TW200945667A - Metamaterial structures with multilayer metallization and via - Google Patents

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TW200945667A TW097143837A TW97143837A TW200945667A TW 200945667 A TW200945667 A TW 200945667A TW 097143837 A TW097143837 A TW 097143837A TW 97143837 A TW97143837 A TW 97143837A TW 200945667 A TW200945667 A TW 200945667A
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Description

200945667 九、發明說明： 【優先權申請專利範圍及相關申請書】 本申請書主張以下美國臨時專利申請書的優勢： 1.序號60/987750，標題”根據合成右左手（CRLH) 超材料’用於行動電話、PDAs (個人數位助理）、以及移動 裝置的天線” ’ 2007年11月13日提出申請。 2·序號61/024876 ’標題”根據合成右左手（CRLH) 超材料’用於移動通訊裝置的天線” ，2008年1月30日 ®提出申請。 3. 序號61/028457，標題”根據合成右左手（CRLH) 超材料，用於行動電話、PDAs(個人數位助理）、以及移動 裝置的天線，2008年2月13曰提出申請。 4. 序號61/〇912()3,標題”#有非線_合幾何的超 材料天線結構’’ ，2008年8月22日提出申請。 以上f請書的揭露合併作為本中請書的部分說明參 【發明所屬之技術領域】 本申請書有關於超材料結構。 【先前技術】 ，Η，沒）向量場的 点為波向量。相位 ’且折射指數為正 右 速 大部分材料的電磁波的傳播遵守（E 手定則，其中E為電場，0為磁場， 度方向與信號能量傳播（群速）相 1057D-10152-PF 5 * 4 200945667 數。如此的相'料爲” 士主” /ηττ、 , ·’、 手（RH)。大部分的自然材料為 RH材料。人造材料也可以是RH材料。 超材料〇m〇具有人造結構。當設計結構的平均單位 晶胞尺寸p比超材料引導的電磁能量的波長小的多，超材 枓對引導的電磁能量可以作用為同質媒介。不像抓材料， 超材料可以顯示負折射指數，具有同時為負的介電常數ε 和磁導率//，且相位速度方向與信號能量傳播方向相反， 其中（Ε，Η ’幻向量場的相對方向遵守左手定則。只支援 罾具有同時為負的介電常數£和磁導率…折射指數的 超材料，係純粹”左手，，（LH)超材料。 許多超材料係LH超材料和咄超材料的混合，因此是 合成右左手（CRLH)超材料。CRLH超材料在低頻可以作用為 LH超材料，在高頻可以作用為别超材料。不同删超材 料的設計和性質例如說明於Cal〇z和H〇h(作者）的“電 磁超材料：傳輸線理論和微波應用”，j〇hn wiiey & s〇ns(出版社）（2006)。CRLH超材料及其在天線的應用由 Tatsuo Itoh說明於，，受邀報告：超材料的前景”， Electronics Letters(電子信），第 4〇 卷第 16 號（2〇〇4 年8月）。 可以建立和設計CRLH超材料以顯示適於特殊應用的 電磁性質，並可以用於使用纟它材料難U、無法實行的應 用。此外，CRLH超材料可用於發展新的應用以及構成無法 以RH材料達成的新裝置。 1057D-10152-PF 6 200945667 【發明内客】 提供以超材料結構為基礎的技術和裝置給天線和傳 輸線裝置，包括多層金屬化超材料結構，具有一或—以上 的導電接觸孔，連接在兩不同金屬層的導電元件。 ❹ 形態中’超材料裝置包括_基板；複數金屬化層， 結合基板並圖案餘刻具有複數導電元件；以及一導電接觸 在基板内形成以連接一金屬化導電元件至另— 屬化層的導電元件。導電元件和導電元件形成合成右左手 (CRLH)超材料結構。在―裝置的實施中，構成CRLH超材 料結構的導電元件和導電接觸孔以形成超材料天線，並配 置以產生二或二以上的頻率共振。在另―實施中咖 超材料的二或二以上的頻率共振近得足以產生寬頻帶。在 另一實施中，CRLH超材料的元件和導電接觸孔配置成產生 低頻中的第1頻率共振，高頻中的第2頻率共振，第1頻 率共振為左手⑽模式頻率共振，而第2頻率共振為右手 )模式頻率共振。又另一實施中，CRU超材料結構的元 件和導電接觸孔配置成產生低頻中的第Μ率共振，高頻 中的第2頻率共振’以及頻率大體上接近第1頻率共振的 第3頻率共振’而第3頻率共振與第i頻率_合，提 供比低頻寬的組合模式共振頻帶。 在另一實施中，超材料裝置包括-基板；一第i金屬 化層’在上述基板的第！表面上形成，並圖案钱刻成包括 互相分開且彼此電磁執合的一晶胞塊以及一發射塾；以及 一第2金屬化層，在虚第1, 表面平仃的上述基板的第2表
1057D-10152-PF 200945667 mi 面上形成’並圖案钱刻成包括位於上述晶胞塊的面積外部 的接地電極、位於上述晶胞塊下方的晶胞接觸孔墊、連接 接地電極至晶胞接觸孔墊的晶胞接觸孔線路、位於上述發 射墊下方的互連墊、以及連接至上述互連墊的饋給線。此 裝置還包括一晶胞接觸孔’在基板中形成以連接晶胞塊至 晶胞接觸孔墊；以及一互連接觸孔，在基板中形成以連接 發射墊至互連墊。晶胞塊和發射墊其中之一形成包括一開 口 ’而晶胞塊和發射墊其中之另一位於上述開口内。晶胞 β 塊、晶胞接觸孔、晶胞接觸孔墊、晶胞接觸孔線路、接地 電極、發射墊、互連接觸孔、互連接觸孔以及饋給線形成 合成右左手（CRLH)超材料結構。 這些及其他形態、實施及其變化詳述於附圖、詳細說 明及申請專利範圍。 【實施方式】 ❹ 考慮到廣範圍的技術提升如功能加強、尺寸降低和功 能改進’超材料（MTM)結構可用於構成天線和其他電氣元 件及裝置《ΜΤΜ結構可以在不同的電路平臺上製造，包括 電路板’例如FR-4印刷電路板（PCB)或可撓性印刷電路板 (FPC)。其他製造技術的範例包括薄膜製造技術、晶片上 系統（S0C)技術、低溫燒結陶磁（LTCC)以及單片式微波積 體電路（MMIC)技術。 本文件中所述的MTM結構的範例和實施包括多層MTM 天線結構，在2或2以上的金屬化層中，具有MTM結構的 1〇57D-1〇152-pf 8 200945667 導電元件，包括接地電 況惟\些多層金屬化層可以在基板 或面板結構中的2或2以上的 上的千仃面上形成，其中兩相鄰 金屬化層以電氣絕緣材斜 何科（例如介電質材料）分開。2或更 多的基板堆疊在一起，且古 ”有或不具有間距以提供多層表面 給多層金屬化層以達到— J疋程度的技術特色或優勢。如此 的多層MTM結構可以1古s； , „ 一有至少一導電接觸孔以連接一金屬 化層内的導電兀件至另一金屬化層内的另一導電元 ❿ 件。具有至少一接觸孔的上述多層MTM結構及其實施可以 以不同的配置構成，日·丨、，士 & 成且了以在電路板上與其他MTM或非 MTM電路及電路元件耦合。 本文件中所述上述多層MTM天線結構對於不同的應用 可以設計成產生多頻帶’包括行動電話應用、手持通訊裝 置應用（例如’ PDAs和智慧型電話）、Wifi應用、削虹 應用和及其無線行動|置應用，其中要求天線在有限的空 間限制下維持具有足夠性能的多頻帶。這些謂天線結構 可以修改及設計讀供其他天線—或更多的優點，例如小 型、：據單一天線法的多重共振、穩定的且實質上不隨使 用者交互作用而轉移的共振、以及實質上與物理尺寸無關 的共振頻率。X ’目前ΜΤΜ天線結構内的元件可以配置成 達到根據CRLH特性的想要的頻帶及頻寬。 ΜΤΜ天線或ΜΤΜ傳輸線（TL)係具有i或更多μτμ單位 晶胞的ΜΤΜ結構。各ΜΤΜ單位晶胞的等效電路包括右手串 聯電感（LR)、右手分流電容（CR)、左手串聯電容（cl)、左 手分流電感（LL)。構成LL和CL並連接以提供左手特性給 1057D-10152-PF 9 200945667 單位晶胞。此型的CRT Η Τΐ ^ TLS或天線的實施可以使用分散 式電路兀件、總集的電 电硌兀件或兩者結合。各單位晶胞小 於~ λ /4其中入係CRI Η ττ々 几或天線内傳送的電磁信號的波 長。 純LH超材料依昭二， Α 、—向量（E，H，yS )左手法則，且相 位速度方向與信號能詈值媸 置得播方向相反。LH材料的電容率ε 和磁導率β兩者為負
根據刼作的方式或頻率，CRLH 超材料可以展現左手和右手 ^ 手電磁傳播模式。在一定的情況 下，…的波向量為。時，CRLH超材料可以展現非零群 =右手模式兩平衡時，產生此情況。在失衡模 式中’具有其中禁止電磁波傳播的頻帶間隙。在失衡狀況 中’在左、右手模式間的傳播堂叙Ν j町得播常數；s (ω〇) = 〇的轉換點， 散射曲線不出現任何不連續，農 — ,疋 '貝再肀導引波長為無限，即又 g=2?r / | /5 | — 〇〇，而群速為正： >0 άω β-0 :示 ❹ 此狀態相當於在LH區域内心施中第W模式㈣。咖 結構支援低頻的細光頻’具有沿著負点抛物線區的發散關 係付以建立實際上的小裝置，其電磁性大，在操縱和控 制天線周圍的近電場（near_field) #有獨特能力，而: 線輪流控制遠電場輻射模式。當此TL用作第〇階共 (Z0R) ’提供遍及整個共振㈣常數振幅和相位共振 模式可用於建立MTM功率組合器及分離器或分割器、方向 耦合器、匹配網路及漏波天線。 ° 1057D-10152-PF 10 200945667 就RH TL共振器而言，共振頻率相當於電氣長度 /3»l=mTT (m=1，2，3…），其中1係η的長度。TL長度應 該長到達到共振頻率的低和更寬光譜。純LH材料的操作 頻率在低頻。CRLH MTM結構非常不同於RH或LH材料，可 以用於達到RF光譜範圍的高和低兩光譜區。就CRLH 6> „= 心1=m7r而言’其中1係CRLH TL的長度，參數ra=〇、±1、 士2 、±3···±〇〇 。 特殊ΜΤΜ天線結構的範例說明如下。結合這些範例的 ® 某些技術資訊說明於美國專利申請第11/741674號，標 題根據超材料結構的天線、裝置和系統” ，2 0 0 7年4 月27日提出申請’以及美國專利申請第11/844982號， 標題根據超材料結構的天線” ，2007年8月24日提出 申請’兩者合併作為本文件的部分說明參考。 第1圖顯示根據4單位晶胞的1維（丨D) CRLH ΜΤΜ傳 輸線（TL)的範例。i單位晶胞包括晶胞塊和接觸孔，而且 疋用於構成想要的結構的建構區塊。圖示的TL範例 包括形成基板的兩導電超材料層中的4單元晶胞，其中4 導電晶胞塊在基板的上導電超材料層上形成，而基板的另 一面具有超材料層作為接地電極。形成4中心導電接觸 孔，分別穿透基板以連接4晶胞塊至接地面。在左側的單 位晶胞塊電磁輛合至第丨饋給線，在右侧的單位晶胞塊電 磁麵合至第2饋給線。在某些實施中，各單位晶胞塊電磁 耦合至才目鄰單位晶胞塊而不直接接觸才目鄰單位晶胞。此結 構形成的MTM傳輸線從一饋給線接收RF信號以及從其
1057D-10152-PF 200945667 他饋給線輸出RF信號。 第2圖顯示第1圖中的^維CRLH MTM TL的等效網路 電路。Zlin’和Zout’分別相當於TL·輸入負載阻抗和 TL輸出負載阻抗’並由於u耦合而在各一端。這是印刷
的兩層結構範例。LR係由於在介電質基板上的晶胞塊，CR 係由於夾在晶胞塊和接地面之間的介電質基板。CL係由於 兩相鄰晶胞塊的存在，和接觸孔感應LL。 每一個別單位晶胞可以有相當於串聯（SE)電感Z和分
流（SH)導納γ的兩共振ω SE和ω sh。第2圖中，z/2方塊中 包括串聯組合的LR/2和2CL ’ Y方塊包括並聯組的ll及 CR。這些參數間的關係表示如下：
^SH
VlL CR
^SE
其中，Z = jaLR + T }ωCl
Vlr~cl ; ; 以及 Y = j6dCR + —1-jwLL \1ΐΣ ci ♦等式（1 ) 第1圖中輸入輸出邊緣的兩單位晶胞不包括CL,由於CL 〇 代表兩相鄰晶胞塊間的電容，但在輸入輸出邊緣缺掉。在 邊緣單位晶胞缺掉的CL部分防止ω SE頻率共振，因此，當 ra=〇共振頻率’只有ω SB出現。
要簡化計算分析，包括部分的ZLin，和ZLout，串聯 電容器以補償缺掉的CL部分，而剩下的輸入及輸出負載 阻抗分別以ZLin和Zlout表示，如第3圖所示。在此情 況下’所有單位晶胞具有相同的參數，如同第3圖中兩串 聯Z/2方塊和一分流γ方塊所表示的，其中z/2方塊包括 串聯組合的LR/2和2CL，以及Y方塊包括並聯組合的LL 1057D-10152-PF 12 200945667 和CR。 第4A圖和第4B圖分別顯示不具有第2和3圖所示的 負載阻抗的TL電路兩埠網路矩陣圖。 A第5圖顯示根據4單元晶胞的1'維CRLHMTM天線的 犯例。不同於第1圖中的1維CRLH MTM TL，第5圖中的 天線麵合左㈣單位晶胞至饋給線，以連接天線至天線電 路’且右側的單位晶胞係料，所以4晶胞界面以空氣為 界面傳送或接收灯信號。 第6A圖顯示第5圖的天線電路的兩蜂網路矩陣圖。 第6B圖顯示帛5圖的天線電路的兩埠網路矩陣圖，且有 邊緣修改’用以說明缺掉CL部分，使所有單位晶胞相’同。 第6A圖和第6B圖分別類似於第α圖和第4β圖所示的几 矩陣標示中’第4Β圖代表以下提供的關係： Γνΐη^ΓΑΝ BNYVout^l lIinJ~lcN ANXloutl ’ 等式（2)
其中，AN=DN因為從Vin和v t端砉
υτ鲕有第3圖的CRLH MTM TL電路係對稱的。 第6A和6B圖中，參數GR，和GR代表輕射電阻，參 數ZT’和ZT代表終端阻抗。ZT， 、zun，和ζι〇^，各 包括來自附加的2CL的貢獻，如下所示： ZLin'=ZLin + - jfflCZ ' ZLout'= ZL〇ut + -
jcoCL ZT' = ZT+-
jaCL 由於輻射電阻GR或GR， 出’天線設計可能難以最優化 .等式（3) 可以經由建立或模擬天線導 。因此’最好採用TL方法， 1057D-10152-PF 13 200945667 然後模擬其對應的天線，具有不同的终端ζτ。等式⑴的 關係對於具有修改值ΑΝ，、別，及CN，㈣2圖中的電 路有效’反應兩邊緣缺掉的CL部。 可以從導出的發散等式決定頻帶，讓N CRLH晶胞結 構以ηπ傳播相位長度共振，其中η = 〇、+ι +2，…忭。 在此’各NCRLH晶胞由等式⑴的z"表示，不同於第 2圖所示的結構’其中端點晶胞缺掉CL。因此，有人可能 期望結合這兩結構的共振會不同。不過，延伸計算顯示所 有共振相同，除了 n = 〇以外，其中心和“在第3圖的 結構中共振’只有心在第2圖的結構中共振。正相位偏 移（n>(0相當於RH區共振，負值（n<〇^LH區共振結合。 N個相同的CRLH晶胞的發散關係、，具有2和γ參數， 如下所提供： ❹
NjiSp^os 1(an)=>|An|-1=:>0-X=-zY^4VN 其中，An=1 ’ 在偶共振|n|=2rn€|〇,2,4, 2xInt(H ~2 其中，AN=-1 ’在奇共振.〔2 “ #<(4) 其中z和γ提供於等式⑴，A4N個如第3圖的相同的 CRLH單位晶胞線性級聯導出，p為晶胞尺寸。奇數γ ( 2蚪上） 和偶數n = 2m共振係分別結合錢〜丨及ΑΝ=ι。對於第4a 圖和第6A圖中的AN，，㈣模式只在…sh共振，而在 兩ω SE和ω s„不共振，由於在端點晶胞缺少cl，而不論晶 胞數量。對於表1所列的不同的Z值，較高階頻率由下式 1057D-10152-PF 14 \2 200945667 提供： 對於η>0，ω5
;SH + dL)gE + 土
.^SH + ^SE + X 對於N = l、2、3及4’表1提供％值。要注音較高階 共振| η| >0相同，不論全CL是否出現在邊緣晶胞（第3 圖）或不出現（第2圖）。又’共振接近n=〇具有小7值（接 近％下界限0)’而較高階共振容易達到％上界限4,如等 式（4)所示。 表1:對於N=l、2、3及4晶胞的共振 N\模式 |η|=0 |n|=l |n|=2
In|=3 N=1 X (!,〇)=〇 ; ω〇 = ωδΗ N=2
X (2,〇)=0 ; ω〇 = rosH 5C(2.h=2 N=3 X 〇,〇)=0 ; ω〇 = c〇sh X (3,1)= N=4 5C (4,0广0 ; CO〇 = C〇sh ❹ X 0,2)=3 X (4,2)=2
發散曲線;5為頻率ω的函數，顯示於第7 分別對於#“（平衡，即= u⑻以及①心’ “（失衡）的情況。在後者，“）和_“ ω “)之間有頻率間隙。限制頻率一… :Ε，： 相同的共振等式提供，具…達到其上界…(1)中 下等式所示： ζ 4如以 1057D-1〇152-pp 15 200945667 等式（6) 另外’第7A和7B圖提供沿著發散曲線的共振位置範 例。在RH區（n>0) ’結構尺寸ι=Νρ隨著降低的頻率而增 加，其中p為晶胞尺寸。相對地，在Ljj區，以較小Np值 達到較低頻率，於是尺寸下降。發散曲線提供這些共振附
^SH + ^SR + 4< 卜X + 4叫 2 —^SH^SE 2 i 1 2 ) 你SH + ^SF + 4®r . i®SH +®SK 2 ..2 7 2 Ί l 2 J -份SH仿SE 近的一些頻寬指示。例如，“共振具有窄頻寬，因為發散 曲線幾乎是平的。纟RH區域中’頻寬較寬，因為發散曲 線較陡。於是，得到寬頻的第1條件，第1 BB條件，可 以如下表示：
C0ND1 :第1 BB條件 => d&> 2pJx άω d(AN) — άω75¾ «1 接近ω=ωι·«=ω〇, 〇>ii, ω土2... <〈1，ρ=晶胞尺寸，田_dy άω ^ω±η res C ω!厂. 其中χ在等式⑷中提供’ 等式⑴中定義) 中的發散關係指出當| AN| =1時，產生共振 ^ 的第條件α_υ中零分母。在致等式⑺ 同單位晶胞的第1傳送矩陣輸入（第仙和6Β圖）#'Ν個相 確實不"影響，並提供於等式⑺;:算第結2 等式。係分子和共振⑼值，顯示於表的第 的斜率，及可能頻寬。目標結構在尺寸上I發散曲線
1057D-10152-PF 16 200945667 具有超過4%的頻寬。對於小晶胞尺寸的結構，等式（7)指 出高ω R值滿足C0ND1 ’即低CR及LR值，由於對n<〇，在 表1中％值接近4產生共振’換句話說（1_尤/4_〇)。 如之前所示，一旦發散曲線斜率具有陡峭值，接著下 一步為確認適合的匹配。理想的匹配阻抗有固定值，可以 不需要大的匹配網路面積。在此，例如在天線中的單邊饋 給情況下，字眼’’ E配阻抗，，指饋給線和終端。要分析輪 入/輸出匹配網路，可以計算第4圖中TL電路的Zb和 Z〇ut。由於第3圖中網路為對稱的，直接證明叫卜 可以證明Zin不受N影響，如下式所式：
Zin 等式（8)
Zin只有正的實值。B1/C1 A於零的唯—理由 式⑷中UN丨以，導致以下阻抗條件： 於等 〇^-ZY=x 第2寬頻⑽)條件係Zin稍微隨著 維持固^配。記住實輸人—η，包Λ = C0ND2 :第2ΒΒ條件：接近共振， 接近共振 <λ .等式（9) 不同於第2圖和第3圖的傳輸線範 放端側，且有不？，ν加 天線仅叶有開 終端由以下等式提供： 1机 1：容 2 __ AN CN 等式（10) 容的貢獻，如等式⑻所示。第㈣條件如下所提供：
1057D-10152-PF 17 200945667 電容終端根據N，且綠粹虛數。由於lh共振係典型地比 RH共振窄，選出的匹配值比n〉0區接近n〈〇區導出的值。 增加LH共振的頻寬的一種方法係降低分流電容器 CR°此降低可以導致較陡的發散曲線的較高^^^值，如等 式（7)所示。有不同的方法降低cr，包括但不限於：丨）增 加基板厚度，2)降低晶胞塊區域，3)降低在上晶胞塊下方 的接地區，導致，，截短接地，，，或以上的技術結合。 第1圖和第5圖中的MTM TL和天線結構使用導電層 以覆蓋基板的全部下表面，作為完全接地電極。已經圖案 蝕刻曝露基板表面的一部分或更多部分的截短接地電
極，可用於降低接地電極區域到少於全基板表面的區域。 如此可增加共振頻寬及調整共振頻率。參考第8和U圖， 討論截短接地結構，其中基板的接地電極側的晶胞塊的面 積内的區域中已降低接地電極的數量，且剩下的長條線路 (接觸孔線路）用於連接晶胞塊的接觸孔至晶胞塊的面積 外的主接地電極。此截短接地方法可以以不同的配置實施 以達到寬頻共振。 乐〇圃顯示對4晶胞 、 ν取畑丧地％極的一 其中接地電極沿著晶胞塊下方的—方向具有小於晶 孔並通過晶胞塊下方。接觸孔線路，連接至接觸 觸孔線路具有的寬度小於各單位 曰S胞的曰曰胞路徑尺寸。相較於商業裝置的實施中 法’其中因為天線效率聯合降低， ： 胞塊區域不能降低，最好選擇使用截短接地。：二
1057D-10152-PF 18 200945667 短，採用另一電感器Lp(第9圖），如第8圖所示的連接接 觸孔至主接地的金屬化長條（接觸孔線路）。第1〇圖顯示4 晶胞天線配對，具有截短接地結構，類似於第8圖中的π 結構。
第11圖顯示具有截短接地結構的MTM天線的另一範 例。在此範例中’接地導電層包括接觸孔線路、以及形成 於晶胞塊面積外的主接地。各接觸孔線路在第U端連接 至主接地，在第2末端連接至接觸孔。接觸孔線路具有的 寬度小於各單位晶胞的晶胞路徑的尺寸。 可以導出截短接地結構的等式。在截短接地範例中， 分流電容CR變小，共巍照與等式⑴、⑸、和⑷及表 1相同的等式。呈現兩種方法。第8和9圖代表第i方法， 方法卜其中’以（LR + Lp)取代以後，共振與等式⑴、（5)、 和⑻及表丨相同。對於丨，每一模式具有兩共振， 相當於（1)ω±η ’由於以（LR+Lp)取代.以及⑴“，由 於以（LR + Lp/N)取代LR，其中N為單位晶胞數。在方法i 之下，阻抗等式變成：
Zinz = — = ~ = X + X?~) (l-y-y ) CN C1 Y' 4其中等式（11) = 義於等式⑺。等式（⑴中的阻 式提供兩共振。及^’分別具有低及高阻抗。於是， 大部分的情況下容易調整接近〇共振。 、第2方法，方法2,顯示於第11圖和第12圖，並且 乂（LL + Lp)取代U後’共振與等式⑴、⑸、和⑹及表^ 同第2方法中’結合的分流電感器（LL+Lp)增加，而
1057D-10152-PF 19 200945667 分流電容器CR降低，導致較低妁LH頻率。 上述示範的MTM結構在兩金屬化層中形成，且兩金屬 化層中之一用於包括接地電極’並經由導電接觸孔連接至 另一金屬化層。具有接觸孔的如此的兩層CRLH MTM TLs 和天線可以以第1及5圖所示的完全接地電極、或第g、 10及11圖所示的截短接地電極構成。 ❹
可以採用MTM結構中的變化來遵循PCB基板面因素、 裝置性能需求和其他規格。以下說明在兩不同的金屬化層 具有至少一接觸孔互連導電元件的各種讨]天線結構的範 例。晶胞塊可以具有種種幾何形狀和尺寸，例如但不限於 矩形、多角形、不規㈣、圓形、楕圓形或不同形狀的結 合。接觸孔線路和饋給線可以有種種幾何形狀和尺寸，例 如但不限於矩形、多角形、不規則形、鑛齒形、螺旋形、 曲折形或不同形狀的結合。發射墊可以加在饋給線的末端 以加強耦合。發射墊可以具有種種幾何形狀和尺寸，例如 但不限於矩形、多角形、不規則形、圓形、楕圓形或不同 形狀的結合。發射墊和晶胞塊之間的間隙可以採用種種形 狀’例如但不限於直線、曲線線、L形線、㈣線、不連 續線、封閉線、或不同形狀的結合。一些饋給線、發射墊、 晶胞塊和接觸孔線路可以在與其他不同的層中形成。一些 饋給線、發射墊、晶胞塊和接觸孔線路可以延伸至不； 層。天線部分可放在主基板㈣毫米上^非平面基板可 用：在不同平面上容納各種元件以降低面積。多晶胞可以 以串聯級聯’建立多晶胞i維結構。乡晶胞可以以直角方 1057D-10152-PF 20 200945667 向級聯’產生2維結構。單—饋給線可以配置以傳送電源 至多晶胞塊。附加的導電線路可以附加至饋給線或發射 塾。此附加的導電線路可以具有種種幾何形狀和尺寸，例 如但不限於矩形、不規則形、鋸齒形、螺旋形曲折形或 不同形狀的結合，並且可以放在上、中或下層 幾毫米上方。 或基板的 此文件中說明的多層MTM天線結構可以配置成產生包 括低頻兩頻的多頻帶。低頻包括至少—左手 am模式共振’而高頻包括至少—右手（rh)模式共振。可 、實施本裝置結構來使用Lh模式刺激且更匹配低頻共 振以及在尚頻率共振增加阻抗匹配。當使用以下技術之 時.（1)發射墊和晶胞塊間的間隙關閉，相當於感應負 載單極子天線，（ii)連接晶胞塊至接地電極的接觸孔線路 移除，以及（i i i)接觸孔線路移除及間隙關閉，提供印刷 單極共振，藉由觀察LH模式共振從輸入阻抗及回送損耗 消失’可以確認LH模式。 本文件中所述的MTM天線可以設計成在各種頻帶中操 作’包括用於行動電話和移動式裝置應用、WiFi應用、 Wi Max應用和其他無線通訊的頻帶。用於行動電話和移動 式裝置應用的頻帶範例為：蜂巢式頻帶（824_96〇MHz(百萬 赫））’包括兩頻帶，CDMA(824-894MHz)和 GSM(880-960MHz) 頻帶；以及PCS/DCS頻帶（171 0-21 70MHz)，包括三頻帶， DCS(1710-1880MHz) 、 PCS(1850-1990MHz)和 AWS/WCDMA(211 0-21 70MHz)頻帶。四頻帶天線可用於覆蓋 1057D-10152-PF 21 200945667 «r 蜂巢式頻帶中的CDMA和GSM頻帶的其中4一以及PCS/DCS 頻帶中的全部的三頻帶。5頻天線可用於覆蓋蜂巢式頻帶 中的2頻帶以及PCS/DCS頻帶中的3頻帶的所有5頻。用 於WiFi應用的頻帶範例包括兩頻帶：從2 4GHz(千兆赫） 到2_ 48 GHz的範圍、以及從5. i5GHz到5· 835GHz的另一 範圍。用於WiMax應用的頻帶涉及三頻帶：2. 3-2. 4GHz、 2. 5-2. 7GHz、及 3. 5-3.8GHz。 第13(a)-13(d)圖顯示具有連接兩金屬化層的導電接 ® 觸孔的1晶胞2層MTM天線的範例，分別顯示3維圖、側 視圖、上金屬化層的上視圖和下金屬化層的上視圖。上金 屬化層在基板1344的上表面上形成，並圖案蝕刻以形成1 晶胞2層MTM天線的一些元件及上接地電極134〇。下金屬 化層在基板1344的下表面上形成，並圖案姓刻以形成1 晶胞2層MTM天線的其他元件及下接地電極134卜接觸孔 1320穿過基板1344並連接上下金屬化層。 _ 更詳細地，上下金屬化層圖案蝕刻成用於MTM天線的 各種金屬元件：上接地電極1340、下接地電極1341、與 上接地電極1340隔開的晶胞塊1316、以耦合間隙1328 與晶胞塊1316分離的發射墊1312、在下金屬層連接晶胞 塊1316至接觸孔墊1348的接觸孔1320、以及連接下接地 電極1341至接觸孔墊1348然後至晶胞塊1316的接觸孔 線路1324。饋給線1308在上金屬層中形成，並連接至發 射墊1 304以對晶胞塊1316通過耦合間隙1328送出信號 或接收信號。圖中也指出PCB孔1332和PCB元件1336的 1057D-10152-PF 22 200945667 * · 扭置作為參考。耦合間隙1328的寬度可以根據設計設定， 例如在一實施中為幾mil(千分之一英寸）。 上接地電極1340在下接地電極1341的上方形成，所 以共面波導（CPW)饋給1304可以在上接地電極134〇中形 成。CPW饋給1304連接至饋給線1 308以送出電源。因此， 在此範例中’ cpw接地由上下接地電極1340和1341形成。 或者，可以用CPW饋給饋給天線，不需要在不同層的接地 面、探測塊或電纜連接器。 ❹ ❹ 在圖示範例中，上金屬層中形成的晶胞塊1316位於 包括接觸孔墊1348和接觸孔線路1324的下表面部分上
因此，1晶胞2層MTM 方，而不在下接地電極丨34丨上方 天線結構具有小數值的分流電容CR，結合上金屬化層的晶 胞塊1316、以及下金屬化層的接觸孔墊1348和接觸孔線 路1324。此MTM天線結構還具有結合接觸孔132〇的分流 電感LL、以及結合接觸孔線路1324的率聯電感Lp。因此， 此結構具有截短接地電極，並不使用全接地電極平面。具 有截短接地電極的MTM結構的—些範例顯示於第卜1〇、 示的1晶胞2層MTM天線結 所示的等效電路的1晶胞天 和11圖。第13(a)-13(d)圖户斤 構的等效電路相似於第12圖 線版。 1057D-10152-PF 23 200945667 > · 表2提供第13(a)-13(d)圖所示具有接觸孔的J晶胞 2層MTM天線結構的元件一覽表。 參數 說明 位置 線元件 各天線元件包括一晶胞，通過發射墊1312 和饋給線1308耦合至CPW饋給1304。 饋給線 連接發射墊1312至CPW饋給1304。 上層 發射墊 連接晶胞塊1316至饋給線1308的矩形。 在發射墊1312和晶胞塊1316之間有耦合 間隙1328。 上層 晶胞 晶胞塊 一角斷路的矩形 上層 接觸孔 連接晶胞塊1316至接 觸孔墊1348的圓柱形 接觸孔墊 連接接觸孔1320的下 部至接觸孔線路1324 的小正方塾 下層 接觸孔線路 連接接觸孔墊1348、 然後晶胞塊1316，至 下接地電極1341。 下層 第13(a)-13(d)圖所示具有接觸孔的1晶胞2層MTM 天線結構，可以實施於各種應用。例如，特別對於4頻行
動電話應用，結合此結構的設計參數可以選擇如下：饋給 線 1308 為 0.5mm(毫米）xl4mm;發射墊 1312 為 0.5mmx 10mm;晶胞塊為5.5 mmx20mm;接觸孔線路1324具有0.3mm 的寬度及1 7mm的長度；發射墊1 312和晶胞塊1 316之間 的間隙寬度為0. 1mm ;基板1344的厚度為1mm，材料為具 有介電質常數4.4的FR4;以及天線覆蓋17 mmx 2 4 mm的區 域。形成發射墊1312和晶胞塊1316的形狀，用以最大化 天線可用的使用空間。由於這些最優化的設計參數，此MTM 1057D-10152-PF 24 200945667 » ♦ 天線在 JSM 頻帶（88〇_96〇MHz)和 pcs/Dcs U71〇-217〇MHz)兩者間提供適合的匹配。 須帶 HFSSEM模擬軟體用於模擬具有以上參數值的天線性 能。第14U)圖中的模擬回送損耗和第i4(b)圖中的模擬 輸入阻抗兩者在兩頻帶中顧 叫頊帶中顯不適合的匹配。代表這兩頻帶
的寬度的 4 點：1(0 tl> J.4. X UU.94GHz(千兆赫），—5 86dB(分貝））， 2(1.02GHz’ -5.84 dB) ， 3(1.87GHz， -6.〇4 dB)，及
4(1.98GHz，-6.G5 dB)，如第14(a)圖所示。低頻包括至 少一 LH模式共振，而高頻包括RH模式共振。 一些樣品的製造以測量為特徵。對於GSM頻帶和 PCS/DCS頻帶，製造樣品的測量效率分別顯示於第i5(a) 和15(b)圖。具有上述設計參數的製造天線在GSM中顯示 高效率峰值於52% ’而PCS/DCS頻帶中78%。 具有至少一接觸孔的上述i晶胞2層MTM天線結構可 以擴大至包括二或更多晶胞塊。第16(a)_16(c)圖分別以 不同的三圖顯示具有一接觸孔的2晶胞2層MTM天線結 構：3維圖、上層上視圖及下層上視圖。兩晶胞塊1和2， 1616-1和1616-2，在上金屬層中形成且互相分離。共同 發射墊1612形成於其中’由兩晶胞塊wni和1616_2 共用。共同發射墊1612藉由耦合間隙1 626-1與晶胞塊 1616-1分離，以及藉由耦合間隙1 626-2與晶胞塊1616-2 分離’在兩晶胞塊和發射墊1612間提供電磁耦合，以對 兩晶胞塊1616-1和1616-2發出傳輸天線信號或接收天線 信號。共同饋給線1608在上金屬化層中形成，並連接共 1057D-10152-PF 25 200945667 同發射墊1612以導通傳輸天線信號或接收的天線信號。 接觸孔1620在基板中形成，並連接上金屬化層中的主胞 晶塊，晶胞塊1(1616-1)，至下金屬化層中的接觸孔墊 1652 °接觸孔墊1 652在下金屬化層中經由接觸孔線路 1624連接至下接地電極ι641。晶胞塊2(1616_2)係次晶胞 塊。接觸孔線路1624在晶胞塊2(1616-2)下方延伸，提供 接觸孔線路延伸1648，而接觸孔線路延伸1648包括連接 至接觸孔線路1 624的導線部、以及位於晶胞塊2(1616-2) ® 了方的端部’以提供電容耦合給晶胞塊2(1616-2)，上金 屬化層中不具有直接連接至晶胞塊2(1616_2)的接觸孔。 接觸孔線路延伸1648可以製成各種形狀、長度和尺寸。 第16(a)-16(c)圖所示的示範結構中，接觸孔線路延伸 1648的端部具有位於矩形次晶胞塊2(1616_2)下方的螺旋 部。圖中也指出PCB孔1632及PCB元件1636的位置作為 參考。 ❹ 此天線的單極子共振頻率可以藉由饋給線、發射墊和 晶胞塊結合的總長度控制。總長度愈長，共振頻率愈低。 例如，饋給線1608的位置可以從晶胞塊)移開以 k南匹配、調整頻寬及降低低頻中心頻率。又，藉由具有 次晶胞塊，第2單極子模式可以在低頻產生。次晶胞塊可 以直接連接至發射墊，造成大發射墊。因此，主要可以以 饋給線1604、發射墊1612、和晶胞塊1616-1和1616-2 的總長度控制的此低頻單極子共振，可以調整至接近LH 模式共振頻率的頻率區，所以兩模式可以結合而建立低頻 1057D-10152-PF 26 200945667 寬頻帶共振。此合成淘低頻寬頻帶共振在此文件中稱作結 合單極子模式和LH模式共振。根據產生單極子和LH模式 兩者足夠接近而結合以支援頻寬接近15〇MHz的蜂巢式頻 帶（824-960MHZ)的此結構，於是可以達到行動電話應用的 5頻覆蓋。接觸孔線路延伸1 648，具有直接形成於晶胞塊 2 1616-2下方的螺旋形，在此範例中用於更提高匹配。 第17(a)和17(b)圖分別顯示第16(3)和16(c)圖中具 有接觸孔的2晶胞2層MTM天線的模擬回送損耗和輸入阻 ® 抗。設計參數由以下與先前1晶胞2層MTM範例中相同的 電路板和性能規格決定。從第17(a)和17(b)圖可看出， 接近1GHz的LH模式和接近i.2GHz的第1單極子模式互 相耦合，因此建立的寬低頻，以1 GHz為中心並具有約 30 0MHz的頻寬（結合單極子模式和lh模式共振），以及rh 模式和第2單極子模式互相耦合’建立寬高頻，以1. 9GHz 為中心並具有約300MHz的頻寬。 0 —些應用中，可能要增加天線和主PCB之間的間隔。 這樣做的理由之一係避開天線和元件之間的干擾。可以以 垂直主基板面沿著Z方向實際移動天線來增加間隔。這可 以使用一用以形成MTM天線及另一用以形成主pCB的兩不 同基板來達成。兩基板互相堆疊並以中間介電質絕緣層隔 開。具有對於主基板面升高高度h的天線部的如此的MTM 結構的範例’圖示於第18(a)-18(f)圖，顯示3維圖、侧 視圖、升高基板1851的上層上視圖、升高的基板1851的 下層上視圖、主基板1850的上層上視圖、主基板1850的 1057D-10152-PF 27 200945667 下層上視圖。兩基板1851和185()之間可以夾介電質間隔 片18CU或空著。基板1850構成主pcB以及基板以“的 構成為形成MTM天線。某-程度，由於具有共用共同發射 墊的兩晶胞塊卜2’此結構相似於帛16(a)_16(c)圖所示 的2晶胞2層MTM結構。不同於第16(a)_16(c)圖所示的 結構，帛18(a)-l 8(f)圖中結合天線的元件在升高的基板 1851上形成，而其他元件如接地電極留在主基板185〇上。
在第18(a)-18(f)圖中，饋給線分離成在主基板185〇 的上表面上的第1部分以及升高的基板1851的上表面上 的第2部分。這些饋給線部分分別稱作饋給線ι(ΐ8〇8ι) 和饋給線2(1808-2)，並以接觸孔連接，接觸 孔1 (1820-1 )從主基板1850的上表面到升高的基板1851 的上表面穿過間隔片1801以及升高的基板1851。接觸孔 1 (1820-1 )的下端位於離上接地電極184〇的邊緣距離 D1。接觸孔線路也分離成兩部分：在升高的基板1851的 下表面上的接觸孔線路1 (1824_υ以及在主基板185〇的 下表面上的接觸孔線路2(1824 —2)。這兩接觸孔線路部分 以接觸孔3(1820-3)連接，接觸孔3(1820-3)從主基板 1850的下表面到升高的基板1851的下表面穿過主基板 1850以及間隔片1801。接觸孔3(182〇_3)的下端位於離下 接地電極1841的邊緣距離D2。接觸孔2(1820-2)在升高 的基板1851中形成，連接升高的基板1851的上表面上的 主晶胞塊-晶胞塊至升高的基板1851的下表面 上的接觸孔線路1(1824-1)。饋給線2(1808-2)連接至升 1057D-10152-PF 28 200945667 高的基板1851的上表面上的發射墊ι812,發射墊1812 通過耗合間隙1 (1828-1 )耦合至晶胞塊1(1816-1)，用以 對晶胞塊1(1816-1)送出或接收信號。晶胞塊2(1816_2)， 係次晶胞塊’形成於對晶胞塊idsm)在發射墊1812 的另一側’並通過耦合間隙2(1828_2)耦合至發射墊 1812。又，接觸孔線路Κ1824_1}在晶胞塊2(1816_2)下 方延伸’提供接觸孔線路延伸1848,接觸孔線路1 (1824-1) 沒有接觸孔連接至升高的基板1851的上表面上的晶胞塊 ❹ 2(1816-2)。接觸孔線路延伸1848可以製成各種形狀、長 度、和尺寸。在第18(a)-i8(f)圖中所示的示範結構中， 螺旋接觸孔線路延伸1848位於矩形次晶胞方塊1816-2的 下方。PCB孔1832和PCB元件1836的位置也在圖中指出 作為參考。PCB元件位於主基板185〇的下表面上。 第18(a)-18(f)圖中具有升高的天線的兩晶胞mtm結 構的模擬回送損耗及阻抗，對於h = 2mm、4mm及5mm 3種 ❹不同的高度’Dl = 6mm及D2 = 8mm的情況，分別顯示於第19(a) 及19(b)圖。從這些圖中可看出，天線在與第1617圖所 示的2晶胞2層MTM天線結構的情況下相同的頻帶中共 振。即，產生共振以支援蜂巢式頻帶和PCS/DCS頻帶，但 具有稍微不同的匹配。兩頻帶的中心頻率之間頻率範圍内 的匹配當h增加時變得較好，在h = 5mm導致非常寬的頻帶。 在不同的應用中，接觸孔線路2(1824_2)可以位於主 基板1850的上表面上，而非下表面，以在主基板185〇的 上表面終止接觸孔3(182〇-3)，所以接觸孔線路2(1824_2) 1057D-10152-PF 29 200945667 可以連接至上接地電極1 840，而非下接地電極i84i。 製造和測試根據平面版的第16(a)_16(c)圖中顯示的 2晶胞2層MTM結構、以及3維版的第18(a)_i8⑴圖顯 示的具有升高的天線的2晶胞結構的樣品。平面版和 3維版的製造樣品的相片分別顯示於第2〇(心和2〇(㈨ 圖。3維版的兩基板之間的分隔選擇在h = imm，並在此範 例中兩基板之間使用空隙作為間隔片。 ❹ 要提高行動電話包圍的效果，這些天線各置於行動電 話外殼内用以測量。對於裸板，關蓋和開蓋配置，第Η 和22圖分別顯示平面版和3維版的測量回送損耗。第21 和22圖中所有情況的測量回送損耗展示相當於蜂巢式頻 帶和PCS/DCS頻帶的兩寬頻共振。不過，當相較於裸板配 置’天線置於行動電話外殼内時’這兩頻帶變得較窄且稍 微移至較低頻率。測量也指示測量回送損耗對於平面和3 維版兩者的開或關蓋配w眚暂 蓋配置貫質上不敏感。在一些應用中以 及根據RF元件在PC R F Α Φ 1 一 隹上的位置’ MTM天線的3維版可以展 不比平面對應物更佳的被動和主動性能。 在-些行動電話應用中，可能想要控制低頻頻寬。由 於譲天線的低頻共振以LH模式激起，可以限制低頻共 振的頻寬，除非天線和接地間的距離增加。不過，在一些 :況下’可能很難或甚至禁止增加天線的平面尺寸或天線 離主基板的高度。在此情況下’可以用兩琿法其中安裝 -天線以提供低頻共振’因而產生低頻而安裝另一天線 以提供南頻共振，因而產生高頻。藉由降低單極子模式丘
1057D-10152-PF 30 200945667 振，以與丨η @ 咖。 、式激起的低頻共振耦合、低頻頻寬可以變 見藉由擴大頻率中低頻和高頻之間的間隔，兩天線之間 的耦合可以降低。 第23(a)-23(c)圖顯示具有} MTM天線用作低頻天線 和另MTM天線用作高頻天線的兩天線陣列範例，分別顯 示3維圖、上層上視圖及下層上視圖。在此範例中，兩天 線各具有單-晶胞塊。上金屬化層在基板的上表面上形 成，並包括上接地電極234〇。下金屬化層在基板的下表面 上形成，並包括下接地電極2341。上接地電極234〇在下 接地電極2341的上方形成，因此cpw饋給1(23〇4 —丨）及 CPW饋給2(2304-2)可以在上接地電極234〇中形成。因 此，此範例中，cpw接地由上、下接地電極234〇和2341 形成。低頻和高頻MTM天線的形成具有分開的埠，分別耦 合至 CPW 饋給 1 (2304-1 )和 CPff 饋給 2(2304-2)。 高頻MTM天線結構相似於第13(a)_13(d)圖所示具有 接觸孔的1晶胞2層MTM天線結構的先前範例，而且個別 的元件對於高頻匹配和調頻而有不同製造尺寸和成形。 CPW饋給2(2304-2)耦合至饋給線2(2308-2)及發射墊 2(2312-2) ’用以經由耦合間隙2(2328-2)對晶胞塊 2(2316-2)送出信號或接收信號。接觸孔2(2320-2)在下表 面連接晶胞塊2(2316-2)至接觸孔墊2(2321-2)，接觸孔 線路2(2324-2)連接下接地電極2341和接觸孔塾 2(232卜2)。 低頻MTM天線結構也相似於第13(a)-13(d)圖所示具 1057D-10152-PF 31 200945667 .· .有接觸孔的1晶胞2層MTM天線結構的先前範例，而且個 別的元件對於低頻匹配和調頻而有不同製造尺寸和成 形。特別地，績給線（2308-1)有較長的長度，具有一些 彎曲以降低對低頻區單極子模式共振。此範例中接觸孔線 路1(2324-1)圖案蝕刻成跟隨饋給線1(23〇8-1)的形狀。 不過’接觸孔線路1(2324-1)可以採用不同的其他形狀和 尺寸而不顯著影響天線性能。 製造具有低頻ΜΤΜ天線和高頻ΜΤΜ天線的兩天線陣列 ® 樣品’並圖示於第23(a)-23(c)圖。測量的回送損耗和耦 合顯示於第24圖中。高頻天線的回送損耗2展示範圍從 1649 MHz至3578MHz的寬高頻’回送損耗在_6dB。低頻 天線的回送損耗1具有約1 · 3GHz的單極子模式共振，耦 合至LH模式共振（結合的單極子模式和lh模式共振）以產 生範圍從790 MHz至1005MHz的寬低頻，回送損耗在 -6dB。因此，此範例中兩天線陣列具有低頻MTM天線和高 ©頻MTM天線，對於行動電話應用提供覆蓋5頻的功能。 對於低頻和高頻，測量的效率分別顯示於第25(£1)和 25(b)圖。裸板效率在低頻中達到7〇%’在高頻中達到8〇%， 從 820 到 1 000MHz 超過 50%，從 1. 7 到 3GHz 為 60%。 具有低頻和高頻MTM天線的降低尺寸的2天線陣列的 製造如第26圖的相片所示。此結構相似於第23(a)_23(c) 圖所示具有低頻和高頻MTM天線的2天線陣列，除了如第 26圖所示具有（a x b)尺寸的天線部分從先前2天線陣列 範例中的27mmx45mm降低至1 0mmx45mm，而且更接近上接 1057D-10152-PF 32 200945667 地電極。
Of 測量的回送損耗描繪於第27(a)圖，第27(a)圖顯示 S11和S22(分別相當於低頻天線的回送損耗1和高頻天線 的回送知耗2)具有比第24圖窄的頻寬。但，S11和S22 仍夠寬以覆蓋包括蜂巢式頻帶（824_96〇MHz)和pcs/Dcs頻 帶（1710-2Π0ΜΗΖ)的5頻。如第27(b)圖中所見，即使在 降低尺寸的情況下’耦合是低的。不過，帛28 H中對於 降低尺寸情況的測量效率低於第25(a)和25(b)圖所示的 測量效率，在低頻中達到45%，高頻中7〇%。這是由於尺 寸效率交換。 接收（Rx)多樣性係使用兩或更多的天線的無線多樣 電路之一，提供接收器一些進入信號的觀察資料，以得到 強的聯、’·〇由於使用多天線，天線裝置的緊密是需要的。
Rx多樣天線通常不需要高效率，^效率要求在某些情況下 可以在30-40%的範圍内。當提供小型天線封裝時，可以實 〇 施本文件中所述的MTM天線結構，構成MTM天線陣列，用 以提供接收多樣性。 第29(a) 29(c)圖顯示的範例係具有3個不同天線的 Rx多樣MTM天線陣列’對於行動電話應用設計成在以下不 同的 3 頻帶共振：US Cell Rx 869 —894MHz(天線 n、Gps 1H5_Z(天線 2)、以及 Pcs Rx 193〇_19_z(天線 3)。天線區，第29(c)圖中指示為（axb)，係i6mmx44mffi， 基板厚度為lmm。 三分離 CPW 饋給 1 (2904-1 ) ' 2(204_2)及 3(29〇4_3) 1057D-10152-PF 33 200945667 ， « 在上接地靈極2904中形成以分別引導天線信號給天線 1、2及3。對於天線i的cpw饋給1(29〇4)部分地在上接 地7延伸部分-上接地延伸295〇中形成。各天線結構基本 上是具有接觸孔的1晶胞2層MTM天線結構，如第 13(a)-13(d)圖所示。在以下的結構說明中，當說明適合 各天線時，短線（-)之後的第2參考數字省略。各天線内， 饋給線2908在上金屬化層中形成，並連接至發射塾 2912，以通過耦合間隙2928對晶胞塊2916送出或接收信 號馈…線1 (2908-1 )連接至形成於上接地延伸295〇中的 Μ 1⑽8 —υ的部分。各晶胞塊2916通過接觸孔 2920連接至接觸孔線路。接觸孔線路2(2924七和 3(2924-3)直接短路至下接地電極2941，而接觸孔線路 1 (2924-1 )短路至下接地的延伸部分，下接地延伸 1 (2951-1 )，如第29(c)圖所示。加上下接地的另一延伸部 分-下接地延伸2(2951_2)1以最優化天線間的匹配和搞 0合。在顯示的範例中，在三個不同位置的三天線配置成對 於多樣性具有三種不同形狀和形狀延伸方向。在這些天線 中選擇天線元件的尺寸，用以在這3目標頻帶中產生不同 的八振頻率。例如，天線i全長作得比天線2長，以具有 比天線2所接收的低並由天線1接收的共振頻率。 測量的回送損耗顯示於第30圖，圖示天線卜2及3 所覆蓋的3目標頻帶，分別以SU、S22及S33表示。這3 共振疋由於LH模式。此外，下表提供根據測量和模擬本 MTM設計所達到的Rx多樣性天線性能的—覽表。
1057D-10152-PF 34 200945667 表3 回送損耗 第30圖 在-6dB的頻寬 頻帶 模擬 S11 34 MHz 867-901MHz 810-830MHz S22 62 MHz 1. 527-1.589 GHz 1. 46-1. 51 GHz S33 214MHz 1.903-2.117 GHz — 1♦73-1. 92GHz 耦合 S12 S31 S32 -15dB @1.56GHz -9. 27dB @2.068GHz -20. OldB @1.966GHz 高峰效率 天線1 天線2 天線3 51% @880MHz 54% @1.55GHz 58% @1.93GHz 具有1接觸孔的2晶胞2層2螺旋MTM天線結構的範 例顯示於第31 (a)-31(c)圖，分別顯示3維圖、上層上視 圖和下層上視圖。這是為5頻行動電話應用所設計的另一 示範MTM天線，特徵為一對上下晶胞塊和一對上下螺旋。 提供接觸孔以連接上下晶胞塊，但在上下螺旋間不提供接 Q 觸孔，因此上下螺旋不導電連接。 特別地’上金屬化層具有上接地電極314〇、形成於上 接地電極3140中的CPW饋給3104、上發射墊3112-1、附 於上發射墊3112-1的上螺旋、連接至cpw饋給31〇4 及上發射塾3112-1的饋給線3108、以及上晶胞塊 3116-1。經由上耦合間隙3128_丨對上晶胞塊31161送出 或接收天線信號，且上晶胞塊經由穿過基板的接 觸孔3120導電連接至下晶胞塊3116_2。下金屬化層具有 下晶胞塊3116-2、下接地電極3141、通過下耦合間隙 1057D-10152-PF 35 200945667 3128-2電容耦合至下,晶胞塊3116-2的下發射墊3112-2、 附於下發射墊3112-2的下螺旋3152-2、以及連接下晶胞 塊311 6-2至下接地電極3141的接觸孔線路3124。上、下 螺旋3152-1、3152-2大體上在形狀和尺寸上相同，且互 相覆蓋。上、下晶胞塊3116_1、3116_2也大體上在形狀 和尺寸上相同’除了其中連接接觸孔線路3124的下晶胞 塊3116-2的小部分’相較於上晶胞塊稍微延伸出 去。 下晶胞塊3116-2完成截短接地，且直接在上晶胞塊 3116-1下方的截短接地（下晶胞塊3116_2)的形狀和尺寸 與上晶胞塊3116-1的形狀和尺寸相似。此範例中的RH分 流電容CR比第8、1 〇、及11圖所示的截短接地結構的j 日日胞版大’帛8、1 〇、及11圖中使用的小接觸孔或線路比 得胞晶塊小得多。根據說明於前節中的分析，可以顯示主 要是LH分流電感Ll由於接觸孔312〇、串聯電感Lp由於 〇接觸孔線路3124、以及上麵合間隙313H中感應的LH 串聯電> CL’控制LH共振。另—方面，低頻單極子模式 共振由附加的上螺旋3^2]產生。可以調整上螺旋 3152-1的長度，用以在高於但接近u共振的頻率建立妓 振’所以兩模式（結合單極子模式和1{1模式共振）的結果 頻寬足夠覆蓋頻寬〜15〇驗的低頻。下螺旋3152_2對於 上螺旋㈣]可以當作電容負載元件，因而用作主要由 上螺旋3152-1的長度控制的單極子共振的匹配裝置。 模擬圖回送損耗和輸入阻抗分別顯示於第M(a)和
1057D-10152-PF 36 200945667 32(b)圖。製造樣品的測量回送損耗顯示於第33圖。LH 共振在接近890MHz出現，如這些圖中所見。不過，具有1 接觸孔的這2晶胞2層2螺旋MTM天線對於覆蓋800MHz 和1 700MHz之間的頻帶不是匹配得很好。如第34圖中所 見的測量效率，高峰效率在低和高兩頻帶中約70%。 要改善匹配以覆蓋所有5頻，修改第31 (a)-31(c)圖 中所示具有1接觸孔的2晶胞2層2螺旋MTM天線。第 35(a)-35(d)圖中所示修改版係具有2接觸孔的2晶胞2 © 層2螺旋MTM天線的範例，其中接觸孔2(3520-2)連接上、 下螺旋3552-1、3552-2。此外，此結構中上晶胞塊3516-1 作得比下晶胞塊3516-2大。下發射墊3512-2對於上螺旋 3552-2可以當作的電感負載元件，因而用作主要由上螺旋 3552-1的長度控制的低頻單極子共振的匹配裝置。 下表提供具有2接觸孔的此2晶胞2層2螺旋MTM天 線的一覽表。修改的設計改善阻抗匹配。 表4 參數 說明 位置 天線元件 各天線元件包括的晶胞通過上發射墊 3512-1和饋給線3508耦合至CPW饋給 3504。 饋給線 連接至上發射墊3512-1與CPW饋給3504。 上層 上螺旋 連接至饋給線3508 上層 下螺旋 連接至下發射墊3512-2以及經由接觸孔 2(3520-2)連接至上螺旋3552-1 下層 接觸孔2 圓柱形，連接上、下螺3552-1和3552-2 發射墊 上發射墊3512-1通過上耦合間隙3528-1 輕合至晶胞。 上層 1057D-10152-PF 37 200945667 下發射墊3512-2通過下耦合間隙3528-2 a- 耗合至晶胞。 下層 晶胞 晶胞塊 上晶胞塊3516-1具有 多角形。 上層 下晶胞塊3516-2具有 多角形，並通過接觸 孔1(3520-1)連接至 上晶胞塊3516-1 下層 接觸孔1 具有圓柱形，並連接 上、下晶胞塊3516-1 和 3516-2。 接觸孔線路 連接下晶胞塊3516-2 至下接地電極3542。 下層 第36(a)-36(d)圖顯示半單層MTM結構的範例，分別 顯示3維圖、側視圖、上層上視圖和下層上視圖。這是設 計給5頻行動電話應用的ΜΤΜ天線結構的範例。第36(c) 圖顯示被上層覆蓋的下層。第36(d)圖顯示被下層覆蓋的 上層。在此設計中，晶胞包括分別在上、下金屬化層中形 成並以導電接觸孔連接的兩金屬塊。兩金屬塊中，晶胞塊 3608在上層中尺寸大於下層中的晶胞塊延伸3644，因此 為主晶胞塊。在下層的晶胞塊延伸3644不連接至接地電 極。接觸孔線路3612形成於上層，晶胞塊3608的同一層 中，並連接晶胞塊3608至接地電極3624。因此，此天線 結構可看作單一層ΜΤΜ結構，具有晶胞塊和曲折線路折疊 在下層上以符合在行動電話内給天線的限定可用區（例如 1 0mmx42mm)。由於此，這結構稱作”半單層ΜΤΜ結構”。 更詳細地，此半單層MTM天線具有發射墊3604、曲折 1057D-10152-PF 38 200945667 線路3652及晶胞塊3608，所有這些都在基板的上表面上 的上金屬化層。晶胞塊3608，使用一或更多接觸孔3648， 延伸至基板的下表面上的下金屬化層中的晶胞塊延伸 3644 ’以連接上表面上的晶胞塊36〇8和下表面上的晶胞 塊延伸3644。曲折線路3652延伸至基板的下表面上的下 金屬化層中的曲折延伸3653,以連接上表面上的曲折線路 3652和下表面上的曲折延伸3653。圖中接觸孔分別稱作 曲折連接接觸孔3640和晶胞連接接觸孔3648。可以作如 此的延伸以符合空間需要而維持一定的性能水準。天線由 具有50Ω特性阻抗的接地CPW饋給362〇饋給。饋給線3616 連接CPW饋給3620至發射墊3604，並具有附加的曲折線 路3652。低頻單極子模式共振由附加的曲折線路3652產 生。可以調整曲折線路3652的長度，以建立高於但接近 LH共振的頻率的共振，因此兩模式（結合單極子模式和[η 模式共振）的結果頻寬足以用〜15〇MHz的頻寬覆蓋低頻。 晶胞塊延伸3644有助於改善LH模式共振的匹配，而曲折 延伸3653有助於改善單極子模式共振的匹配。晶胞塊 3608具有多角形，並經由耦合間隙3628電容耦合至發射 墊3604。晶胞塊3608經由接觸孔線路3612短路至上表面 上的上接地電極3624。接觸孔線路路徑為了匹配而最優 化。基板3636可以以適當的介電質材料製成，例如具 介電質常數4.4的FR4材料。 ' 表5提供此範例中的半單層MTM天線結構的元 覽表。 1057D-10152-PF 39 200945667 ❹ 表5 參數 說明 位置 天線元件 各天線元件包括的晶胞通過發射墊3604 和饋給線3616耦合至CPW饋給3620。 饋給線 連接發射墊3604與CPW饋給3620。 上層 發射墊 矩形，並經由耦合間隙3628耦合至晶胞 塊 3608 。 上層 曲折線路 附加至饋給線3616 上層 曲折線路延伸 矩形塊，係曲折線路3652的延伸 下層 曲折線路連接 接觸孔，連接在上層上的曲折線路3652 與在下層上的曲折延伸3653。 接觸孔 下層 晶胞 晶胞塊 多角形 上層 晶胞塊延伸 矩形塊，係晶胞塊 3608的延伸 下層 接觸孔線路 連接晶胞塊3608與 上接地電極的線 路。 上層 晶胞連接接觸孔 接觸孔，連接在上 層上的晶胞塊3608 與在下層上的晶胞 塊延伸3644。 ❿ 選擇設計參數以覆蓋對於行動電話應用的5頻。HFSS EM模擬軟體用於模擬天線性能。模擬回送損耗顯示於第 37(a)圖，而模擬輸入阻抗顯示於第37(b)圖。如這些圖中 所示，此範例中LH共振出現在約800MHz。第37(a)圖中， 擬模回送損耗顯示大於150MHz的低頻頻寬。 如第38圖所示，此半單層MTM天線的製造樣品的測 量回送損耗具有覆蓋80 0MHz到1 GHz的低頻，非常支援蜂 1057D-10152-PF 40 200945667 巢式頻帶⑻4MHz到9_H小高頻也顯示對pcs/Dcs頻 帶(1710-2170ΜΗΖ)的充分覆蓋。對於高頻和低頻，測量效 率分別顯示於第39⑷和_)圖。高峰效率在低頻約 60%，而在高頻幾乎達到。 ❹ ❹ 具有曲折線路的降低尺寸的1晶胞2層MTM天線的設 計和製造如第40(a)和40(b)圖的照片所示，分別顯示上 層的上視圖和下層的下視圖。這是為5頻行動電話應用設 計的另-MTM天線。此結構相似於第13(〇_13⑷圖所示 具有連接兩金屬化層的導電接觸孔的】晶胞2層謂天線 結構，除了曲折線路4025附加至饋給線4〇〇8。由第 13(a)-13(d)圖所不不具有曲折線路的i晶胞2層ΜΤΜ天 線的第14(a)圖中的模擬回送損耗可看出，在此情況下的 低頻具有足夠的頻寬覆蓋4冑’但太窄不能覆蓋5頻。第 40(a)-40(b)圖所不具有曲折線路4〇52的丨晶胞2層ΜΤΜ 天線，設計為增加低頻頻寬。可以調整曲折線路4〇52的 長度以建立頻率高於但接近LH共振的共振，因此兩模式 的結果頻寬足夠覆蓋範圍從824MHz -960MHz(即蜂巢式頻 帶）的低頻。 對饋給線4008，曲折線路4052在與晶胞塊4016同一 側上形成。關於CPW饋給4〇〇4的位置，決定此幾何以使 用曰曰胞塊4016和上接地電極4040的邊緣之間可用的區 域。結果’此MTM結構的天線部分所佔的區域，即第4〇(a) 圖中的（&\13)，可以從1〇11[1111><42111111[第31(8)-31((3)圖、 第35(a)-35(d)圖以及第36(a)-36(d)圖所示的先前5頻 1057D-10152-PF 41 200945667 • · MTM天線]降至例如7mmx40mm。此範例中，表6提借具有 曲折線路4052的降低尺寸的1晶胞2層MTM天線結構的 元件一覽表。 表6 參數 說明 位置 天線元件 各天線元件包括的晶胞通過發射墊4012和饋給 線4008耦合至CPW饋給4004。 饋給線 連接發射墊4012與CPW饋給4004。 上層 發射墊 經由耦合間隙4028耦合至晶胞塊4016。 上層 曲折線路 附加至饋給線4008 上層 晶胞 晶胞塊 具有不規則曲線形狀， 圍繞位於基板上的其他 元件。 上層 接觸孔線路 連接下接地電極4041 至接觸孔4020，然後晶 胞塊4016。 下層 接觸孔 連接晶胞塊4016與接 觸孔線路4024 具有曲折的此降低尺寸的1晶胞2層MTM天線的製造 ❹ 樣品的測量回送損失如第41圖所示。頻率值在- 6dB回送 損耗指示低頻，即蜂巢式頻帶（824MHz -960MHz)覆蓋良 好，且高頻，即PCS/DCS頻帶（1710-2170MHz)可以以微調 覆蓋來降低高頻以從1 700MHz左右開始使用此MTM天線。 測量的效率描繪於第42圖，顯示在低頻約900MHz的50% 高峰效率，及在高頻75%。 第43(a)-43(c)圖顯示具有分離螺旋的小1晶胞2層 MTM天線範例，分別顯示3維圖、上層上視圖及下層上視 1057D-10152-PF 42 200945667 » * 圖。這是為CDMA單一頻帶應用設計的MTM天線’特徵為 小尺寸（例如8minx 22mm)及分離螺旋。此結構相似於第 40(a)-40(b)圖所示具有曲折線路的縮小尺寸1晶胞2層 MTM天線，除了曲折線路以分離成由接觸孔連接的上螺旋 和下螺旋的螺旋線取代。在此結構中降低全面積係使用上 和下金屬化層兩者以形成長螺旋線。相似於先前範例中具 有螺旋或曲折線路的MTM天線結構’低頻單極子模式共振 由附加的螺旋線產生。可以調整上下螺旋的總長度以建立 〇 頻率高於但接近LH共振的共振，因此兩模式（結合的單極 子模式和LH模式共振）的結果頻寬足夠覆蓋具有〜7〇MHz 頻寬的CDMA單一頻帶。 更詳細地，上接地電極434〇在下接地電極4341的上 方形成，因此CPW饋給4304可以在上接地電極434〇中形 成。因此，如前述範例，（:Pw接地在具有分離螺旋的小i 晶胞2層MTM天線結構中由上、下接地電極434〇、4341 ❹所形成。或者，天線可以由cpw饋給饋給，^”饋給在不 同層上不需要接地面、探測塊或電纜連接器。CPW饋給4304 連接至饋給線4308，饋給線4308更連接至發射墊4312 以通過耦合間隙4328對晶胞塊4316送出或接收信號。間 隙寬度在某些實施中可能是幾mil。螺旋線附在發射墊 4312上。螺旋線分離成由接觸孔2(4320-2)連接的上螺旋 4352-1和下螺旋4352-2。晶胞塊4316通過在基板的下表 面上的接觸孔線路4324連接至下接地電極4341。晶胞塊 4316和接觸孔線路4324通過接觸孔— D而連接。 1057D-l〇l52-pp 43 200945667 表7提供具有分離螺旋的小1晶胞2層MTM天線結構的元 件一覽表。 表7 參數 說明 位置 天線元件 各天線元件包括的晶胞通過發射墊4312 和饋給線4308耦合至CPW饋給4304。 上層 饋給線 矩形長條，連接CPW饋給4304及發射墊 4312。 上層 發射墊 通過在發射墊4312和晶胞塊4316之間的 耦合間隙4328，連接晶胞塊4316至CPW 饋給4304。 上層 螺旋 上螺旋 附加至發射墊4312的 螺旋線的第1部分 上層 下螺旋 螺旋線的第2部分， 位於下層並通過接觸 孔2(4320-2)連接至 上螺旋4352-1 下層 接觸孔2 圓柱形，連接上、下 螺旋 4352-1 及 4352-2 晶胞 晶胞塊 矩形 上層 接觸孔線路 通過接觸孔 1(4320-1)連接晶胞 塊4316至下接地電極 4343的線路。 下層 接觸孔1 圓柱形’連接晶胞塊 4316及接觸孔線路 4324。 選擇具有分離螺旋的小1晶胞2層ΜΤΜ天線中的元件 尺寸，以產生CDMA單一頻帶共振。在一示範實施中，設 計參數的範例提供如下。基板為寬42 mm、長100 mm及厚 1057D-10152-PF 44 200945667 η lmm。材料為具有介電身常數4. 4的FR4。發射墊4312和 晶胞塊4316之間的間隙為〇. 2mm。晶胞塊4316的尺寸為 長15.45mm、寬4mm。接觸孔線路為長46 2顏、寬^^咖。 螺旋線具有總長83mm，結合上、下螺旋4352-1和4352-2， 且寬度0.3mm。天線區域為8mmx22mm。 此MTM天線的製造樣品的測量回送損耗顯示於第44 圖，也明CDMA單一頻帶（824-894MHz)被此MTM天線覆蓋 良好。測量效率繪於第45圖，顯示此頻帶中高峰效率接 ® 近40%。相對低的效率是尺寸效率交換的結果。 在刖述天線結構中，在發射墊和晶胞塊之間的耦合間 隙形成在發射墊的平直邊緣部分和晶胞塊的排列平直邊 緣部分之間的細直或直角的間隙。在一些應用中，間隙可 月疋例如4-8 mil。發射墊和晶胞塊的配置所決定的耦合 幾何’可以設計成具有更複雜的幾何。例如，發射墊可以 形成完全包圍晶胞塊’反之亦然。前章節提出的分析仍然 ❹ 適用這幾何，因為串聯LH電容CL同樣在發射墊和晶胞塊 之間感應，但在間隙幾何上具有更複雜的附屬物。 第46(a)-46(d)圖顯示MTM天線結構的範例，其中發 射墊完全被晶胞塊包圍’分別顯示3維圖、侧視圖、上層 上視圖及下層上視圖。下金屬層中的晶胞塊4616形成包 括開口區’其中形成發射墊4612並被晶胞塊4616完全包 圍。此MTM天線結構的特色為3維電源饋給結構，包括由 接觸孔連接的兩長條：一長條在上金屬化層（饋給線4608) 中’另一長條在下金屬化層（發射墊4612)中，以及接觸 1057D-10152-PF 45 200945667 孔1(4620-1)連接這兩長條，接觸孔線路4624在上金屬化 層中形成並連接上接地電極464〇及接觸孔2(462〇-2)的 上部’接觸孔2(4620-2)更連接至下金屬化層中的晶胞塊 4616 〇 上接地電極4640形成於下接地電極4641的上方，因 此CPW饋給4604可以在上接地電極464〇中形成。因此， 如前述範例，CPW接地在本MTM天線結構中由上、下接地 電極4640及4641形成。或是，天線可以由不需要在不同 ® 層上的接地面、探測路徑或電纜連接器的CPW饋給饋給。 CPW饋給4604連接至績給線4608，績給線4608更連接至 發射塾4612，以通過晶胞塊461 6圍繞的耦合間隙4628， 對晶胞塊4616送出或接收信號。此MTM天線結構不同於 槽形天線，因為饋給結構及晶胞塊以間隙完全分離，提供 電容耦合CL。 可能的設計變化是在下金屬化層中具有接觸孔線，直 ❿ 接連接晶胞塊4616與下接地電極4641。另一變化是在第 3金屬化層具有接觸孔線路和另一接地電極，並具有接觸 孔，連接下金屬化層中的晶胞塊4616及第3金屬化層中 的接觸孔線路。第3金屬化層可以在堆疊在原基板4632 下方的第2基板的下表面上形成，因而提供多層結構。下 接地電極4641’在下金屬化層中’可以移至第3金屬化 層’而非在第3金屬化層中形成另一接地電極。上、下金 屬化層以及具上述變化的附加的第3金屬層在顯示於第 46(a)-46(d)圖的MTM天線結構中可互換。 1057D-10152-PF 46 200945667 表8提供第46(a)-46(d)圖所示具有晶胞塊圍繞發射 墊的MTM天線結構的元件一覽表。 表8 參數 說明 位置 天線元件 包括的晶胞通過饋給線4608、接觸孔1(4620-1) 及發射墊4612耦合至CPW饋給4604。 上層&下層 饋給線 通過接觸孔1(4620-1)連接CPW饋給4604與發 射墊4612。 上層 發射墊 連接至饋給線4608，並通過耦合間隙4628以耦 合送出電源至晶胞塊4616。 下層 接觸孔1 圓柱形，連接饋給潑 14608舆發射墊4612。 晶胞 晶胞塊 大體上矩形，内部具有開 口，其中發射墊4612形成 並被晶胞塊4616圍繞。 下層 接觸孔2 圓柱形，連接晶胞塊4616 與接觸孔線路4624。 接觸孔線路 細軌跡，連接接觸孔 2(4620-2)，然後晶胞鬼 4616,至上接地電極4640。 上層 選擇如第46(a)-46(d)圖所示具有晶胞塊圍繞發射墊 的MTM天線結構中的元件尺寸，以在低頻約800MHz、高頻 約2GHz產生頻率共振，提供覆蓋行動電話應用中使用的 兩頻帶的功能。在一示範實施中的設計參數的範例提供如 下。基板尺寸為66. 5mm寬、100mm長及1mm厚。材料為具 有介電質常數4.4的FR4。天線部分的全部高度離上接地 電極4640的邊緣為7. 8 mm，且全長為35. 65 mm。饋給線4608 長度為6. lmm及寬度為0.5mm，以及發射墊4612的長度為 13.5111111及寬度為0.5_。搞合間隙4628的寬度約1.5111111。 1057D-10152-PF 47 200945667 « 晶胞塊4616大體上為矩形，長度35.65 mm和寬度6.15 mm， 具有内部開口以容納發射墊4612。接觸孔線路4624總長 29.77mm’寬0.3mm。各接觸孔墊具有lmmxlmm的方形尺 寸。製造樣品的相片顯示於第47(a)和47(b)圖，分別顯 示上層上視圖和下層下視圖。 在第48圖中顯示的測量回送損耗中可以看出兩頻 帶。第1共振以約834MHz為中心，在-6 dB回送損耗具有 36 MHz的頻寬。這是LH模式共振，主要由晶胞塊（促成LR) ® 的配置和形狀以及對應的接觸孔和接觸孔線路結構（促成 LL和Lp)、接觸孔線路和晶胞塊（促成CR)之間的間隙、以 及晶胞塊和鎖給線加發射墊結構之間的間隙控制。注意晶 胞塊和饋給線加發射墊結構之間的耦合在本情況下由兩 來源產生：（i)在上層的饋給線4608和下層的晶胞塊4616 之間的垂直間隙；以及（i i)在發射墊4 612和晶胞塊 4616(促成LR)之間的水平、圍住間隙。垂直耦合比來自水 _ 平、圍住間隙的耦合弱得多，因為此範例中·饋給線和晶胞 塊之間的覆蓋很小。例如耦合間隙的寬度，〜丨.5min，對 天線性能是關鍵性的。第2共振以約2, 05GHz為中心，在 -6dB回送損耗具有188MHz的頻寬。此共振是RJJ模式（單 極子模式）’主要由饋給線加發射墊結構的物理長度、還 有相對電氣長度控制’相對電氣長度由晶胞塊4616的長 度決定’當發射墊4612通過間隙4628耦合至晶胞塊4616 時’晶胞塊4616的長度加上物理長度。此範例中，兩主 要頻帶，可以定義在〜8〇〇MHZ的”低，，頻帶和在〜2GHz 1057D-10152-PF 48 200945667 的”高’’頻帶，使MTM天線適合行動電話應^。測量效率 繪於第49圖，顯示兩頻帶中的好效率。 第50(a)-50(d)圖顯示根據MTM天線結構的兩天線陣 列，具有被晶胞塊圍繞的發射墊，分別顯示3維圖、側視、 上層上視圖及下層上視圖。第5〇(a)5〇(d)圖顯示使用 FR-4基板製造的樣品相片，分別顯示上層上視及下層下視 圖。各天線，天線1或天線2，在此陣列中具有與第 46(a)-46(d)圖所示的先前範例相同的基礎結構。以下的 ® 說明提供給天線1，而相同的說明藉由改變參數則適用於 天線2。電源以CPW饋給線1 (5〇〇4-1)傳送，cpw饋給線1 在上接地電極5040中形成並作用為匹配元件以傳送能量 給上金屬化層中的饋給線1 (5 〇 〇 8 _ 1)。此範例中，下接地 電極5041直接形成於上接地電極5040下方。接觸孔 1(5020-1)連接饋給線1(5〇〇8-1)至下金屬化層中的發射 墊1(5012-1)。發射墊1(5012-1)被下金屬化層中形成的 ©晶胞塊1(5016-1)圍繞。晶胞塊Ksom)經由接觸孔 2(5020-2)連接至上接地電極5040，接觸孔2(5020-2)連 接至上金屬化層中形成的接觸孔線路K5024-1)。 根據第50(a)-50(d)圖所示具有晶胞塊圍繞發射墊的 MTM天線結構的兩天線陣列中’選擇元件的尺寸以在低頻 約2GHz及高頻約4-6GHz產生頻率共振，提供覆蓋 頻帶的功能。一示範實施例中的設計參數的範例提供如 下。PCB的尺寸為47mm寬、43mm長及1mm寬。材料為具 有介電質常數4.4的FR4。各天線的總高度離上接地電極 1057D-10152-PF 49 200945667 « ♦ 50在0的邊緣10. 5mm ’總長為12_ 4mm。饋給線1 (5008-1 ) 長4mm、寬0. 5πππ，而發射墊1 (5012-1)具有長5. 5mm及寬 0. 5mm。耦合間隙1 (5028-1 )的寬度在發射墊ι(5〇12-1)和 晶胞塊1(5016-1)之間從〇. 4mm變化到〇. 8mm。晶胞塊 1(5016-1)大體上為矩形’長12.4mm、寬8.9mm，具有内 部開口以容納發射墊1(5012-1)。接觸孔線路1(5〇24-1) 總長9mm，並具有寬〇. 3mm。各接觸孔墊具有lmmx〇. 7mm 的矩形尺寸。 在此兩天線陣列中各天線具有 ❹
圖中的測量回送損耗所示。圖中回送損耗1(sn)和回送損 耗2(S22)，分別代表兩天線陣列中天線i的回送損耗和天 線2的回送損耗。第1共振以2GHz為中心，在_6仙回送 損耗具有300MHz的頻寬。這是LH模式共振。第2共振在 -6dB回送損耗覆蓋約4到6GMHz。這是RH(單極子）模式共 振。在此情況中，可以定義兩主頻帶，〜2GHz，，低，，頻帶 和[_，’高”頻帶’使天線結構適合應用。 兩天線（S12)間的測量耦合也繪於第52圖。當S12耦 合少於-10dB時，此隔離定義為，，佳，，。此範例;可以看 出兩天線間顯著的耦合出現在約2GHz。 結合兩天線陣列中各天線的測量效率描緣於第53 圖’其中效率1和效率9八, 干和效羊2分別指天線j和天線2的效率。 當另一天線從電路板移除時， A1、 了罘b4圖顯不早一天線G列如 天線I)的測量效率。兩天線間交互作用引 在此情況中不出現。因此， 。知耗， 、力2GHz頻帶的效率，比第53
1057D-10152-PF 50 200945667 圖所示的兩天線陣列中的各天線效率，顯著增加。 耦合間隙可以以發射墊圍繞晶胞塊而形成，而非如上 述範例以晶胞塊圍繞發射墊。第55(a)_55(d)圖顯示根據 如此的MTM結構的兩天線陣列，顯示3維圖、側視圖、上 層上視圖及下層上視圖。使用FR-4基板製造的樣品相片 顯示於第56(a)和56(b)圖，分別顯示上層上視圖及下層 下視圖。 如第55(a)-55(d)圖所示’各發射墊形成具有内部開 ® 口，及各天線，天線1或天線2，在這兩天線陣列中具有 位於各發射墊的開口内部的晶胞塊，並在下金屬化層中由 發射塾圍繞。以下的說明提供給天線1，而相同的說明藉 由改變參數則適用於天線2。電源以CPW饋給線1 ( 5504-1) 傳送’ CPW饋給線1作為匹配元件以傳送能量給上金屬化 層中的饋給線1 (5508-1 )。接觸孔K5520-D連接饋給線 1(5508-1)至下金屬化層中的發射墊κ5512 — u。晶胞塊 ⑩ Κ5516 — !)被發射墊1(5512-1)圍繞，發射墊1(5512-1) 以提供電容耦合（CL)的耦合間隙1 (5528-1 )與晶胞塊 1(5516-1)分離。然後’晶胞塊1(55^)通過接觸孔 2(5520-2)連接至上金屬化層中的接觸孔線路 1(5524-1)，其中接觸孔線路1(5524-1)連接至上接地電極 5540。 上接地電極5540在下接地電極5541的上方形成，所 以CPW饋給1(5504-1)可以在上接地電極5540中形成。因 此’如同前述範例，CPW接地在本ΜΤΜ天線結構中由上、 1057D-10152-PF 51 200945667 下接地電極5β5 40和5541形成。或者’天線可以由不需要 在不同層上的接地面、探測塊或電纜連接器的CPW饋給饋 給。 可能的設計變化為第3金屬化層中具有接觸孔線路和 其他接地電極，以及具有連接下金屬化層中的晶胞塊和第 3金屬化層中的接觸孔線路的接觸孔。第3金屬化層可以 在第2基板的下表面上形成，第2基板堆疊在原基板5532 的下方，因而提供多層結構。下接地電極5541，在下金屬 ® 化層中’可以移至第3金屬化層，而非在第3金屬化層中 形成另一接地電極。第55(a)-55(d)圖所示的ΜΤΜ天線結 構中上、下金屬化層以及具上述變化的附加的第3金屬化 層可互換，。 根據第55(a)-55(d)圖所示具有發射墊圍繞晶胞塊的 MTM天線結構，選擇兩天線陣列中的元件尺寸，用以產生 頻率共振來覆蓋非常寬的頻帶。設計參數的範例在一示範 〇 實施中提供如下。基板的尺寸為47mm寬、43mm長及imm 寬。材料為介質常數4. 4的FR4。各天線的總高度離上接 地電極5540的邊緣12mm，全長11· 4mm。饋給線1(5508-1) 長4mra及寬〇.5mm，發射墊1(5512-1)形成的方形迴路具 有外尺寸llmmxl lmm及約1. 9mm的迴路寬度。方形迴路圍 繞晶胞塊1(5516-1)。晶胞塊1(5516-1)大體上具有矩 形，具有長4mm及寬6. 5mm。接觸孔線路1(55240總長 12.51〇，並具有0.3龍的寬度。各接觸孔墊具有1111111)<〇.7随 的矩形尺寸。 1057D-10152-PF 52 200945667 * 根據第55(a)-55(d)圖所示具有發射墊圍繞晶胞塊的 MTM天線，兩天線陣列的測量回送損耗描繪於第57圖。回 送損耗i(sii)和回送損耗2(S22)在此圖中分別代表兩天 線陣列中天線1的回送損耗和天線2的回送損耗。此m 天線結構提供產生互相接近的輻射模式，合併^和肋模 式以利於覆蓋範圍從2. 1到4. 7GHz的非常寬的頻帶。如 果需要個別覆蓋分開的頻帶而非寬的連續頻帶，這兩模式 可以調整和分開。測量耦合也顯示於第57圖，顯示此非 常寬的頻帶中兩天線間的適當隔離。結合兩天線陣列中各 天線的測量效率，描繪於第58圖，在非常寬的頻帶上顯 示好的效率。 在上述MTM天線範例中’發射塾和晶胞塊之間電容轉 合的耦合幾何以平面方式實施，其中發射墊和晶胞塊位於 同一金屬化層上，因此兩者間的耦合間隙在同一平面上形 成。不過，耦合間隙可以垂直形成，即發射墊和晶胞塊可 @ 以位於兩不同層上，因而之間形成垂直、非平面耦合間隙。 不同層的晶胞塊和發射墊之間具有垂直耦合的3層 MTM天線的範例顯示於第”（“—“（。圖，分別顯示3維 圖、上層上視圖、中層上視圖、下層上視圖、上中層覆蓋 的上視圖及侧視圖。如第59(f)圖所示’ 3層MTM結構具 有互相堆疊的上基板5932及下基板5933，以提供3金屬 化層：上基板5932的上表面上的上層、兩基板5932和5933 之間的中層、及下基板5933的下表面上的下層。在一實 施中’中層在上層的3〇mi 1 (〇· 7mm)下方，下層在上層的 1057D-10152-PF 53 200945667 1 mm下方。這樣保持總厚度的imm，與兩層結構相同。 上層包括連接CPW饋給5920至發射墊5904的饋給線 5916。CPW饋給5920可以在具有上接地電極5924和下接 地電極5925的CPW結構中形成。饋給線5916和發射墊 5904 τι別具有尺寸6. 7mmx〇· 3随和18mmx0. 5mm的矩形。 中層包括L形晶胞塊4808，L形晶胞塊4808在一實施中 可以具有尺寸6.477mmxl8.4mm的部分及尺寸6.0mmx ❹ 6· 9mm的另一部分。垂直耦合間隙5952在上層的發射墊 5904和中層的晶胞塊5908之間形成。接觸孔5940在下基 板中形成’用以耦合中層的晶胞塊59〇8至下層的接觸孔 線路5912。從第59(d)圖可看出，下層的接觸孔線路5912 以兩轉彎短路至下接地電層5925。 可能的設計變化係上層的接觸孔線路連接至上接地 電極5924’以及接觸孔連接中層的晶胞塊和上層的接觸孔 線路。另一變化係中層的接觸孔線路直接連接晶胞塊59〇8 Q 至中層中形成的另一接地電極。這些變化中可以刪除下層 (第3)層和下層基板。此範例中，上、中和下金屬化層在 3層MTM天線結構中可互換。 如上所述選擇第59(a)-59(f)圖中所示具有垂直耦合 的3層MTM天線的設計參數，以產生可以支援4頻行動電 話應用的頻率共振天線的模擬回送損耗繪於第6〇(a) 圖’其中顯示在-6dB回送損耗的兩頻帶：〇. 925-0. 99GHz 的低頻和1.48-2. 36GHz高頻，提供覆蓋4頻的功能。 具有垂直耦合的此MTM天線的模擬輸入阻抗繪於第 1057D-10152-PF 54 200945667 60(b)圖。一般，完美的50Ω匹配相當於操作頻帶内實數 (Zin) = 50Q和虛數（Zin) = 0，意味著CPW饋給和天線之間 能量充分傳送。第60(b)圖顯示在低頻（LH模式）中接近 950MHz以及在高頻（RH模式中）中接近i.SGHz產生充分的 匹配。 各種實際的實施可能造成在天線結構中需要某程度 的軌跡路線的空間限制。MTM天線可以使用總集電路元件 例如電容器或電感器來壓縮以增加包含在MTM結構内的電 ® 感及電容。第61(a)— 61(c)圖所示具有導電曲折線路的mtm 天線結構用作基礎結構’以求出附加總集電路元件引起的 效果。此MTM天線結構相似於第40(a)-40(b)圖所示具有 曲折線路的縮小尺寸的1晶胞2層MTM結構，除了曲折線 路對於饋給線位於晶胞塊的另一侧。為了簡化不在這此圖 中顯示接地電極和CPW饋給。特別地，在此結構中，鎖給 線6108在上金屬層中形成，並連接至發射墊6112以通過 ❹輕合間隙612 8對晶胞塊6116送出信號或接收信號。接觸 孔6120連接晶胞塊6116和接觸孔線路6124，接觸孔線路 6124形成於下金屬化層中並連接至下接地電極。曲折線路 6152附加至饋給線6108。 在第62(a)-62(b)圖所示的MTM天線結構中，發射塾 6112和晶胞塊6216之間的電容使用總集電容器6210加 強。第61(b)圖所示的基部結構中耦合間隙6128寬度的择 加係藉由從第61(b)圖中的晶胞塊6116的尺寸到第62(a：) 圖中的晶胞塊6216的尺寸降低晶胞塊的寬度，且降低的 1057D-10152-PF 55 200945667 電容以附加總集電容器6210補償，代替增加間隙的寬度， 間隙的長度可以降低且降低的電容可以以附加總集電容 器補償。 第63(a)和63(b)圖中所示的MTM天線結構中，钟集 電感器6310附加至接觸孔線路軌跡。第61(c)圖中的接觸 孔線路6124的長度降低至第63(b)圖所示的接觸孔線路 6324的長度，且由於縮短的接觸孔線路6324而降低的電 感以附加的總集電感器6310補償。 第64(a)和64(b)圖中所示的MTM天線結構中，總集 電感器6310附加至接觸孔線路軌跡，且總集電容器 附加至耦合間隙。在上述範例中，接觸孔線路縮短且間隙 寬度變寬。 第65(a)和65(d)圖顯示對於一些MTM結構的模擬回 送損耗結果。第65(3)圖顯示不具有第61(a)_61(c)圖中 所示的總集元件的基本MTM結構的模擬回送損耗。第65(b) _ 圖顯示具有第62(a)-62(b)圖中的總集電容器器6210和 降低寬度的晶胞塊6216的MTM結構的模擬回送損耗。第 65(C)圖顯不具有第63(a)-63(b)圖中的總集電感器6310 和縮短的接觸孔線路6324的MTM結構的模擬回送損耗。 第65(d)圖顯示具有分別在第64(a)_64(b)圖中降低寬度 的晶胞塊和縮短的接觸孔線路的總集電容器6210和總集 電感器6310兩者的MTM結構的模擬回送損耗。四種情況 得到品質上相似的結果。
總集疋件可以附加至MTM天線結構的不同部分，以達 1057D-10152-PF 56 200945667 到-定程度想要的效果。例如，電感 路’可以縮短曲折線路的長度。在此：附加至曲折線 曲折線路而降低的電感，以 /於縮短的 同的天線性能=由於總集元件不韓償’而維持相 的位置’以盡量減少對天線輻射效率的置於以射 在曲折線路的起點或終點附加電感器 列如’經由 、 可以得到相同的丘 ❹ 振至不過’在曲折料料㈣加電^會顯著降低輕射 效率，因為曲折線路的終點有最高的輻射。應注 合這些總集元件負載技術以達到進一步的微型化”。' 和 雖然此規格包含許多細節，這些不應看作對可能申請 的發明範圍的限制’而是特別對本發明的特定實施例的特 徵說的實施例的上下文詳述中說明的某些特徵， 也可以在單一實施例中組合實施。相反地，在單一實施例 的上下文中說明的各種特徵，也可以在複合的實施例中^ 開或以適當的次組合實施。又，雖然以上可能說明特徵在 某些組合中起作用，甚至最初如此申請專利範圍，在一歧 實例中可以從申請專利範圍的組合中運用—或更多的特 徵，申請專利範圍組合可以針對次組合或種種的次組合。 只揭露一些實施。不過’可以作變化和增加是能理解 的。 【圖式簡單說明】
[第1圖]顯示根據4單位晶胞的1維CRLH MTM TL 的範例。 1057D-10152-PF 57 200945667 [第2圖]顯示第1圖所示的1維CRLH JTM TL的等效 電路。 [第3圖]顯示第1圖所示的1維CRLH MTM TL的另— 等效電路圖。 [第4A圖]顯示第2圖所示的1維CRLH MTM TL等效 電路的兩埠網路矩陣圖。 [第4B圖]顯示第3圖所示的1維CRLH MTM TL等效 電路的兩埠網路矩陣圖。 ® [第5圖]顯示根據4單位晶胞的卜維CRLHMT天線的 範例。 [第6A圖]顯示類似第4A圖所示的TL例的1維CRLH 天線等效電路的兩槔網路矩陣圖。 [第6B圖]顯示類似第4B圖所示的TL例的1維CRLH 天線等效電路的另一兩埠網路矩陣圖。 [第7 A圖]顯示平衡例的發散曲線範例。 [第7B圖]顯示不平衡例的發散曲線範例。 0 [第8圖]顯示根據4單位晶胞，具有截短接地的i維 CRLH MTM TL 範例。 [第9圖]顯示具有第8圖所示的截短接地的1維crlh MTM TL的等效電路。 [第10圖]顯示根據4單位晶胞，具有截短接地的】 維CRLH MTM天線範例。 [第11圖]顯示根據4單位晶胞，具有截短接地的】 維CRLH MTM TL的另一範例。 1057D-10152-PF 58 200945667 a [第12圖]顯示具有第11圖所示的截短接地的1維 CRLH MTM TL的等效電路。
[第13(a)-13(d)圖]顯示具有接觸孔的i晶胞2層MTM 天線結構範例，分別顯示3維圖、側視圖、上層上視圖及 下層上視圖。 [第14(a)圖]顯不第13(a)_13(c)圖所示的天線 結構的模擬回送損耗。 [第14(b)圖]顯示第13(a)_13(c)圖所示的ΜΤΜ天線 © 結構的模擬輸入阻抗。 [第15(a)-15(b)圖]對於低頻和高頻，分別顯示第 13(a)-13(c)圖所示的们]^天線結構的測量效率。 [第16(a)-16(c)圖]顯示具有接觸孔及接觸孔線路延 伸的2晶胞2層MTM天線結構範例，分別顯示3維圖、上 層上視圖及下層上視圖。 [第17(a)圖]顯示第16(a)-16(c)圖所示的MTM結構 的模擬回送損耗。 ❹ [第17(b)圖]顯示第i6(a)_16(c)圖所示的MTM天線 結構的模擬輸入阻抗。 [第18(a)-18(f)圖]顯示具有升高的天線部分的第 16(a)-16(c)圖所示具有接觸孔及接觸孔線路延伸的2晶 胞2層MTM天線結構範例，分別顯示3維圖、侧視圖、升 高的基板的上層上視圖、升高的基板的下層上視圖、主基 板的上層上視圖、主基板的下層上視圖。 [第19(a)圖]對於不同的3個高度h = 2mm(毫米）、4mm 1057D-10152-PF 59 200945667 及5mm，顯示第18(a)~l8(f)圖所示的MTM天線結構的模 擬回送損耗。 [第19(b)圖]對於不同的3個高度h=2 mm (毫米）、4mm 及5Inm，顯示第18(a)~l8(f)圖所示的MTM天線結構的模 擬輸入阻抗。 [第20(a)圖]顯示第16(a)_16(c)圖所示的MTJtf天線 結構（平面版）的製造樣品照片。 [第2〇(b)圖]顯示第18(a)-18(f)圖所示的MTM天線 ® 結構（3維版）的製造樣品照片。 [第21圖]對於裸板、關蓋及開蓋配置，顯示第 16(a)-16(c)圖所示的MTM天線結構（平面版）的測量回送 損耗。 [第22圖]對於裸板、關蓋及開蓋配置，顯示第 18(a)-18(f)圖所示的MTM天線結構（3維版）的測量回送 損耗。 ❹ [第23(a)-23(c)圖]顯示具有低頻天線和高頻 MTM天線的兩天線陣列的範例，分別顯示3維圖、上層上 視圖及下層上視圖。 [第24圖]顯示第23(a)_23(c)圖所示的兩天線陣列 的測量=送損耗和轉合，#中回送損耗i指低頻MTM天線 的回送相耗，回送損耗2指高頻MTM天線的回送損耗。 [第25(a)-25(b)圖]對於低頻和高頻分別顯示第 23(a) 23(c)圖所不的兩天線陣列的測量效率。 [第26 @ ]顯示具有低頻MTM天線和高頻MTM天線的
1057D-10152-PF 60 200945667 _ » 縮小尺寸的雨天線陣列的製造樣品照片，係上層上視圖。 [第27(a)圖]顯示第26圖所示的縮小尺寸的兩天線 陣列的回送損耗，其中Si 1指低頻MTM天線的回送損耗， S22指高頻MTM天線的回送損耗。 [第27(b)圖]顯示第26圖所示的縮小尺寸的兩天線 陣列的測量耦合。 [第28圖]對於低頻和高頻顯示第26圖所示的縮小尺 寸的兩天線陣列的測量效率。 © [第29(a)-29(c)圖]顯示具有3 MTM天線，天線1、 天線2和天線3的接收多樣性天線陣列的範例，分別顯示 3維圖、上層上視圖及下層上視圖。 [第30圖]顯示第29(a)-29(c)圖所示具有3MTM天線 的接收多樣性天線陣列的測量回送損耗，其中SI 1、S1 2 和S13分別指天線1、天線2和天線3的回送損耗。 [第31(a)-31(c)圖]顯示具有1接觸孔的2晶胞2層 2螺旋MTM天線結構的範例，分別顯示3維圖、上層上視 圖及下層上視圖。 [第32(8)圖]顯示第31(8)-31((：)圖所示的1〇!|1天線 結構的模擬回送損耗。 [第32(b)圖]顯示第31(a)-31(c)圖所示的MTM天線 結構的模擬輸入阻抗。 [第33圖]顯示第31(a)-31(c)圖所示的MTM天線結構 的模擬測量回送損耗。 [第34圖]顯示第31 (a)_31(c)圖所示的MTM天線結構 1057D-10152-PF 61 200945667 的測量效率。 [第35(a)-35(d)圖]顯示具有2接觸孔的2晶胞2層 2螺旋MTM天線結構的範例，分別顯示3維圖、侧視圖、 上層上視圖及下層上視圖。 [第36(a)-36(d)圖]顯示具有有連接接觸孔的晶胞塊 延伸及曲折延伸的半單層MTM天線結構範例，分別顯示3 維圖、側視圖、上層上視圖及下層上視圖。 [第37(&)圖]顯示第36(3)-36((1)圖所示的*^111天線 ® 結構的模擬回送損耗。 [第37(b)圖]顯示第36(a)-36(d)圖所示的MTM天線 結構的模擬輸入阻抗。 [第38圖]顯示第36(a)-36(d)圖所示的MTM天線結構 的測量回送損耗。 [第39(a)-39(b)圖]對於低頻和高頻分別顯示第 39(a)-39(b)圖所示的MTM天線結構的測量效率。 ❹ [第40(a)-40(b)圖]顯示具有與晶胞塊同一側的曲折 線路的縮小尺寸的1晶胞2層MTM天線結構的製造樣品照 片，分別顯示上層上視圖及下層下視圖。 [第41圖]顯示第40(a)-40(b)圖所示的MTM天線結構 的測量回送損耗。 [第42圖]顯示第40(a)-40(b)圖所示的MTM天線結構 的測量效率。 [第43(a)-43(c)圖]顯示具有分離螺旋的小1晶胞2 層MTM天線結構的範例，分別顯示3維圖、上層上視圖及 1057D-10152-PF 62 200945667 下層上視圖。 < [第44圖]顯示第43(a)-43(c)圖所示的ΜΤΜ天線結構 的測量回送損耗。 [第45圖]顯示第43(a)-43(c)圖所示的ΜΤΜ天線結構 的測量效率。 [第46(a)-46(d)圖]顯不具有以晶胞塊圍繞的發射塾 的MTM天線結構的範例，分別顯示3維圖、侧視圖、上層 上視圖及下層上視圖。 [第47(a)-47(b)圖]顯示第46(a)-46(d)圖所示的 MTM天線結構的製造樣品照片，分別顯示上層上視圖及下 層上視圖。 [第48圖]顯示第46(a)-4 6(d)圖所示的MTM天線結構 的測量回送損耗。 [第49圖]顯示第46(a)-46(d)圖所示的MTM天線結構 的測量效率。 [第50(a)-50(d)圖]顯示具有第46(a)_46(d)圖所示 的各MTM天線的兩天線陣列範例，分別顯示3維圖、侧視 圖、上層上視圖及下層上視圖。 [第51(a)-5l(b)圖]顯示第50(a)_5〇(d)圖所示的兩 天線陣列的製造樣品照片分別顯示上層上視圖及下層下 視圖。
[第52圖]顯示第50(a)-50(d)圖所示的兩天線陣列 的測置回送損耗和輕合’其中回送損耗1指天線1的回送 損耗，回送損耗2指天線2的回送損耗。 1057D-10152-PF 63 200945667 [第53圖]顯示第50(a)-50(d)圖所示的兩天線陣列 的測量效率’其中效率1指天線1的效率，效率2指天線 2的效率。 [第54圖]當第50(a)-50(d)圖所示的兩天線陣列中 移除一天線時，顯示天線中的另一天線的測量效率，。 [第55(a)-55(d)圖]顯示具有以發射墊圍繞晶胞塊的 各MTM天線的兩天線陣列的範例，分別顯示3維圖、侧視 圖、上層上視圖及下層上視圖。 ❹ [第56(a)-56(b)圖]顯示第55(a)-55(d)圖所示的兩 天線陣列的製造樣品照片，分別顯示上層上視圖及下層下 視圖。 [第57圖]顯示第55(a)-55(d)圖所示的兩天線陣列 的測量回送損耗和耦合，其中回送損耗1指天線1的回送 損耗’回送損耗2指天線2的回送損耗。 [第58圖]顯示第55(a)-55(d)圖所示的兩天線陣列 ❹ 的測量效率，其中效率1指天線1的效率，效率2指天線 2的效率。 [第59(a)-59(f)圖]顯示具有垂直耦合的3層mtm天 線結構’分別顯示3維囷、上層上視圖、中層上視圖、下 層上視圖、上中層覆蓋的上視及側視圖。 [第60(a)圖]顯示第59(a)-59(f)圖所示的MTM天線 結構的模擬回送損耗。 [第60(b)圖]顯示第59(a)-59(f)圖所示的MTM天線 結構的模擬輸入阻抗。 1057D-10152-PF 64 200945667 [第61(a)-61(c)圖]顯示在昜胞塊的另一側具有曲折 線路的1晶胞2層MTM天線結構範例，分別顯示3維圖、 上層上視圖及下層上視圖。 [第62(a)-62(b)圖]顯示具有總集的電容器和縮小寬 度的晶胞塊的第61(a)-6l(c)圖所示的MTM天線結構，分 別顯示上層上視及下層上視圖。 [第63(a)-63(b)圖]顯示具有總集的電感器和縮短的 接觸孔線路的第61 (a)-61(c)圖所示的MTM天線結構，分 ❹ 別顯示上層上視圖及下層上視圖。 [第64(a)-64(b)圖]顯示具有總集的電容器和縮小寬 度的晶胞塊以及總集的電感器和縮短的接觸孔線路的第 61(a)-61(c)圖所示的MTM天線結構，分別顯示上層上視 圖及下層上視圖。 [第65(a)-65(d)圖]分別顯示第61(a)-61(c)所示的 MTM天線結構、第62(a)及62(b)圖所示具有總集的電容器 的MTM天線結構、第63(a)及63(b)圖所示具有總集的電 感器的MTM天線結構、以及第64 (a)及64(b)圖所示具有 總集的電容器和總集的電感器的MTM天線結構的模擬回送 損耗。 【主要元件符號說明】 h〜高度； ε〜電容率； //〜磁導率； 1057D-10152-PF 65 200945667 CL〜串聯電容； CR〜分流電容； D1〜接觸孔1下端離上接地電極邊緣的距離； D2〜接觸孔3下端離下接地電極邊緣的距離； LL〜分流電感； SI 1〜低頻MTM天線的回送損耗； S22〜高頻MTM天線的回送損耗； TL〜MTM傳輸線； 〇 1304〜CPW(共面波前）饋給； 1304〜發射墊； 1308〜饋給線； 1312〜發射墊； 1316〜晶胞塊； 1 320〜接觸孔； 1324〜接觸孔線路； 1 3 2 8〜耦合間隙； w 1332〜PCB 孔； 1 336〜PCB(印刷電路板）元件； 1340〜上接地電極； 1341〜下接地電極； 1344〜基板； 1348〜接觸孔墊； 1604〜CPW饋給； 1 608〜饋給線； 1057D-10152-PF 66 200945667 1612〜發射墊； 1616-1和161 6-2〜晶胞塊1和 1620〜接觸孔； 1624〜接觸孔線路； 1 628-1、1628-2〜耦合間隙； 1 632〜PCB 孔； 1 636〜PCB元件； 1640〜上接地電極； 〇 1641〜下接地電極； 1648〜接觸孔線路延伸； 1 652〜接觸孔墊； 1801〜介電質間隔片； 1804〜CPW饋給； 1808-1〜饋給線1 ; 1808-2〜饋給線2 ; 1812〜發射墊； V 1816-1〜晶胞塊1 ; 1816-2〜晶胞塊2 ; 1820-1〜接觸孔1 ; 1820-2〜接觸孔2 ; 1820-3〜接觸孔3 ; 1824-1〜接觸孔線路1 ; 1824-2〜接觸孔線路2 ; 1828-1〜耦合間隙1 ; 1057D-10152-PF 67 200945667
1828-2 〜耦合間隙2 ; 1832 〜 PCB 孔； 1836 〜 PCB元件； 1840 〜 上接地電極； 1841 〜 下接地電極； 1848 〜 接觸孔線路延伸； 1850 〜 主基板； 1851 〜 升高的基板； 2304-1 〜CPW饋給1 ; 2304-2 〜CPW饋給2 ; 2308-1 〜饋給線1 ; 2308-2 〜饋給線2 ; 2312-1 〜發射墊1 ; 2312-2 〜發射墊2 ; 2316-1 〜晶胞塊1 ; 2316-2 〜晶胞塊2 ; 2320-1 〜接觸孔1 ; 2320-2 〜接觸孔2 ; 2321-1 〜接觸孔墊1 ; 2321-2 〜接觸孔墊2 ; 2324-1 〜接觸孔線路1 ; 2324-2 〜接觸孔線路2 ; 2328-1 〜耦合間隙1 ; 2328-2 〜耦合間隙2 ; 1057D-10152-PF 68 200945667 2340〜上接地電極； 2341〜下接地電極； 2904-1、204-2、2904-3 〜CPW 饋給 1、2、3 2908〜饋給線；
2908-1 〜CPW饋給1 ; 2912-1 〜發射墊1 ; 2912-2〜發射墊2 ; 2912-3 〜發射墊3 ; 2916-1 〜晶胞塊1 ; 2916-2 〜晶胞塊2 ; 2916-3 〜晶胞塊3 ; 2920 〜 接觸孔； 2924 〜 接觸孔線路； 2924-1 〜接觸孔線路 2928 〜 耦合間隙； 2928-1 〜耦合間隙1 2940 〜 上接地電極； 2941 〜 下接地電極； 2950 〜 上接地延伸； 2951-1〜下接地延伸1 ; 2951-2〜下接地延伸2 ; 3104〜CPW饋給； 3108〜饋給線； 3112-1〜上發射墊；
1057D-10152-PF 69 200945667 3112-2,下發射墊 3116-1〜上晶胞塊 3116-2〜下晶胞塊 312 0〜接觸孔； 3124〜接觸孔線路 3128-1〜上耦合間 3128-2〜下耦合間 3131-1〜上耦合間 〇 3140〜上接地電極 3141〜下接地電極 3152-1〜上螺旋； 3152-2〜下螺旋； 3504〜CPW饋給； 3508〜饋給線； 3512-1〜上發射墊 3512-2〜下發射墊 W 3516-1〜上晶胞塊 3516-2〜下晶胞塊 3520-1〜接觸孔1 3520-2〜接觸孔2 3524〜接觸孔線路 3528-1〜上耦合間 3528-2〜下耦合間 3541〜上接地電極 1057D-10152-PF 70 200945667 3542〜下接地電極； 3552-1〜上螺旋； 3552-2〜下螺旋； 3604〜發射墊； 3608〜晶胞塊； 3612〜接觸孔線路； 3 61 6〜饋給線； 3620〜CPW饋給； © 3624〜上接地電極； 3625〜下接地電極； 3 6 2 8〜耦合間隙； 3636〜基板； 3640〜曲折連接接觸孔； 3644〜晶胞塊延伸； 3648〜晶胞連接接觸孔； 3652〜曲折線路； 3653〜曲折延伸； 4004〜CPW饋給； 4008〜饋給線； 4012〜發射墊； 4 01 6〜晶胞塊； 4020〜接觸孔； 4024〜接觸孔線路； 4 0 2 8〜耦合間隙； 1057D-10152-PF 71 200945667
4040 〜 上接地電極,.； 4041 〜 下接地電極； 4052 〜 曲折線路； 4304〜CPW饋給； 4308 〜 饋給線； 4312 〜 發射墊； 4316 〜 晶胞塊， 4320-1 〜接觸孔1 ; 4320-2 〜接觸孔2 ; 4324 〜 接觸孔線路； 4328 〜 耦合間隙； 4340 〜 上接地電極； 4341 〜 下接地電極； 4352-1 〜上螺旋； 4352-2 〜下螺旋； 4604〜CPW饋給； 4608〜績給線； 4612 〜 發射墊； 4616 〜 晶胞塊； 4620-1 〜接觸孔1 ; 4620-2 〜接觸孔2 ; 4624 〜 接觸孔線路； 4628 〜 耦合間隙； 4632 〜 基板； 1057D-10152-PF 72 200945667
4 6 4 0 〜 上接地電極； 4641 〜 下接地電極； 48 0 8 〜 L形晶胞塊， 5004-1 〜CPW饋給線1 ; 5004-2 〜CPW饋給線2 ; 5008-1 〜饋給線1 ; 5008-2 〜饋給線2 ; 5012-1 〜發射墊1 ; 5012-2 〜發射塾2 ; 5016-1 〜晶胞塊1 ; 5016-2 〜晶胞塊2 ; 5020-1 〜接觸孔1 ; 5020-2 〜接觸孔2 ; 5020-3 〜接觸孔3 ; 5020-4 〜接觸孔4 ; 5024-1 〜接觸孔線路1 ; 5024-2 〜接觸孔線路2 ; 5028-1 〜耦合間隙1 ; 5028-2 〜耦合間隙2 ; 5032 〜 基板； 5040 〜 上接地電極； 5041 〜 下接地電極； 5504-1 〜CPW饋給1 ; 5504-2 〜CPW饋給2 ;
1057D-10152-PF 73 200945667
5508-1 〜饋給線1 ; 5508-2 〜饋給線2 ; 5512-1 〜發射塾1 ; 5512-2 〜發射墊2 ; 5516-1 〜晶胞塊1 ; 5516-2 〜晶胞塊2 ; 5520-1 〜接觸孔1 ; 5520-2 〜接觸孔2 ; 5520-3 〜接觸孔3 ; 5520-4〜接觸孔4 ; 5524-1 〜接觸孔線路1 ; 5524-2 〜接觸孔線路2 ; 5528-1 〜耦合間隙1 ; 5528-2 〜麵合間隙2 ; 5532 〜 基板； 5540 〜 上接地電極； 5541 〜 下接地電極； 5 9 0 4 〜 發射墊； 5908 〜 晶胞塊， 5912 〜 接觸孔線路； 5916 〜 饋給線； 5920 〜 CPW饋給； 5924 〜 上接地電極； 5925 〜 下接地電極；
1057D-10152-PF 74 200945667
5932 〜 上基板； 5933 〜 下基板； 5940 〜 接觸孔； 5952 〜 垂直耦合間隙； 6108 〜 饋給線； 6112 〜 發射墊； 6116 〜 晶胞塊， 6120 〜 接觸孔； 6124 〜 接觸孔線路； 6128 〜 耦合間隙； 6152 〜 曲折線路； 6210 〜 電容器； 6216 〜 晶胞塊， 6310- 電感器； 6324 〜 接觸孔線路。
1057D-10152-PF 75

Claims (1)

  1. 200945667 十、申請專利範圍： Λ' 1· 一種超材料裝置，包括： 一基板； 複數超材料層’結合基板並圖案钱刻成具有複數導電 元件；以及 電接觸孔开〉成於基板内以連接在一金屬化層内 的導電元件至另_金屬化層的—導電元件； ❹
    其中，上述導電元件和上述導電接觸孔形成一合成右 左手（CRLH)超材料結構。 、、2.M請專利_第1項所述的裝置，其中構成上 述CRLH超材料結構的上述導電元件和上述導電接觸孔以 形成一超材料天線’並配置以產生二或二以上的頻率共 2項所述的裝置，其中二或 二頻率共振夠接近以產生一
    3.如申請專利範圍第 以上的頻率共振中的至少 頻帶。 4·如申請專利範圍第丨項所述的裝置，其中上述 CRLH超材料結構的上述導電元件和上述導電接觸孔配置 —低頻中的—第1頻率共振以及在—高頻中的一 / H"11述第1頻率共振為左手（u)模式頻率共 又以及上述第2頻率共振為右手（RH)模式頻率共振。 5·如申請專利範圍第丨項所述的裝置，其中上 CRLH超材料結構的上述導電元件 守电兀仟和上述導電接觸孔配置 成產生在-低頻中的―第^率共振、在—高頻中的一第 1057D-1〇152-pp 200945667 · 2满率共振、以及―第3頻率共振，上述第3頻率共振大 體上頻率接近上述第丨頻率共振，以與上述上述第1頻率 共振耦合，提供比上述低頻寬的一結合模式共振頻帶。 6. 如申請專利範圍第5項所述的裝置，其中上述第 1頻率共振係一左手（LH)模式頻率共振，上述第2頻率共 振係一右手（RH)模式頻率共振，以及上述第3頻率共振另 一右手（RH)模式頻率共振。 ❹ ❹ 7. 如申請專利範圍第5項所述的裝置，其中上述結 合模式共振頻帶的頻寬約15〇MHz或15〇MHz以上。 8. 如申請專利範圍第6項所述的裝置，其中上述四 模式頻率共振係一單極子模式頻率共振。 9. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中上述 CRLH超材料結構的上述導電元件和上述導電接觸孔配置 成產生—或二以上頻率共振以覆蓋WiFi頻帶。 10. 如申請專利範圍第丨項所述的裝置，其中上述 CRLH超^材料結構的上述導電元件和上述導電接觸孔配置 成產生一或二以上頻率共振以覆蓋對於4頻天線操作的部 为蜂巢式頻帶和PCS/DCS頻帶。 11’如申請專利範圍第丨項所述的裝置，其中上述 _材料結構的上述導電元件和上述導電接觸孔配置 或—以上頻率共振以覆蓋對於5頻天線操作的蜂 巢式頻帶和PCS/DCS頻帶。 〜^請專利範圍帛1項所述的裝置，其中上述 超材料結、 4导電70件和上述導電接觸孔配置 1057D~l〇152-pp 77 200945667 產峰 赤 13—S二以上頻率共振以覆蓋WiMax頻帶。 .如申請專利範圍第1項所述的装置，接 述CRLH超从，， J衣置，其中構成上 材料結構的上述導電元件和上述導 形成一超材钮#π 疋導電接觸孔以 振。 料傳輸線，並配置以產生二或二以上的頻率共 一嫡如申請專利範圍第1項所述的裝置，更包括： 〜集電路元件’耦合至上述導電元件。 ❹ Ο 如申請專利範圍第丨項所述的装 述CRLH超松姐处进 衣置其中構成上 形成複數超*姐“ 2 义导電接觸孔以 蹲材枓天線，並配置以產生二或二以上的頻率共 振。 、 16. 如申請專利範圍帛丨項所述的裝置 CRLH超材料处娃认如Α 六τ工遂 何抖、、、》構的製造尺寸係根據尺寸和效率之間的交 換。 1057D-10152-PF 78 1 7. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中上述基 板具有’f 1表面及與上述第i表面相對的一第2表面； 上述複數金屬化層包括形成於上述第1表面上的一第 1金屬化層以及形成於上述第2表面上的—第2金屬化 層；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： (1) 一接地電極，形成於上述第2金屬化層中； (2) —晶胞塊，形成於上述第丨金屬化層中； (3) —接觸孔線路，形成於上述第2金屬化層中，並 連接上述接地電極以及上述導電接觸孔，上述導電接觸孔 200945667 連接至上述第1金屬化層中的晶胞塊； (4) —饋給線’形成於上述第1金屬化層中；以及 (5) —發射墊’形成於上述饋給線的一末端，並通過 一間隙電磁耦合至上述晶胞塊以對上述晶胞塊送出或接 收一信號。 is.如申請專利範圍第17項所述的裝置，其中配置 上述CRLH超材料結構以產生在一低頻中的一左手（LH)模 @ 式頻率共振以及在一高頻中的一右手（RH)模式頻率共振。 19.如申請專利範圍第is項所述的裝置，其中對於 4頻天線操作，上述低頻包括一部分的蜂巢式頻帶，以及 上述高頻包括一 PCS/DCS頻帶。 2 0.如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中上述基 板具有一第1表面及與上述第丨表面相對的一第2表面； 上述複數金屬化層包括形成於上述第1表面上的一第 1金屬化層以及形成於上述第2表面上的一第2金屬化 層；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極，形成於上述第2金屬化層中； 一第1晶胞塊以及一第2晶胞塊，形成於上述第 1金屬化層中； 一接觸孔線路，形成於上述第2金屬化層中，連 接上述接地電極以及上述導電接觸孔，上述導電接觸孔連 接至上述第1金屬化層中的上述第1晶胞塊； 以及 一饋給線’形成於上述第1金屬化層中； 1057D-10152-PF 79 200945667 I射墊形成於上述鎮給線的-末端並分別通 ^ 、第2間隙電磁耦合至上述第1、2晶胞塊，以對上 述第1和第2晶胞塊送出或接收信號。
    21.如申請專利範圍第2〇項所述的裝置，其中配置 上述CRLH超材料結構以產生在一低頻中手 式_共振、在-高射的-右手⑽）模式頻率 及第2RH模式頻率共振，上述第2RH模式頻率共振主 要由一上述第2晶胞塊的配置控制，且大體上頻率接近上述 U模式頻率共振，以與上述LH模式頻率共振耦合，提供 比上述低頻更寬的一結合模式共振頻帶。 ’、 22.如申請專利範圍第21項所述的裝置，其中對於 4頻天線操作’上述結合模式共振頻帶包括一蜂巢式頻 帶，以及上述高頻包括一 PCS/DCS頻帶。 23_如申請專利範圍第20項所述的裝置，更包括： 一接觸孔線路延伸，形成於上述第2金屬化層中並連 接至上述接觸孔線路以提高匹配。 24.如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中，上述 基板包括-主基板以及-升高的基板，上述升高的基板位 於上述主基板上方具有一間隔在上述主基板和上述升高 的基板之間，上述升高的基板具有一第丨表面及與上述= 1表面相對的一第2表面，上述主基板具有一第3表面及 與上述第3表面相對的一第4表面，上述第2、第3表面 互相面對，具有上述間隔在其中； 上述複數金屬化層包括在上述第1表面上的一第1金 1057D-10152-PF 80 200945667 屬化層、在上述第2表面上的一第2金屬化層、在上述第 3表面上的一第3金屬化層、以及在上述第4表面上的— 第4金屬化層； 上述導電接觸孔包括一第丨接觸孔、一第2接觸孔、 以及一第3接觸孔；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極，形成於上述第4金屬化層中； 一第1晶胞塊和一第2晶胞塊，形成於上述第i $ 金屬化層中； 一第1接觸孔線路，形成於上述第2金屬化層 中，並經由形成於上述升高的基板内的上述第丨接觸孔連 接至上述第1晶胞塊； 一第2接觸孔線路，形成於上述第4金屬化層 中，並經由穿過上述主基板和上述間隔的上述第2接觸 孔’連接至上述第2金屬化層中的上述第！接觸孔線路； _ 一第1饋給線，形成於上述第3金屬化層中； 第2饋給線’形成於上述1金屬化層中，並經 由穿過上述升高的基板和上述間隔的上述第3接觸孔，連 接至上述第3金屬化層中的上述第丨饋給線；以及 一發射墊，形成於上述第2饋給線的一末端，並 分別通過一第1間隙和一第2間隙電磁耦合至上述第i和 第2晶胞塊’以對上述第1和第2晶胞塊送出或接收信號。 25·如申請專利範圍第24項所述的裝置，其中配置 上述CRLH超材料結構以產生在一低頻中的—左手（^)模 1057D-10152-PF 81 200945667 式頻率共振、在一高頻中的一右手（RH)模式頻率共振、以 及一第2 RH模式頻率共振，上述第2 RH模式頻率共振主 要由上述第2晶胞塊的配置控制，且大體上頻率接近上述 LH模式頻率共振’以與上述LH模式頻率共振耦合，提供 比上述低頻更寬的一結合模式共振。
    ❹ 26.如申請專利範圍第25項所述的裝置，其中增加 上述主基板和上述升高的基板之間的間隔，以在上述低頻 和上述高頻之間的一頻率範圍内提高匹配。 27·如申請專利範圍第24項所述的裝置，更包括： 一接觸孔線路延伸，形成於上述第2金屬化層中，並 連接至上述上述接觸孔線路以提高匹配。 置，其中上述基 的一第2表面； 28.如申請專利範圍第1項所述的裳 板具有一第1表面及與上述第1表面相對 上述複數金屬化層包括形成於上述第i表面上的一第 1金屬化層以及形成於上述f 2表面上的一帛2金屬化 層；以及 上述CRLH超材料結構包括一第！超材料天線和 超材料天線，其中上述第丄及第2超材料天線各包括 一接地電極，形成於上述第2金屬化層中； 一晶胞塊，形成於上述第丨金屬化層中； 一接觸孔線路’形成於上述第2金屬化層中，連 接上述接地電極以及上述導電接觸孔，上述導電接觸孔連 接至上述第1金屬化層中的上述晶胞塊； 一饋給線，形成於上述第1金屬化層中；以及 1057D-10152-PF 82 200945667 、 發射墊，形成於上迷饋給線的一末端並通過一 間隙電磁麵合至上述晶胞塊，以對上述晶胞塊送出或接收 一信號。 29. 如申請專利範圍第28項所述的裝置，其中配置 上述第1超材料天線以產生在一低頻中的一低頻^振，以 及配置上述第2超材料天線以產生在一高頻中的-高頻共 振。 30. 如申請專利範圍第29項所述的裝置，其中上述 低頻共振係_左手⑽模式共振，且上述饋給線在上述第 1超材料天線中形成大體上長得產生頻率接近並高於上述 LH模式，振的—單極子模式共振，用_合上述[η模式 共振，提供比上述低頻更寬的一結合模式共振。 、31.如申請專利範圍第i項所述的裝置，其中構成上 达CRLH超材料結構的上述導電元件和上述導電接觸孔以 形成-接收多樣性天線陣列，包括配置成產生不同頻率共 振的複數超材料天線。 32.如申請專利範圍第31項所述的裝置，其中上述 接收多樣性天線陣列的上述複數超材料天線，根據尺寸和 效率之間的交換，配置緊密。 33，如申請專利範圍第31項所述的裝置，其中上述 基板具有-第1表面及與上述第！表面相對的一第2表面； 上述複數金屬化層包括形成於上述第丨表面上的一第 1金屬化層以及形成於上述第2表面上的一第2金屬化 層；以及 1057D-10152-PF 83 200945667 ㈣：述複數超材料天線包括一第1超材料天線、-第 超材料天線、以及一第3超材料天線; 第 其中，上述第卜第2、第3超材料天線各包括： -接地電極，形成於上述第2金屬化層中； 一晶胞塊，形成於上述第〗金屬化層申，· ϋ -接觸孔線路，形成於上述第2金屬化層中$ 接至：：：了極以及上述導電接觸孔，上述導電接觸孔$ 上述苐1金屬化層中的上述晶胞塊； -饋給線’形成於上述第！金屬化層中；以及 -發射墊，附加於上述饋給線的—末端並通過一 間隙電磁麵合至上述晶胞塊，以對上述晶胞 一信號。 34. 如申請專利範圍第33項所述的裝置，其中上述 接地電極是上述第1、第9、梦 I乐丄第2、第3超材料天線共用的，且 具有延伸部分以提高匹配和隔離。 35. 如申請專利範圍帛33項所述的裝置，其中配置 上述第1超材料天線以產生—第丨LH頻率共振來覆蓋一 US Cell Rx 869_894MHz頻帶’配置上述第2超材料天線 以產生-第2LH頻率共振來覆蓋一 Gpsi57Q —15咖巧 帶，以及配置上述第3超材料天線以產生一第“Η頻率 共振來覆蓋一PCS Rx 1930-1 990MHZ頻帶。 36. 如申請專利範圍帛！項所述的裝置，#中上述基 板具有-帛i表面及與上述第！表面相對的一第2表面； 上述複數金屬化層包括形成於上述第1表面上的一第 1057D-10152-PF 84 200945667 1金屬化層以及形成於上述第2表面上的了第2金屬化層； 上述導電接觸孔包括一第1接觸孔；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極，形成於上述第2金屬化層中； 一第1晶胞塊，形成於上述第1金屬化層中； 一第2晶胞塊，形成於上述第2金屬化層中，並 經由上述第1接觸孔連接至上述第1晶胞塊； 一接觸孔線路，形成於上述第2金屬化層中，連 接上述接地電極以及上述第2晶胞塊； 一馈給線，形成於上述第1金屬化層中； 發射墊’形成於上述饋給線的一末端並通過一 第1間隙電磁耦合至上述第i晶胞塊，以對上述第i晶胞 塊送出或接收信號； 一第1導電線路，形成於上述第1金屬化層中， 並附加於上述饋給線或上述發射墊；以及
    第2導電線路，形成於上述第2金屬化層中’ 且位於大體上覆蓋上述第1導電線路，上述第2導電線路 通過一第2間隙電磁耦合至上述第2晶胞塊。 37.如申凊專利範圍第36項所述的裝置，其中上述 導電接觸孔更包括—笛9拉雜π . 匕枯第2接觸孔，連接上述上導電線路以 及上述下導電線路以提高匹配。 38·如申請專利範圍第36項所述的裝置，其中配置 上述CRLH超材料結構以在一低頻中產生一 lh模式頻率共 振及配置上導電線路以在接近並高於上述LH模式頻 1057D-10152-PF 85 200945667 韦共振的一頻率吝4 早產生一皁極子模式頻率共振。 其中上述 39.如申請專利範圍第36項所述的裝置 上和下導電線路為螺旋形。 其中上述 4〇’如申請專利範圍第36項所述的裝置 上和下導電線路為曲折形。 41’ ”請專利範圍第】項所述的裝置，其中上述基 m1表面及與上述第！表面相對的一第2表面； 上述複數金屬化層包括形成於上述第1表面上的-第 1金屬化層以及形成於上述第2表面上的_第2金屬化層； 上述導電接觸孔包括一第1接觸孔及-第2接觸孔； 以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 接地電極’形成於上述第1金屬化層中； 一第1晶胞塊，形成於上述第丨金屬化層中； 一第2晶胞塊，形成於上述第2金屬化層中並 經由上述第1接觸孔連接至上述第丨晶胞塊； 一接觸孔線路，形成於上述第丨金屬化層中，連 接上述接地電極及上述第丨晶胞塊； 一饋給線，形成於上述第丨金屬化層中； 一發射墊’形成於上述饋給線的—末端並通過一 間隙電磁耦合至上述第丨晶胞塊，以對上述第丨晶胞塊送 出或接收一信號； 一第1導電線路，形成於上述第1金屬化層中， 並附加於上述饋給線或上述發射墊；以及 1057D-10152-PF 86 200945667 一第2導電線路，形成於上述第2金屬化層中， 並經由上述第2接觸孔連接至上述第1晶胞塊。 42. 如申請專利範圍第41項所述的裝置，其中配置 述CRLH超材料結構以產生在一低頻中的一左手（[Η)模
    式頻率共振、在—高頻中的—第1單極子模式頻率共振、 ^及一第2單極子模式頻率共振，上述第2單極子模式頻 率共振主要由上述上導電線路的配置所控制，並大體上頻 率接近上述LH模式頻率共振，以耦合上述lh模式頻率共 振，提供比上述低頻更寬的一結合模式共振。 、 43. 如申請專利範圍第42項所述的裝置，其中，對 於5頻天線操作，上述結合模式共振頻帶包括—蜂巢式頻 帶，以及上述高頻包括一 PCS/DCS頻帶。 44·如申請專利範圍第41項所述的装置，其中上 上導電線路為一螺旋形。 '、 ,L 45.如申請專利範圍第41項所述的裝置，其中上 上導電線路為一曲折形。 ’其中，上 ’並附加於 46·如申請專利範圍第17項所述的裝置 述CRLH超材料結構的上述導電元件更包括： 導電線路，形成於上述第1金屬化層中 上述饋給線或上述發射墊。 47’如申請專利範圍第46項所述的裝置，其中配置 上述CRLH超材料結構以產生在—低頻 ^ η 以及-第2-Ϊ 模式頻率共振、 早極子模式頻率共振，上述第2單極子模式頻 1057D-10152-PF 87 200945667 率共振主要，由上述上導電線路的配置所控制，並大體上# 率接近上述LH模式頻率共振，⑽合上述LH模式頻率妓 振，提供比上述低頻更寬的一結合模式共振；以及 其中，對於5頻天線操作，上述結合模式共振頻帶包 括一蜂巢式頻帶，以及上述高頻包括一 pcs/Dcs頻帶。 48.如申請專利範圍第17項所述的裝置，更包括·· 一電容器，耦合上述晶胞塊和上述發射墊： #中’根據上述電容器的電容值’相較於缺少上述電 容器時上述間隙的寬度及/或長度，上述間隙的寬度增加 及/或上述間隙的長度降低。 =·如申請專利範圍第17項所述的裝置，更包括： 一電感器，插入上述接觸孔線路中； 其中根據上述電感器的電感值，相較於缺少上述 感器時上述接觸孔線路的長度，上述接觸孔線路的長度縮 短。 ❹ 如申請專利範圍第46項所述的裝置，更包括： 電感器，插入上述導電線路中； 根據上述電感器的電感值，相較於缺少上述電 感=導電線路的長度，上述導電線路的長度縮短。 .如申請專利範圍第17項所述的裝 CRLH超材料妹糂沾權雨-L 且具T上；4 於上述|^始\ 件更包括一 3維導電線路，附加 、一貝、、。線或上述發射墊，上述3維導電線路包括： 一=1導電線路部分，形成於上述第i金屬化層中； 2導電線路部分’形成於上述第2金屬化層中； 1057D-1〇152-pf 88 200945667 以及 一導電線路接雜 述第1導電緩败 部分，形成於上述基板中，連接上 52如申。卩分及上述第2導電線路部分。 3維導電線路利㈣第51項所述的裝置，其中上述 传一螺旋形。 3雜Γ“如申請專利範圍第51項所述的裝置，苴中上述 3維導電線路為-曲折形。 迷 Ο Q 上it CRT ΐί ^，專利範圍第51項所述的裝置，其中配置 上述CRLH超材料社 蓋-⑽頻帶構以產生二或二以上的頻率共振來覆 55.如申凊專利範圍第1項所述的裝置，其中上述基 板具# = f 1表面及與上述第1表面相對的一第2表面; 上述複數金屬化層包括形成於上述第1表面上的一第 金屬化層以及形成於上述第2表面上的—第2金屬化層; 上述接觸孔包括一第！接觸孔和一第2接觸孔；以 及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極，形成於上述第丨金屬化層中； 一晶胞塊，形成於上述第2金屬化層中並圖案蝕 刻以定義一内部開口； 一接觸孔線路，形成於上述第丨金屬化層中，連 接上述接地電極以及上述第1接觸孔，上述第1接觸孔連 接至上述第2金屬化層中的上述晶胞塊； 一饋給線，形成於上述第1金屬化層中；以及 1057D-10152-PF 89 200945667 一發射墊’形•成於上述第2金屬化層中的上述内 部開口内’並通過上述第2接觸孔連接至上述饋給線，其 中上述發射塾被上述晶胞塊圍繞並通過一間隙電磁麵合 至上述晶胞塊’以對上述晶胞塊送出或接收一信號。 56.如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中上述基 板具有一第1表面及與上述第1表面相對的一第2表面； 上述複數金屬化層包括形成於上述第丨表面上的一第 1金屬化層以及形成於上述第2表面上的一第2金屬化 ® 層；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極，形成於上述第2金屬化層中； 一晶胞塊，形成於上述第2金屬化層中並圖案蝕 刻以定義一内部開口； 一接觸孔線路，形成於上述第2金屬化層中，連 接上述接地電極以及上述晶胞塊； 〇 一饋給線，形成於上述第丨金屬化層中；以及 一發射墊，形成於上述第2金屬化層中的上述内 部開口内，並通過上述接觸孔連接至上述镇給線，其中上 述發射墊被上述晶胞塊圍繞並通過一間隙電磁耦合至上 述晶胞塊，以對上述晶胞塊送出或接收一信號。 57.如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中上述基 板係一多層基板； ^ 上述複數金屬化層包括與上述多層基板結合的一第】 金屬化層、一第2金屬化層、及-第3金屬化層； 1057D-10152-PF 90 200945667 上述接觸孔包括一第！接觸孔和一第2接觸孔；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極，形成於上述第3金屬化層中； 一晶胞塊，形成於上述第2金屬化層中並圖案蝕 刻以定義一内部開口； ^
    一接觸孔線路，形成於上述第3金屬化層中，連 接上述接地電極以及上述第！接觸孔，上述第β觸孔連 接至上述第2金屬化層中的上述晶胞塊； 一饋給線，形成於上述第丨金屬化層中；以及 -發射墊，形成於上述第2金屬化層中的上述内 部開口内’並通過上述第2接觸孔連接至上錢給線，直 中上述發射墊被上述晶胞塊關並通過—㈣電磁輕合 至上述晶胞塊，以對上述晶胞塊送出或接收一信號。 58.如申請專利範圍第55項所述的裝置中配 上述删超材料結構以產生在—低頻中的—lh頻率共振 以及在一高頻中的一 RH頻率共振。 58項所述的裝置，其中上述 上述LH頻率共振以及上述RH 59.如申請專利範圍第 CRLH超材料結構配置成產生 頻率共振以覆蓋WiFi頻帶。 60.如申請專利範圍第丨項所述的裝置，其中上述基 板具有-帛1表面及與上述第！表面相對的一第2表面； 上述複數金屬化層包括形成於上述第丄表面上的一第 1金屬化層以及形成於上述第2表面上的_第2金屬化層； 上返接觸孔包括-第！接觸孔和_第2接觸孔·以及 1057D-10152-PF 91 200945667 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極，形成於上述第1金屬化層中； 一饋給線，形成於上述第1金屬化層中； 一發射墊，形成於上述第2金屬化層中，並圖案 姓刻以定義一内部開口，上述發射墊通過上述第1間隙連 接至上述饋給線； 一晶胞塊’形成於上述第2金屬化層中的上述内 部開口内；以及 0 一接觸孔線路，形成於上述第1金屬化層中，連 接上述接地電極和上述第2接觸孔，上述第2接觸孔連接 至上述第2金屬化層中的上述晶胞塊； 其中’上述發射墊圍繞上述晶胞塊，並通過一間 隙電磁耦合至上述晶胞塊，以對上述晶胞塊送出或接收一 信號。 61.如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中上述基 • 板具有一第1表面及與上述第1表面相對的一第2表面； 上述複數金屬化層包括形成於上述第1表面上的一第 1金屬化層以及形成於上述第2表面上的一第2金屬化 層；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極，形成於上述第1金屬化層中； 一饋給線’形成於上述第2金屬化層中； 一發射墊，形成於上述第2金屬化層中上述饋給 線的一末端’並圖案飯刻以定義一内部開口； 1057D-10152-PF 92 200945667 一晶胞塊’形成於上述第2金屬化層中的上述内 部開口内；以及 一接觸孔線路，形成於上述第丨金屬化層中，連 接上述接地電極和上述接觸孔，上述接觸孔連接至上述第 2金屬化層中的上述晶胞塊； 其中’上述發射墊圍繞上述晶胞塊，並通過一間 隙電磁耦合至上述晶胞塊，以對上述晶胞塊送出或接收一 信號。 62.如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中上述基 板係一多層基板； 上述複數金屬化層包括與上述多層基板結合的一第i 金屬化層、一第2金屬化層、及一第3金屬化層； 上述接觸孔包括一第丨接觸孔和一第2接觸孔；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極’形成於上述第3金屬化層中； 一館給線’形成於上述第1金屬化層中； 一發射塾’形成於上述第2金屬化層中並圖案蝕 刻以定義一内部開口，上述發射墊經由上述第丨接觸孔上 述連接至上述饋給線； 一晶胞塊’形成於上述第2金屬化層中的上述内 部開口内；以及 一接觸孔線路，形成於上述第3金屬化層中，連 接上述接地電極以及上述第2接觸孔，上述第2接觸孔連 接至上述第2金屬化層中的上述晶胞塊； 1057D-10152-PF 93 200945667 晶胞埯並通過一間隙 胞塊送出或接收一信 其中’上述發射墊圍繞上述 電磁耦合至上述晶胞塊，以對上述晶 號。 ’其中配置 LH頻率共振 63·如申請專利範圍第60項所述的裝置 上述CRLH超材料結構以產生在一低頻中的一 以及在一高頻中的一 RH頻率共振。 64.如 上述CRLH 和上述高頻 寬頻帶。
    申請專利範圍第63項所述的裝置，其中配置 超㈣結構以產生大體上互相接近的上述低頻 ，提供具有約2.5GHZ或2.5GHz以上頻寬的一 65·如申請專利範圍帛j項所述 板係一多層基板； 上述複數金屬化層包括與上述多層基板結合的一第】 金屬化層、一第2金屬化層、及-第3金屬化層；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括·· 一接地電極，形成於上述第3金屬化層中； 一饋給線，形成於上述第1金屬化層中； 發射墊’形成於上述第丨金屬化層中上述饋給 線的一末端； '13 連 述 一晶胞塊，形成於上述第2金屬化層中；以及 一接觸孔線路’形成於上述第3金屬化層中， 接上述接地電極以及上述接觸孔，上述接觸孔連接至上 第2金屬化層中的上述晶胞塊； 其中，上述發射墊通過上述第丨和第2金屬化層 1057D-10152-PF 94 200945667 灰間上述發射墊下方的一垂直間隙電磁耦合至上述晶胞 塊，以對上述晶胞塊送出或接收一信號。 66.如申請專利範圍第丨項所述的裝置，其中上述基 板具有-第1表面及與上述第！表面相對的一第2表面； 上述複數金屬化層包括形成於上述第丨表面上的一第 1金屬化層以及形成於上述第2表面上的一第2金屬化 層；以及 上述CRLH超材料結構的上述導電元件包括： 一接地電極’形成於上述第1金屬化層中； 一饋給線，形成於上述第1金屬化層中； 一發射墊，形成於上述第1金屬化層中上述饋給 線的一末端； 一晶胞塊’形成於上述第2金屬化層中；以及 一接觸孔線路’形成於上述第1金屬化層中，連 接上述接地電極和上述接觸孔，上述接觸孔連接至上述第 2金屬化層中的上述晶胞塊； 其中’上述發射墊通過上述第1和第2金屬化層 之間上述發射墊下方的一垂直間隙電磁耦合至上述晶胞 塊以對上述晶胞塊送出或接收一信號。 67. 如申請專利範圍第65項所述的裝置，其中配置 上述CRLH超材料結構以產生在一低頻中的一 LH頻率共振 以及在一高頻中的一 RH頻率共振。 68. 如申請專利範圍第67項所述的裝置，其中上述 CRLH超材料結構配置成產生上述LH頻率共振以及上述 1057D-10152-PP 95 200945667 頻率共振以覆蓋4頻。 ' 69. 一種超材料裝置，包括： 一基板； 一第1金屬化層，形成於上述基板的一第1表面上， 並圖案蝕刻以包括互相分離且互相電磁耦合的一晶胞塊 和一發射墊； 一第2金屬化層，形成於與上述第丨表面平行的上述 基板的-第2表面上，並圖案餘刻以包括位於上述晶胞塊 的面積外部的一接地電極、位於上述晶胞塊下方的一晶胞 接觸孔墊、連接上述接地電極至上述晶胞接觸孔整的一晶 胞接觸孔線路、位於上述發射墊下方的一互連墊 '以及連 接至上述互連墊的一饋給線； 一晶胞接觸孔，形成於上述基板内以連接上述晶胞塊 至上述晶胞接觸孔塾；以及 一互連接觸孔，形成於上述基板内以連接上述發射墊 至上述互連墊； 其中，上述晶胞塊和上述發射墊其中之一形成包括一 開口，上述晶胞塊和上述發射墊其中之另一位於上述開口 内，以及上述晶胞塊、上述晶胞接觸孔、上述晶胞接觸孔 墊、上述晶胞接觸孔線路、上述接地電極、上述發射墊、 上述互連接觸孔及上述饋給線形成一合成右左手 超材料結構。 70·如申凊專利乾圍第項所述的裝置，其中上述 晶胞接觸孔墊的面積小於上述晶胞塊。 1057D-10152-PF 96 200945667 ♦ 71.如•申請專利範圍第69項所述的裝置，其中上述 B曰胞塊形成具有上述開口，並且上述發射墊位於上述開口 内。 第69項所述的裝置，其中上述 ’並且上述晶胞塊位於上述開口 72.如申凊專利範圍 發射墊形成具有上述開σ 内。
    1057D-10152-PF 97
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