TWI643229B - 具有可調介電材料的傳輸開關及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種傳輸開關包含：一介電基板；位於該介電基板的上表面上方的一傳導接地層，其中該傳導接地層包括一第一接地區段以及與該第一接地區段分隔的一第二接地區段；位於該傳導接地層上方的一可調介電層，其中該可調介電層於一第一DC電壓具有一第一介電常數以及於一第二DC電壓具有一第二介電常數；以及位於該可調介電層上方的一傳導信號層，其中該傳導信號層包括一第一信號區段、一第二信號區段、以及連接該第一信號區段與該第二信號區段的一阻抗匹配區段。

Description

具有可調介電材料的傳輸開關及其操作方法
本揭露係關於一種傳輸開關及其操作方法，更特別關於一種具有可調介電材料的傳輸開關及其操作方法。
在高頻傳輸系統中，經常大量使用從一傳輸線切換至另一傳輸線的電子裝置。在高頻電子信號自信號輸入埠至信號輸出埠的傳輸中，經常需要選擇性連接與切斷信號輸入端與信號輸出端。如該先前技術中已知的，無線射頻(radio frequency，RF)開關係用以連接與切斷電路中的RF信號路徑之裝置。當連接RF信號路徑時，開關通常提供雙向RF信號傳輸。因此，饋送至無線射頻開關之輸入端的信號出現在開關的輸出端，反之亦然。 當無線射頻開關於兩埠之間提供具有相對低插入損耗特性的RF信號時，無線射頻開關通常稱為在該兩埠之間處於「開啟(ON)」狀態。當無線射頻開關於該兩埠之間提供具有相對高插入損耗特性的RF信號時，無線射頻開關通常稱為在該兩埠之間處於「關閉(OFF)」狀態。 上文之「先前技術」說明僅係提供背景技術，並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的，不構成本揭露之先前技術，且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。
本揭露係關於一種傳輸開關及其操作方法。 本揭露的實施例提供一種傳輸開關，包括：一介電基板；一傳導接地層，位於該介電基板的一上表面上方，其中該傳導接地層包括一第一接地區段以及與該第一接地區段相隔的一第二接地區段；一可調介電層，位於該傳導接地層上方，其中該可調介電層於一第一DC電壓具有一第一介電常數並且於一第二DC電壓具有一第二介電常數；以及一傳導信號層，位於該可調介電層上方，其中該傳導信號層包括一第一信號區段、一第二信號區段、以及連接該第一信號區段與該第二信號區段的一阻抗匹配區段。 在本揭露的實施例中，該傳輸開關另包括一底部傳導層，位於該介電基板的一下表面下方。 在本揭露的實施例中，該傳輸開關另包括一電壓施加裝置，經配置以施加一DC電壓至該可調介電層，以控制該可調介電層的該介電常數。 在本揭露的實施例中，該電壓施加裝置經配置以經由該傳導接地層與該傳導信號層而施加該DC電壓至該可調介電層。 在本揭露的實施例中，該第一接地區段、該可調介電層與該第一信號區段形成一第一共振區段；以及該第二接地區段、該可調介電層與該第二信號區段形成一第二共振區段。 在本揭露的實施例中，該第一信號區段與該第二信號區段為具有一有效電長度(effective electrical length)的傳導線，該有效電長度實質等於一操作頻率之半波長的整數倍，以及該傳輸開關在該操作頻率為一關閉狀態。 在本揭露的實施例中，該第一信號區段與該第二信號區段為具有一有效電長度(effective electrical length)的傳導線，該有效電長度實質等於一操作頻率之四分之一波長的奇數倍，以及該傳輸開關在該操作頻率為一關閉狀態。 在本揭露的實施例中，該傳輸開關另包括一第一傳導通路與一第二傳導通路，該第一傳導通路電連接該第一信號區段至該第一接地區段，以及該第二傳導通路電連接該第二信號區段至該第二接地區段。 在本揭露的實施例中，該第一信號區段與該第二信號區段具有一有效電長度，該有效電長度實質等於一操作頻率之四分之一波長的奇數倍，以及該傳輸開關在該操作頻率為一開啟狀態。 本揭露的實施例提供一種傳輸開關的操作方法，該傳輸開關包括一傳導接地層、一傳導信號層以及在該傳導接地層與該傳導信號層之間的一可調介電層；其中該操作方法包括：改變施加至該可調介電層的一DC電壓，因而改變該傳輸開關的一傳輸性質。 在本揭露的實施例中，改變施加至該可調介電層之DC電壓係經由該傳導接地層與該傳導信號層而施加至該可調介電層。 在本揭露的實施例中，改變施加至該可調介電層的一DC電壓改變該可調介電層的一介電常數。 在本揭露的實施例中，該傳輸開關包括一第一共振區段、一第二共振區段、以及連接該第一共振區段與該第二共振區段的一阻抗匹配區段；改變施加至該可調介電層的一DC電壓改變該第一共振區段的一第一阻抗與該第二共振區段的一第二阻抗。 在本揭露的實施例中，該第一共振區段與該第二共振區段於一操作頻率係作為開路；以及改變施加至該可調介電層的一DC電壓，關閉該傳輸開關。 在本揭露的實施例中，該第一共振區段與該第二共振區段於一操作頻率作為短路；以及改變施加至該可調介電層的一DC電壓開啟該傳輸開關。 在本揭露的實施例中，改變施加至該可調介電層的一DC電壓包括施加一第一DC電壓至該可調介電層以關閉該傳輸開關，以及施加一第二DC電壓至該可調介電層以開啟該傳輸開關。 上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。
本揭露之以下說明伴隨併入且組成說明書之一部分的圖式，說明本揭露之實施例，然而本揭露並不受限於該實施例。此外，以下的實施例可適當整合以下實施例以完成另一實施例。 「一實施例」、「實施例」、「例示實施例」、「其他實施例」、「另一實施例」等係指本揭露所描述之實施例可包含特定特徵、結構或是特性，然而並非每一實施例必須包含該特定特徵、結構或是特性。再者，重複使用「在實施例中」一語並非必須指相同實施例，然而可為相同實施例。 本揭露係關於一種傳輸開關及其操作方法。為了使得本揭露可被完全理解，以下說明提供詳細的步驟與結構。顯然，本揭露的實施不會限制該技藝中的技術人士已知的特定細節。此外，已知的結構與步驟不再詳述，以免不必要地限制本揭露。本揭露的較佳實施例詳述如下。然而，除了詳細說明之外，本揭露亦可廣泛實施於其他實施例中。本揭露的範圍不限於詳細說明的內容，而是由申請專利範圍定義。 圖1為三維示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關10A；圖2為分解示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關10A。在本揭露的實施例中，傳輸開關10A包括介電基板11、位於介電基板11之下表面下方的底部傳導層13、位於介電基板11之上表面上方的傳導接地層20、位於傳導接地層20上方的可調介電層30A、以及位於可調介電層30A上方的傳導信號層40A。 在本揭露的實施例中，介電基板11為玻璃纖維基板，以及底部傳導層13、傳導接地層20與傳導信號層40A係由導體(例如銅)製成。在本揭露的實施例中，底部傳導層13實質覆蓋介電基板11的下表面。 在本揭露的實施例中，傳導接地層20包括第一接地區段21A以及與第一接地區段21A分隔的第二接地區段21B；可調介電層30A覆蓋傳導接地層20的一部分；以及傳導信號層40A包括第一信號區段41A、第二信號區段41B、以及連接第一信號區段41A與第二信號區段41B的阻抗匹配區段41C。在本揭露的實施例中，第一接地區段21A的一端係作為傳輸開關10A的輸入端23A，以及第二接地區段21B的一端係作為傳輸開關10A的輸出端23B。 在本揭露的實施例中，第一接地區段21A、可調介電層30A的第一部分31A與第一信號區段41A形成第一共振區段50A；以及第二接地區段21B、可調介電層30A的第二部分31B與第二信號區段41B形成第二共振區段50B。 圖3例示本揭露實施例之可調介電層30A在不同DC電壓之介電常數變化。在本揭露的實施例中，可調介電層30A由液晶組成，例如德國Merck KGaA的GT3系列，其在第一DC電壓(DC1)為第一介電常數(εL )且在第二DC電壓(DC2)為第二介電常數(εH )，其中第一介電常數(εL )低於第二介電常數(εH )。換言之，改變施加於可調介電層30A的DC電壓可改變可調介電層30A的介電常數。 參閱圖1，在本揭露的實施例中，傳輸開關10A另包括電壓施加裝置15，經配置以施加DC電壓至可調介電層30A，因而控制可調介電層30A的介電常數。在本揭露的實施例中，電壓施加裝置15係經配置以經由傳導接地層20與傳導信號層40A而施加DC電壓至可調介電層30A。 圖4例示本揭露實施例之傳輸開關10A在不同電壓及頻率之傳輸係數(亦即S係數)變化。在本揭露的實施例中，藉由具有有效電長度(an effective electrical length)的傳導線，實現第一信號區段41A與第二信號區段41B，該有效電長度實質等於操作頻率之半波長的整數倍，因而提供高阻抗(均等的開路)於連接阻抗匹配區段41C的節點。在本揭露的實施例中，可藉由電子元件(包含並聯或串聯的感應器與電容器)均等實施第一信號區段41A與第二信號區段41B，因而提供高均等阻抗於連接阻抗匹配區段41C的節點。 在本揭露的實施例中，當可調介電層30A偏壓於第一DC電壓DC1時，可調介電層30A具有第一介電常數(εL )，並且第一共振區段50A與第二共振區段50B在操作頻率具有低等效阻抗；因此，第一共振區段50A與第二共振區段50B可分別作為輸入端23A、輸出端23B與阻抗匹配區段41C之間的短路。相對地，當可調介電層30A偏壓於第二DC電壓DC2時，可調介電層30A具有第二介電常數(εH )，並且第一共振區段50A與第二共振區段50B於操作頻率具有高等效阻抗；因此，第一共振區段50A與第二共振區段50B可分別作為輸入端23A、輸出端23B與阻抗匹配區段41C之間的開路。換言之，改變施加於可調介電層30A的DC電壓，可改變第一共振區段50A的阻抗與第二共振區段50B的阻抗。 假設傳輸開關10A經設計以操作於操作頻率(F1)，由於可調介電層30A偏壓於第一DC電壓DC1，傳輸開關10A在操作頻率的傳輸係數為高位準，亦即傳輸開關10A可視為處於開啟狀態。當可調介電層30A偏壓於第二DC電壓DC2，傳輸開關10A在操作頻率的傳輸係數為相對低位準，亦即傳輸開關10A可視為處於關閉狀態。換言之，改變施加於可調介電層30A的DC電壓可改變傳輸開關10A在操作頻率之傳輸性質(傳輸係數)。 此外，當可調介電層30A的偏壓電壓從第一DC電壓DC1改變為第二DC電壓DC2時，傳輸開關10A的傳輸係數之波形相對於頻率而偏移(亦即沿著橫軸偏移)，因而傳輸開關10A的傳輸係數於另一頻率(F2)為相對高位準，而於操作頻率(F1)則為相對低位準。 圖5為三維示意圖，例示說明本揭露實施例的傳輸開關10B；圖6為分解示意圖，例示說明本揭露實施例的傳輸開關10B。傳輸開關10B基本上類似於圖1中的傳輸開關10A，差別在於傳導信號層40B包括第一信號區段42A、第二信號區段42B、以及連接第一信號區段42A與第二信號區段42B的阻抗匹配區段41C。 在本揭露的實施例中，第一接地區段21A、可調介電層30A的第一部分31A與第一信號區段42A形成第一共振區段52A；以及第二接地區段21B、可調介電層30A的第二部分31B與第二信號區段42B形成第二共振區段52B。 此外，傳輸開關10B另包括電連接第一信號區段42A至第一接地區段21A的第一傳導通路44A，以及電連接第二信號區段42B至第二接地區段21B的第二傳導通路44B。在本揭露的實施例中，電壓施加裝置15經配置以經由傳導接地層20與可調介電層30A上的傳導墊16而施加DC電壓至可調介電層30A。 在本揭露的實施例中，藉由具有有效電長度(an effective electrical length)的傳導線，實現第一信號區段42A與第二信號區段42B，該有效電長度實質等於操作頻率(F1)之四分之一波長的奇數倍，因而提供高等效阻抗，其因而提供高阻抗(等效開路)於連接阻抗匹配區段41C的節點。在本揭露的實施例中，可藉由電子元件(例如並聯或串聯的感應器與電容器)等效實現第一信號區段42A與第二信號區段42B，因而提供高等效阻抗於連接阻抗匹配區段41C的節點。 在本揭露的實施例中，當可調介電層30A偏壓於第一DC電壓DC1時，可調介電層30A具有第一介電常數(εL )，並且第一共振區段52A與第二共振區段52B在操作頻率具有低等效阻抗；因此，第一共振區段52A與第二共振區段52B可分別作為輸入端23A、輸出端23B與阻抗匹配區段41C之間的短路。相對地，當可調介電層30A偏壓於第二DC電壓DC2時，可調介電層30A具有第二介電常數(εH )，並且第一共振區段52A與第二共振區段52B於操作頻率具有高等效阻抗；因此，第一共振區段52A與第二共振區段52B可分別作為輸入端23A、輸出23B與阻抗匹配區段41C之間的開路。 傳輸開關10B的傳輸性質類似於圖4所示。假設傳輸開關10B經設計以操作於操作頻率(F1)，由於可調介電層30A偏壓於第一DC電壓DC1，傳輸開關10B於操作頻率的傳輸係數為高位準，亦即傳輸開關10B可視為處於開啟狀態。當可調介電層30A偏壓於第二DC電壓DC2，傳輸開關10B於操作頻率的傳輸係數為相對低位準，亦即傳輸開關10B可視為係於關閉狀態。 圖7為三維示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關10C；圖8為分解示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關10C。傳輸開關10C基本上類似於圖5的傳輸開關10B，差別在於傳導信號層40C包括第一信號區段43A、第二信號區段43B、以及連接第一信號區段43A與第二信號區段43B的阻抗匹配區段41C。 在本揭露的實施例中，第一接地區段21A、可調介電層30A的第一部分31A與第一信號區段43A形成第一共振區段53A；以及第二接地區段21B、可調介電層30A的第二部分31B與第二信號區段43B形成第二共振區段53B。在本揭露的實施例中，第一信號區段43A與第二信號區段43B為具有有效電長度的傳導線，該有效電長度實質等於操作頻率(F1)之四分之一波長的奇數倍，因而提供低阻抗(等效短路)於連接阻抗匹配區段41C的節點。在本揭露的實施例中，藉由電子元件(包含並聯或串聯的感應器與電容器)可等效實施第一信號區段43A與第二信號區段43B，以提供低等效阻抗於連接阻抗匹配區段41C的節點。 圖9例示本揭露實施例之傳輸開關在不同電壓及頻率之傳輸係數(亦即S係數)變化。假設傳輸開關10C經設計以操作於操作頻率(F1)，由於可調介電層30C偏壓於第一DC電壓DC1時，傳輸開關10C於操作頻率的傳輸係數為低位準，亦即傳輸開關10C係於關閉狀態。當可調介電層30C偏壓於第二DC電壓DC2時，傳輸開關10C於操作頻率的傳輸係數為相對高位準level)，亦即傳輸開關10C係於開啟狀態。 此外，可調介電層30C的偏壓電壓從第一DC電壓DC1改變為第二DC電壓DC2時，傳輸開關10C的傳輸係數之波形沿著橫軸偏移，因而傳輸開關10C的傳輸係數於另一頻率(F2)為相對低位準，但於操作頻率(F1)為相對高位準。 雖然已詳述本揭露及其優點，然而應理解可進行各種變化、取代與替代而不脫離申請專利範圍所定義之本揭露的精神與範圍。例如，可用不同的方法實施上述的許多製程，並且以其他製程或其組合替代上述的許多製程。 再者，本申請案的範圍並不受限於說明書中所述之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法與步驟之特定實施例。該技藝之技術人士可自本揭露的揭示內容理解可根據本揭露而使用與本文所述之對應實施例具有相同功能或是達到實質相同結果之現存或是未來發展之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟。據此，此等製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟係包含於本申請案之申請專利範圍內。
10A‧‧‧傳輸開關
10B‧‧‧傳輸開關
10C‧‧‧傳輸開關
11‧‧‧介電基板
13‧‧‧底部傳導層
15‧‧‧電壓施加裝置
16‧‧‧傳導墊
20‧‧‧傳導接地層
21A‧‧‧第一接地區段
21B‧‧‧第二接地區段
23A‧‧‧輸入端
23B‧‧‧輸出端
30A‧‧‧可調介電層
30C‧‧‧可調介電層
31A‧‧‧第一部分
31B‧‧‧第二部分
40A‧‧‧傳導信號層
40B‧‧‧傳導信號層
40C‧‧‧傳導信號層
41A‧‧‧第一信號區段
41B‧‧‧第二信號區段
41C‧‧‧阻抗匹配區段
44A‧‧‧第一傳導通路
44B‧‧‧第二傳導通路
50A‧‧‧第一共振區段
50B‧‧‧第二共振區段
52A‧‧‧第一共振區段
52B‧‧‧第二共振區段
53A‧‧‧第一共振區段
53B‧‧‧第二共振區段
參閱詳細說明與申請專利範圍結合考量圖式時，可得以更全面了解本申請案之揭示內容，圖式中相同的元件符號係指相同的元件。 圖1為三維示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關。 圖2為分解示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關。 圖3例示本揭露實施例之可調介電層在不同DC電壓之介電常數變化。 圖4例示本揭露實施例之傳輸開關在不同電壓及頻率之傳輸係數(亦即S係數)變化。 圖5為三維示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關。 圖6為分解示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關。 圖7為三維示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關。 圖8為分解示意圖，例示本揭露實施例的傳輸開關。 圖9例示本揭露實施例之傳輸開關在不同電壓及頻率之傳輸係數(亦即S係數)變化。

Claims (15)

  1. 一種傳輸開關，包括：一介電基板；一傳導接地層，位於該介電基板的一上表面上方，其中該傳導接地層包括一第一接地區段以及與該第一接地區段相隔的一第二接地區段；一可調介電層，位於該傳導接地層上方，其中該可調介電層於一第一DC電壓具有一第一介電常數並且於一第二DC電壓具有一第二介電常數；以及一傳導信號層，位於該可調介電層上方，其中該傳導信號層包括一第一信號區段、一第二信號區段、以及連接該第一信號區段與該第二信號區段的一阻抗匹配區段。
  2. 如請求項1所述之傳輸開關，另包括一底部傳導層，該底部傳導層位於該介電基板的一下表面下方。
  3. 如請求項1所述之傳輸開關，另包括一電壓施加裝置，經配置以施加DC電壓至該可調介電層，以控制該可調介電層的介電常數。
  4. 如請求項3所述之傳輸開關，其中該電壓施加裝置經配置以經由該傳導接地層與該傳導信號層而施加該DC電壓至該可調介電層。
  5. 如請求項1所述之傳輸開關，其中該第一接地區段、該可調介電層與該第一信號區段形成一第一共振區段；以及該第二接地區段、該可調介電層與該第二信號區段形成一第二共振區段。
  6. 如請求項5所述之傳輸開關，其中該第一信號區段與該第二信號區段為具有一有效電長度(effective electrical length)的傳導線，該有效電長度實質等於一操作頻率之半波長的整數倍，以及該傳輸開關在該操作頻率為一關閉狀態。
  7. 如請求項5所述之傳輸開關，其中該第一信號區段與該第二信號區段為具有一有效電長度(effective electrical length)的傳導線，該有效電長度實質等於一操作頻率之四分之一波長的奇數倍，以及該傳輸開關在該操作頻率為一關閉狀態。
  8. 如請求項7所述之傳輸開關，另包括一第一傳導通路與一第二傳導通路，該第一傳導通路電連接該第一信號區段至該第一接地區段，以及該第二傳導通路電連接該第二信號區段至該第二接地區段。
  9. 如請求項5所述之傳輸開關，其中該第一信號區段與該第二信號區段具有一有效電長度，該有效電長度實質等於一操作頻率之四分之一波長的奇數倍，以及該傳輸開關在該操作頻率為一開啟狀態。
  10. 一種傳輸開關的操作方法，該傳輸開關包括一傳導接地層、一傳導信號層以及在該傳導接地層與該傳導信號層之間的一可調介電層；其中該傳輸開關包括一第一共振區段、一第二共振區段、以及連接該第一共振區段與該第二共振區段的一阻抗匹配區段；其中該操作方法包括改變施加至該可調介電層之一DC電壓以改變該傳輸開關的傳輸性質；其中改變施加至該可調介電層之DC電壓改變該第一共振區段的一第一阻抗與該第二共振區段的一第二阻抗。
  11. 如請求項10所述之傳輸開關的操作方法，其中改變施加至該可調介電層之DC電壓係經由該傳導接地層與該傳導信號層而施加至該可調介電層。
  12. 如請求項10所述之傳輸開關的操作方法，其中改變施加至該可調介電層之DC電壓改變該可調介電層的一介電常數。
  13. 如請求項10所述之傳輸開關的操作方法，其中該第一共振區段與該第二共振區段於一操作頻率係作為開路；以及改變施加至該可調介電層之DC電壓關閉該傳輸開關。
  14. 如請求項10所述之傳輸開關的操作方法，其中該第一共振區段與該第二共振區段於一操作頻率作為短路；以及改變施加至該可調介電層之DC電壓開啟該傳輸開關。
  15. 如請求項12所述之傳輸開關的操作方法，其中改變施加至該可調介電層之DC電壓包括施加一第一DC電壓至該可調介電層以關閉該傳輸開關，以及施加一第二DC電壓至該可調介電層以開啟該傳輸開關。
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