TWI401840B - 具有多層金屬化及接觸孔的超材料 - Google Patents

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Description

具有多層金屬化及接觸孔的超材料 【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日提出申請。
4.序號61/091203，標題”具有非線性耦合幾何的超材料天線結構”，2008年8月22日提出申請。
以上申請書的揭露合併作為本申請書的部分說明參考。
本申請書有關於超材料結構。
大部分材料的電磁波的傳播遵守(E，H，β)向量場的右手定則，其中E為電場，H為磁場，β為波向量。相位速度方向與信號能量傳播(群速)相同，且折射指數為正數。如此的材料為”右手”(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(MTM)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，超材料對引導的電磁能量可以作用為同質媒介。不像RH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μ，且相位速度方向與信號能量傳播方向相反，其中(E，H，β)向量場的相對方向遵守左手定則。只支援具有同時為負的介電常數ε和磁導率μ的負折射指數的超材料，係純粹”左手”(LH)超材料。
許多超材料係LH超材料和RH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RH超材料。不同CRLH超材料的設計和性質例如說明於Caloz和Itoh(作者)的“電磁超材料：傳輸線理論和微波應用”，John Wiley & Sons(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40卷第16號(2004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，並可以用於使用其它材料難以、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。
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，具有一或一以上的導電接觸孔，連接在兩不同金屬層的導電元件。
一形態中，超材料裝置包括一基板；複數金屬化層，結合基板並圖案蝕刻具有複數導電元件；以及一導電接觸孔，在基板內形成以連接一金屬化層的導電元件至另一金屬化層的導電元件。導電元件和導電元件形成合成右左手(CRLH)超材料結構。在一裝置的實施中，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。在另一實施中，CRLH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(LH)模式頻率共振，而第2頻率共振為右手(RH)模式頻率共振。又另一實施中，CRLH超材料結構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，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1頻率共振耦合，提供比低頻寬的組合模式共振頻帶。
在另一實施中，超材料裝置包括一基板；一第1金屬化層，在上述基板的第1表面上形成，並圖案蝕刻成包括互相分開且彼此電磁耦合的一晶胞塊以及一發射墊；以及一第2金屬化層，在與第1表面平行的上述基板的第2表面上形成，並圖案蝕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內。晶胞塊、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。
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。MTM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(SOC)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結構的導電元件，包括接地電極。這些多層金屬化層可以在基板或面板結構中的2或2以上的平行面上形成，其中兩相鄰金屬化層以電氣絕緣材料(例如介電質材料)分開。2或更多的基板堆疊在一起，具有或不具有間距以提供多層表面給多層金屬化層以達到一定程度的技術特色或優勢。如此的多層MTM結構可以具有至少一導電接觸孔以連接一金屬化層內的一導電元件至另一金屬化層內的另一導電元件。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，且可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、WiMax應用和及其無線行動裝置應用，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MTM天線結構可以修改及設計以提供其他天線一或更多的優點，例如小型、根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。又，目前MTM天線結構內的元件可以配置成達到根據CRLH特性的想要的頻帶及頻寬。
MTM天線或MTM傳輸線(TL)係具有1或更多MTM單位晶胞的MTM結構。各MTM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單位晶胞。此型的CRLH TLs或天線的實施可以使用分散式電路元件、總集的電路元件或兩者結合。各單位晶胞小於~λ/4其中λ係CRLH TL或天線內傳送的電磁信號的波長。
純LH超材料依照三向量(E，H，β)左手法則，且相位速度方向與信號能量傳播方向相反。LH材料的電容率ε和磁導率μ兩者為負數。根據操作的方式或頻率，CRLH超材料可以展現左手和右手電磁傳播模式。在一定的情況下，當信號的波向量為0時，CRLH超材料可以展現非零群速。當左手和右手模式兩平衡時，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、右手模式間的傳播常數β(ω0 )=0的轉換點，散射曲線不出現任何不連續，其中導引波長為無限，即λg =2π/∣β∣→∞，而群速為正：
此狀態相當於在LH區域內TL實施中第0階模式m=0。CRLH結構支援低頻的細光頻，具有沿著負β拋物線區的發散關係。得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)具有獨特能力，而天線輪流控制遠電場輻射模式。當此TL用作第0階共振器(ZOR)，提供遍及整個共振器的常數振幅和相位共振。ZOR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。
就RH TL共振器而言，共振頻率相當於電氣長度θm =βm l=mπ(m=1，2，3…)，其中l係TL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 θm =βm l=mπ而言，其中l係CRLH TL的長度，參數m=0、±1、±2、±3…±∞。
特殊MTM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”，2007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(1D)CRLH MTM傳輸線(TL)的範例。1單位晶胞包括晶胞塊和接觸孔，而且是用於構成想要的MTM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耦合至第1饋給線，在右側的單位晶胞塊電磁耦合至第2饋給線。在某些實施中，各單位晶胞塊電磁耦合至相鄰單位晶胞塊而不直接接觸相鄰單位晶胞。此結構形成的MTM傳輸線從一饋給線接收RF信號，以及從其他饋給線輸出RF信號。
第2圖顯示第1圖中的1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TL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Y的兩共振ωSE 和ωSH 。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：
第1圖中輸入輸出邊緣的兩單位晶胞不包括CL，由於CL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ωSE 頻率共振，因此，當m=0共振頻率，只有ωSH 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Y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。
第5圖顯示根據4單元晶胞的1維CRLH MTM天線的範例。不同於第1圖中的1維CRLH MTM TL，第5圖中的天線耦合左側的單位晶胞至饋給線，以連接天線至天線電路，且右側的單位晶胞係開路，所以4晶胞界面以空氣為界面傳送或接收RF信號。
第6A圖顯示第5圖的天線電路的兩埠網路矩陣圖。第6B圖顯示第5圖的天線電路的兩埠網路矩陣圖，具有邊緣修改，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4A圖和第4B圖所示的TL電路。
矩陣標示中，第4B圖代表以下提供的關係：
其中，AN=DN因為從Vin和Vout端看，第3圖的CRLH MTM TL電路係對稱的。
第6A和6B圖中，參數GR’和GR代表輻射電阻，參數ZT’和ZT代表終端阻抗。ZT’、Zlin’和Zlout’各包括來自附加的2CL的貢獻，如下所示：
由於輻射電阻GR或GR’可以經由建立或模擬天線導出，天線設計可能難以最優化。因此，最好採用TL方法，然後模擬其對應的天線，具有不同的終端ZT。等式(1)的關係對於具有修改值AN’、BN’及CN’的第2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nπ傳播相位長度共振，其中n=0、±1、±2，．．．±n。在此，各N CRLH晶胞由等式(1)的Z和Y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=0以外，其中ωSE 和ωSH 在第3圖的結構中共振，只有ωSH 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<0)與LH區共振結合。
N個相同的CRLH晶胞的發散關係，具有Z和Y參數，如下所提供：
其中Z和Y提供於等式(1)，AN 從N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n=(2m+1)和偶數n=2m共振係分別結合AN=-1及AN=1。對於第4A圖和第6A圖中的AN’，n=0模式只在ω0 =ωSH 共振，而在兩ωSE 和ωSH 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χ值，較高階頻率由下式提供：對於
對於N=1、2、3及4，表1提供χ值。要注意較高階共振∣n∣>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=0具有小χ值(接近χ下界限0)，而較高階共振容易達到χ上界限4，如等式(4)所示。
發散曲線β為頻率ω的函數，顯示於第7A及7B圖，分別對於ωSE =ωSH (平衡，即LR CL=LL CR)以及ωSE ≠ωSH (失衡)的情況。在後者，min(ωSE ，ωSH )和max(ωSE ，ωSH )之間有頻率間隙。限制頻率ωmin 和ωmax 值由等式(5)中相同的共振等式提供，具有的χ達到其上界限χ=4，如以下等式所示：
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1=Np隨著降低的頻率而增加，其中p為晶胞尺寸。相對地，在LH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近的一些頻寬指示。例如，LH共振具有窄頻寬，因為發散曲線幾乎是平的。在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：
其中χ在等式(4)中提供，在ωR 等式(1)中定義。等式(4)中的發散關係指出當∣AN∣=1時，產生共振，導致等式(7)的第1 BB條件(COND1)中零分母。在此提示，AN係N個相同單位晶胞的第1傳送矩陣輸入(第4B和6B圖)。計算結果顯示COND1確實不受N影響，並提供於等式(7)中的第2等式。係分子和共振χ的值，顯示於表1，定義發散曲線的斜率，及可能頻寬。目標結構在尺寸上最多Np=λ/40，具有超過4%的頻寬。對於小晶胞尺寸的結構，等式(7)指出高ωR 值滿足COND1，即低CR及LR值，由於對n<0，在表1中χ值接近4產生共振，換句話說(1-χ/4→0)。
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”匹配阻抗”指饋給線和終端。要分析輸入/輸出匹配網路，可以計算第4圖中TL電路的Zin和Zout。由於第3圖中網路為對稱的，直接證明Zin=Zout。可以證明Zin不受N影響，如下式所式：
Zin只有正的實值。B1/C1大於零的唯一理由，是由於等式(4)中∣AN∣≦1，導致以下阻抗條件：
0≦-ZY=χ≦4
第2寬頻(BB)條件係Zin稍微隨著接近共振的頻率變化以維持固定匹配。記住實輸入阻抗Zin’包括來自CL串聯電容的貢獻，如等式(3)所示。第2BB條件如下所提供：COND2：第2BB條件：接近共振，
不同於第2圖和第3圖的傳輸線範例，天線設計有開放端側，具有不足以匹配結構邊緣阻抗的無限阻抗。電容終端由以下等式提供：
電容終端根據N，且純粹虛數。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<0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ωR 值，如等式(7)所示。有不同的方法降低CR，包括但不限於：1)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11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內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。
第8圖顯示對4晶胞MTM傳輸線的截短接地電極的一範例，其中接地電極沿著晶胞塊下方的一方向具有小於晶胞塊的尺寸。接地導電層包括一接觸孔線路，連接至接觸孔並通過晶胞塊下方。接觸孔線路具有的寬度小於各單位晶胞的晶胞路徑尺寸。相較於商業裝置的實施中的其他方法，其中因為天線效率聯合降低，基板厚度不能增加或晶胞塊區域不能降低，最好選擇使用截短接地。當接地被截短，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10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TL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1末端連接至主接地，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，共振依照與等式(1)、(5)、和(6)及表1相同的等式。呈現兩種方法。第8和9圖代表第1方法，方法1，其中，以(LR+Lp)取代LR後，共振與等式(1)、(5)、和(6)及表1相同。對於∣n∣≠0，每一模式具有兩共振，相當於(1)ω±n ，由於以(LR+Lp)取代LR，以及(2)ω±n ，由於以(LR+Lp/N)取代LR，其中N為單位晶胞數。在方法1之下，阻抗等式變成：
其中χ=-YZ且χ=-YZP ,　等式(11)
其中，Zp=jωLp且Z，Y定義於等式(2)。等式(11)中的阻抗等式提供兩共振ω及ω’分別具有低及高阻抗。於是，大部分的情況下容易調整接近ω共振。
第2方法，方法2，顯示於第11圖和第12圖，並且以(LL+Lp)取代LL後，共振與等式(1)、(5)、和(6)及表1相同。第2方法中，結合的分流電感器(LL+Lp)增加，而分流電容器CR降低，導致較低的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8、10及11圖所示的截短接地電極構成。
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MTM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、不規則形、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、鋸齒形、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、鋸齒線、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同層。天線部分可放在主基板的幾毫米上方。非平面基板可用於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1維結構。多晶胞可以以直角方向級聯，產生2維結構。單一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墊。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、或基板的幾毫米上方。
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”和”高頻”的多頻帶。低頻包括至少一左手(LH)模式共振，而高頻包括至少一右手(RH)模式共振。可以實施本裝置結構來使用LH模式刺激且更匹配低頻共振，以及在高頻率共振增加阻抗匹配。當使用以下技術之一時：(i)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(iii)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、WiMax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(824-960MHz(百萬赫))，包括兩頻帶，CDMA(824-894MHz)和GSM(880-960MHz)頻帶；以及PCS/DCS頻帶(1710-2170MHz)，包括三頻帶，DCS(1710-1880MHz)、PCS(1850-1990MHz)和AWS/WCDMA(2110-2170MHz)頻帶。四頻帶天線可用於覆蓋蜂巢式頻帶中的CDMA和GSM頻帶的其中之一以及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2.48GHz的範圍、以及從5.15GHz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1340。下金屬化層在基板1344的下表面上形成，並圖案蝕刻以形成1晶胞2層MTM天線的其他元件及下接地電極1341。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1304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的位置作為參考。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1340中形成。CPW饋給1304連接至饋給線1308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。
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的下表面部分上方，而不在下接地電極1341上方。因此，1晶胞2層MTM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1320的分流電感LL、以及結合接觸孔線路1324的串聯電感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結構的一些範例顯示於第8，10，和11圖。第13(a)-13(d)圖所示的1晶胞2層MTM天線結構的等效電路相似於第12圖所示的等效電路的1晶胞天線版。
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)×14mm；發射墊1312為0.5mm×10mm；晶胞塊為5.5mm×20mm；接觸孔線路1324具有0.3mm的寬度及17mm的長度；發射墊1312和晶胞塊1316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17mm×24mm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天線在GSM頻帶(880-960MHz)和PCS/DCS頻帶(1710-2170MHz)兩者間提供適合的匹配。
HFSS EM模擬軟體用於模擬具有以上參數值的天線性能。第14(a)圖中的模擬回送損耗和第14(b)圖中的模擬輸入阻抗兩者在兩頻帶中顯示適合的匹配。代表這兩頻帶的寬度的4點：1(0.94GHz(千兆赫),-5.86dB(分貝))，2(1.02GHz,-5.84dB)，3(1.87GHz,-6.04dB)，及4(1.98GHz,-6.05dB)，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15(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1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1616-1和1616-2共用。共同發射墊1612藉由耦合間隙1626-1與晶胞塊1616-1分離，以及藉由耦合間隙1626-2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1652在下金屬化層中經由接觸孔線路1624連接至下接地電極1641。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1624的導線部、以及位於晶胞塊2(1616-2)下方的端部，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。
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1(1616-1)移開以提高匹配、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寬頻帶共振。此合成的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150MHz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1648，具有直接形成於晶胞塊21616-2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(a)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1.2GHz的第1單極子模式互相耦合，因此建立的寬低頻，以1GHz為中心並具有約300MHz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。
一些應用中，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、側視圖、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的下層上視圖。兩基板1851和1850之間可以夾介電質間隔片1801或空著。基板1850構成主PCB以及基板1851的構成為形成MTM天線。某一程度，由於具有共用共同發射墊的兩晶胞塊1、2，此結構相似於第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，第18(a)-18(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1850上。
在第18(a)-18(f)圖中，饋給線分離成在主基板1850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1(1808-1)和饋給線2(1808-2)，並以接觸孔1(1820-1)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1840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(1824-1)以及在主基板1850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(1820-3)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1(1816-1)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)連接至升高的基板1851的上表面上的發射墊1812，發射墊1812通過耦合間隙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1(1816-1)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1(1824-1)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)-18(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1850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種不同的高度，D1=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16-17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內的匹配當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1850的上表面終止接觸孔3(1820-3)，所以接觸孔線路2(1824-2)可以連接至上接地電極1840，而非下接地電極1841。
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)-18(f)圖顯示的具有升高的天線的2晶胞MTM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20(a)和20(b)圖。3維版的兩基板之間的分隔選擇在h=1mm，並在此範例中兩基板之間使用空隙作為間隔片。
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內用以測量。對於裸板，關蓋和開蓋配置，第21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內時，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置實質上不敏感。在一些應用中以及根據RF元件在PCB上的位置，MTM天線的3維版可以展示比平面對應物更佳的被動和主動性能。
在一些行動電話應用中，可能想要控制低頻頻寬。由於MTM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，在一些情況下，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，可以用兩埠法，其中安裝一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高頻共振，因而產生高頻。藉由降低單極子模式共振，以與LH模式激起的低頻共振耦合，低頻頻寬可以變寬。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1MTM天線用作低頻天線和另一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，兩天線各具有單一晶胞塊。上金屬化層在基板的上表面上形成，並包括上接地電極2340。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2340在下接地電極2341的上方形成，因此CPW饋給1(2304-1)及CPW饋給2(2304-2)可以在上接地電極2340中形成。因此，此範例中，CPW接地由上、下接地電極2340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CPW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和接觸孔墊2(2321-2)。
低頻MTM天線結構也相似於第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低頻匹配和調頻而有不同製造尺寸和成形。特別地，饋給線(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(2308-1)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MTM天線和高頻MTM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1649MHz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790MHz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(a)和25(b)圖。裸板效率在低頻中達到70%，在高頻中達到80%，從820到1000MHz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27mm×45mm降低至10mm×45mm，而且更接近上接地電極。
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和高頻天線的回送損耗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(824-960MHz)和PCS/DCS頻帶(1710-2170MHz)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，第28圖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70%。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，以得到強的聯結。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，且效率要求在某些情況下可以在30-40%的範圍內。當提供小型天線封裝時，可以實施本文件中所述的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1)、GPS 1570-1580MHz(天線2)、以及PCS Rx 1930-1990MHz(天線3)。天線區，第29(c)圖中指示為(a x b)，係16mmx44mm，基板厚度為1mm。
三分離CPW饋給1(2904-1)、2(204-2)及3(2904-3)在上接地電極2904中形成以分別引導天線信號給天線1、2及3。對於天線1的CPW饋給1(2904)部分地在上接地的延伸部分-上接地延伸2950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。各天線內，饋給線2908在上金屬化層中形成，並連接至發射墊2912，以通過耦合間隙2928對晶胞塊2916送出或接收信號。饋給線1(2908-1)連接至形成於上接地延伸2950中的CPW饋給1(2908-1)的部分。各晶胞塊2916通過接觸孔2920連接至接觸孔線路2924。接觸孔線路2(2924-2)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)，用以最優化天線間的匹配和耦合。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共振頻率。例如，天線1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1、2及3所覆蓋的3目標頻帶，分別以S11、S22及S33表示。這3共振是由於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多樣性天線性能的一覽表。
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3140、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3152-1、連接至CPW饋給3104及上發射墊3112-1的饋給線3108、以及上晶胞塊3116-1。經由上耦合間隙3128-1對上晶胞塊3116-1送出或接收天線信號，且上晶胞塊3116-1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3116-2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3116-1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、10、及11圖所示的截短接地結構的1晶胞版大，第8、10、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3120、串聯電感Lp由於接觸孔線路3124、以及上耦合間隙3131-1中感應的LH串聯電容CL，控制LH共振。另一方面，低頻單極子模式共振由附加的上螺旋3152-1產生。可以調整上螺旋3152-1的長度，用以在高於但接近LH共振的頻率建立共振，所以兩模式(結合單極子模式和LH模式共振)的結果頻寬足夠覆蓋頻寬～150MHz的低頻。下螺旋3152-2對於上螺旋3152-1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32(a)和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1700MHz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。
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MTM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MTM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內給天線的限定可用區(例如10mm×42mm)。由於此，這結構稱作”半單層MTM結構”。
更詳細地，此半單層MTM天線具有發射墊3604、曲折線路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3608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3620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LH模式共振)的結果頻寬足以用～150MHz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，例如具有介電質常數4.4的FR4材料。
表5提供此範例中的半單層MTM天線結構的元件的一覽表。
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800MHz到1GHz的低頻，非常支援蜂巢式頻帶(824MHz到960MHz)。高頻也顯示對PCS/DCS頻帶(1710-2170MHz)的充分覆蓋。對於高頻和低頻，測量效率分別顯示於第39(a)和39(b)圖。高峰效率在低頻約60%，而在高頻幾乎達到75%。
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一MTM天線。此結構相似於第13(a)-13(d)圖所示具有連接兩金屬化層的導電接觸孔的1晶胞2層MTM天線結構，除了曲折線路4025附加至饋給線4008。由第13(a)-13(d)圖所示不具有曲折線路的1晶胞2層MTM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頻，但太窄不能覆蓋5頻。第40(a)-40(b)圖所示具有曲折線路4052的1晶胞2層MTM天線，設計為增加低頻頻寬。可以調整曲折線路4052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4004的位置，決定此幾何以使用晶胞塊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40(a)圖中的(a×b)，可以從10mm×42mm[第31(a)-31(c)圖、第35(a)-35(d)圖以及第36(a)-36(d)圖所示的先前5頻MTM天線]降至例如7mm×40mm。此範例中，表6提供具有曲折線路4052的降低尺寸的1晶胞2層MTM天線結構的元件一覽表。
具有曲折的此降低尺寸的1晶胞2層MTM天線的製造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1700MHz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8mm×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～70MHz頻寬的CDMA單一頻帶。
更詳細地，上接地電極4340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4340中形成。因此，如前述範例，CPW接地在具有分離螺旋的小1晶胞2層MTM天線結構中由上、下接地電極4340、4341所形成。或者，天線可以由CPW饋給饋給，CPW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1(4320-1)而連接。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。
選擇具有分離螺旋的小1晶胞2層MTM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42mm、長100mm及厚1mm。材料為具有介電質常數4.4的FR4。發射墊4312和晶胞塊4316之間的間隙為0.2mm。晶胞塊4316的尺寸為長15.45mm、寬4mm。接觸孔線路為長46.2mm、寬0.3mm。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8mm×22mm。
此MTM天線的製造樣品的測量回送損耗顯示於第44圖，證明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。
在前述天線結構中，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，間隙可能是例如4-8mil。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、側視圖、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4640及接觸孔2(4620-2)的上部，接觸孔2(4620-2)更連接至下金屬化層中的晶胞塊4616。
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4640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連接至繢給線4608，繢給線4608更連接至發射墊4612，以通過晶胞塊4616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。
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。
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7.8mm，且全長為35.65mm。饋給線4608長度為6.1mm及寬度為0.5mm，以及發射墊4612的長度為13.5mm及寬度為0.5mm。耦合間隙4628的寬度約1.5mm。晶胞塊4616大體上為矩形，長度35.65mm和寬度6.15mm，具有內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1mm×1mm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-6dB回送損耗具有36MHz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、以及晶胞塊和饋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(ii)在發射墊4612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，～1.5mm，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RH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～800MHz的”低”頻帶和在～2GHz的”高”頻帶，使MTM天線適合行動電話應用。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50(a)-50(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(5004-1)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(5008-1)。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(5008-1)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1(5016-1)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1(5024-1)。
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WiFi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5040的邊緣10.5mm，總長為12.4mm。饋給線1(5008-1)長4mm、寬0.5mm，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1(5012-1)和晶胞塊1(5016-1)之間從0.4mm變化到0.8mm。晶胞塊1(5016-1)大體上為矩形，長12.4mm、寬8.9mm，具有內部開口以容納發射墊1(5012-1)。接觸孔線路1(5024-1)總長9mm，並具有寬0.3mm。各接觸孔墊具有1mm×0.7mm的矩形尺寸。
在此兩天線陣列中各天線具有兩頻率共振，如第52圖中的測量回送損耗所示。圖中回送損耗1(S11)和回送損耗2(S22)，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。第1共振以2GHz為中心，在-6dB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4-6GMHz”高”頻帶，使天線結構適合WiFi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”。此範例中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繪於第53圖，其中效率1和效率2分別指天線1和天線2的效率。當另一天線從電路板移除時，第54圖顯示單一天線(例如天線1)的測量效率。兩天線間交互作用引起的耦合損耗，在此情況中不出現。因此，約2GHz頻帶的效率，比第53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，各發射墊形成具有內部開口，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內部的晶胞塊，並在下金屬化層中由發射墊圍繞。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1(5520-1)連接饋給線1(5508-1)至下金屬化層中的發射墊1(5512-1)。晶胞塊1(5516-1)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(5516-1)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MTM天線結構中由上、下接地電極5540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MTM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實施中提供如下。基板的尺寸為47mm寬、43mm長及1mm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4mm及寬0.5mm，發射墊1(5512-1)形成的方形迴路具有外尺寸11mm×11mm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(5524-1)總長12.5mm，並具有0.3mm的寬度。各接觸孔墊具有1mm×0.7mm的矩形尺寸。
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1(S11)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MTM天線結構提供產生互相接近的輻射模式，合併LH和RH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，發射墊和晶胞塊之間電容耦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59(a)-59(f)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側視圖。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30mil(0.7mm)下方，下層在上層的1mm下方。這樣保持總厚度的1mm，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分別具有尺寸6.7mm×0.3mm和18mm×0.5mm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6.477mm×18.4mm的部分及尺寸6.0mm×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5908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5908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。MTM天線的模擬回送損耗繪於第60(a)圖，其中顯示在-6dB回送損耗的兩頻帶：0.925-0.99GHz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60(b)圖。一般，完美的50Ω匹配相當於操作頻帶內實數(Zin)=50Ω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1.8GHz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結構內的電感及電容。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側。為了簡化不在這些圖中顯示接地電極和CPW饋給。特別地，在此結構中，饋給線6108在上金屬層中形成，並連接至發射墊6112以通過耦合間隙6128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，發射墊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寬度的增加係藉由從第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，總集電感器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6210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(a)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)圖顯示具有第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。
總集元件可以附加至MTM天線結構的不同部分，以達到一定程度想要的效果。例如，電感器可以附加至曲折線路，可以縮短曲折線路的長度。在此範例中，由於縮短的曲折線路而降低的電感，以附加電感器來補償，而維持相同的天線性能。由於總集元件不輻射，可以放置於少輻射的位置，以盡量減少對天線輻射效率的影響。例如，經由在曲折線路的起點或終點附加電感器，可以得到相同的共振。不過，在曲折線路的終點附加電感器會顯著降低輻射效率，因為曲折線路的終點有最高的輻射。應注意可以結合這些總集元件負載技術以達到進一步的微型化。
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明。分開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分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，在一些實例中可以從申請專利範圍的組合中運用一或更多的特徵，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。
h．．．高度
ε．．．電容率
μ．．．磁導率
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
S11．．．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
1304．．．CPW(共面波前)饋給
1304．．．發射墊
1308．．．饋給線
1312．．．發射墊
1316．．．晶胞塊
1320．．．接觸孔
1324．．．接觸孔線路
1328．．．耦合間隙
1332．．．PCB孔
1336．．．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
1608．．．饋給線
1612．．．發射墊
1616-1和1616-2．．．晶胞塊1和2
1620．．．接觸孔
1624．．．接觸孔線路
1628-1、1628-2．．．耦合間隙
1632．．．PCB孔
1636．．．PCB元件
1640．．．上接地電極
1641．．．下接地電極
1648．．．接觸孔線路延伸
1652．．．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
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
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
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1
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
3112-2．．．下發射墊
3116-1．．．上晶胞塊
3116-2．．．下晶胞塊
3120．．．接觸孔
3124．．．接觸孔線路
3128-1．．．上耦合間隙
3128-2．．．下耦合間隙
3131-1．．．上耦合間隙
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
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．．．上耦合間隙
3528-2．．．下耦合間隙
3541．．．上接地電極
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
3616．．．饋給線
3620．．．CPW饋給
3624．．．上接地電極
3625．．．下接地電極
3628．．．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
4016．．．晶胞塊
4020．．．接觸孔
4024．．．接觸孔線路
4028．．．耦合間隙
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．．．繢給線
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
4640．．．上接地電極
4641．．．下接地電極
4808．．．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．．．發射墊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
5508-1．．．饋給線1
5508-2．．．饋給線2
5512-1．．．發射墊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．．．耦合間隙2
5532．．．基板
5540．．．上接地電極
5541．．．下接地電極
5904．．．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
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
[第1圖]顯示根據4單位晶胞的1維CRLH MTM TL的範例。
[第2圖]顯示第1圖所示的1維CRLH MTM TL的等效電路。
[第3圖]顯示第1圖所示的1維CRLH MTM TL的另一等效電路圖。
[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1維CRLH MT天線的範例。
[第6A圖]顯示類似第4A圖所示的TL例的1維CRLH天線等效電路的兩埠網路矩陣圖。
[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7A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。
[第8圖]顯示根據4單位晶胞，具有截短接地的1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1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1維CRLH MTM TL的另一範例。
[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1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]顯示第13(a)-13(c)圖所示的MTM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MTM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MTM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。
[第17(b)圖]顯示第16(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、側視圖、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及5mm，顯示第18(a)-18(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=2mm(毫米)、4mm及5mm，顯示第18(a)-18(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MTM天線結構(平面版)的製造樣品照片。
[第20(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。
[第23(a)-23(c)圖]顯示具有低頻MTM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回送損耗和耦合，其中回送損耗1指低頻MTM天線的回送損耗，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)圖所示的兩天線陣列的測量效率。
[第26圖]顯示具有低頻MTM天線和高頻MTM天線的縮小尺寸的兩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S11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3MTM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S11、S12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(a)圖]顯示第31(a)-31(c)圖所示的MTM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、側視圖、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(a)圖]顯示第36(a)-36(d)圖所示的MTM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。
[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、上層上視圖及下層上視圖。
[第44圖]顯示第43(a)-43(c)圖所示的MTM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MTM天線結構的測量效率。
[第46(a)-46(d)圖]顯示具有以晶胞塊圍繞的發射墊的MTM天線結構的範例，分別顯示3維圖、側視圖、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)-46(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、側視圖、上層上視圖及下層上視圖。
[第51(a)-51(b)圖]顯示第50(a)-50(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、側視圖、上層上視圖及下層上視圖。
[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維圖、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。
[第61(a)-61(c)圖]顯示在晶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)-61(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。
h．．．高度
ε．．．電容率
μ．．．磁導率

Claims (10)

  1. 一種超材料裝置，包括：一基板；複數超材料層，結合基板並圖案蝕刻成具有複數導電元件；以及一導電接觸孔，形成於基板內以連接在一金屬化層內的一導電元件至另一金屬化層的一導電元件；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；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內部開口；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；一饋給線，形成於上述第1金屬化層中；以及一發射墊，形成於上述第2金屬化層中的上述內部開口內，並通過上述接觸孔連接至上述饋給線，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。
  2. 一種超材料裝置，包括：一基板；複數超材料層，結合基板並圖案蝕刻成具有複數導電元件；以及一導電接觸孔，形成於基板內以連接在一金屬化層內的一導電元件至另一金屬化層的一導電元件；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；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1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1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內部開口；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；以及一發射墊，形成於上述第2金屬化層中的上述內部開口內，並通過上述第2接觸孔連接至上述饋給線，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。
  3. 一種超材料裝置，包括：一基板；複數超材料層，結合基板並圖案蝕刻成具有複數導電元件；以及一導電接觸孔，形成於基板內以連接在一金屬化層內的一導電元件至另一金屬化層的一導電元件；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；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；上述接觸孔包括一第1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，並圖案蝕刻以定義一內部開口，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金屬化層中的上述內部開口內；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。
  4. 一種超材料裝置，包括：一基板；複數超材料層，結合基板並圖案蝕刻成具有複數導電元件；以及一導電接觸孔，形成於基板內以連接在一金屬化層內的一導電元件至另一金屬化層的一導電元件；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；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，並圖案蝕刻以定義一內部開口；一晶胞塊，形成於上述第2金屬化層中的上述內部開口內；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。
  5. 一種超材料裝置，包括：一基板；複數超材料層，結合基板並圖案蝕刻成具有複數導電元件；以及一導電接觸孔，形成於基板內以連接在一金屬化層內的一導電元件至另一金屬化層的一導電元件；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；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1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1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金屬化層中並圖案蝕刻以定義一內部開口，上述發射墊經由上述第1接觸孔上述連接至上述饋給線； 一晶胞塊，形成於上述第2金屬化層中的上述內部開口內；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；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。
  6. 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1表面平行的上述基板的一第2表面上，並圖案蝕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墊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，形成於上述基板內以連接上述晶胞塊至上述晶胞接觸孔墊；以及一互連接觸孔，形成於上述基板內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內，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(CRLH)超材料結構。
  7. 如申請專利範圍第6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。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的裝置，其中上述晶胞塊形成具有上述開口，並且上述發射墊位於上述開口內。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的裝置，其中上述發射墊形成具有上述開口，並且上述晶胞塊位於上述開口內。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的裝置，其中該發射墊係位於上述第1金屬化層中的上述晶胞塊之上述開口內，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。
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