽度更宽。

2.按照权利要求1的光传输器件，其中其输出阻抗与频率增加成反比地变小的调制器被连接到所述微带线，以及其输入阻抗与频率增加成比例地变大的驱动IC被连接到所述共面波导，所述驱动IC控制被加到所述调制器上的电压。

3.光传输器件，包括：

传输线基片，其上提供有共面波导和微带线；

其中相应于微带线的信号线的平面结构是弧形的，或提供有一个隆起，它相对于所述信号线的平均宽度以90度或更小的角度变化，该隆起延伸到各自的末端在宽度上比起所述信号线的平均宽度更窄。

4.按照权利要求3的光传输器件，其中其输出阻抗与频率增加成反比地变小的调制器被连接到所述微带线，以及其输入阻抗与频率增加成比例地变大的驱动IC被连接到所述共面波导，所述驱动IC控制被加到所述调制器上的电压。

5.光传输器件，包括：

传输线基片，其上提供有共面波导和微带线；

第二装置，其输出阻抗与频率的增加成反比地变小，所述第二装置被连接到微带线，其中所述微带线的阻抗特性满足从以下条件中选择的任一个条件：z1＞z2＞z3和z2＞(z1+z3)/2，z1＞z3＞z2，z2＞z1＞z3和z2＞(z1+z3)/2，以及z1＞z2＞z3和z2＜(z1+z3)/2，所述z1近似于输入阻抗，而所述z3近似于输出阻抗。

6.按照权利要求5的光传输器件，其中其输出阻抗与频率增加成反比地变小的调制器被连接到所述微带线，以及其输入阻抗与频率增加成比例地变大的驱动IC被连接到所述共面波导，所述驱动IC控制被加到所述调制器上的电压。