TWI748579B - 用於毫米波之轉接結構以及多層轉接結構 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於毫米波之轉接結構，其包括耦接於第一傳輸線的末端之第一層訊號元件，以及以離第一傳輸線的條狀本體與末端等距的方式沿著第一傳輸線的條狀本體之相對兩側配置與圍繞第一傳輸線的末端之複數個第一層接地元件。轉接結構又包括耦接第一層訊號元件的中間層訊號元件，以及以準同軸的方式圍繞中間層訊號元件之複數個接地元件。本發明又提供一種用於毫米波之包括多層結構及轉接結構之多層轉接結構。本發明可克服多層結構的厚度對於操作頻率所造成的影響，進而提高多層結構之共振頻率。

Description

用於毫米波之轉接結構以及多層轉接結構
本發明係關於一種轉接結構以及多層轉接結構，詳而言之，係關於一種用於毫米波之轉接結構以及多層轉接結構。
在現今5G通信時代，新世代行動通訊(next generation mobile)技術在例如自動汽車(V2X)、邊緣計算、或人工智慧物聯網(AIoT)等各種應用中發揮著關鍵作用。3GPP第15版(Release 15)定義了5G新無線電(5G New Radio,5G NR)行動通訊標準，即對於6GHz以下的頻譜與毫米波頻帶，區分為第一型頻率範圍(Frequency Ranges 1；FR1)與第二型頻率範圍(Frequency Ranges 2；FR2)，FR1頻段範圍為450-6000MHz，FR2頻段範圍則為24250-52600MHz。
於現有技術中，用於毫米波頻帶之垂直轉接結構如圖1A和圖1B所示。一般而言，垂直轉接結構可用於多層電路板之轉接，例如總厚度大約1.151mm之電路板。垂直轉接結構可包括一個訊號接腳(signal pin)11和兩個接地接腳(ground pin)13，而兩個傳輸線12分別耦接於訊號接腳11的兩端。通常可藉由調整接地接腳13與訊號接腳11之間的間隙14來改變阻抗，間隙14越小則阻抗越小。此外，調整訊號接腳11或接地接腳13的直徑也可改變阻抗，直徑越小阻抗越大。 另外，調整訊號接腳11或接地接腳13的高度亦可改變阻抗，高度越小操作頻率越高。
換言之，在垂直轉接結構中，間隙14和接腳的直徑和高度影響著操作頻率。然而，如圖1C所示之垂直轉接結構之透射係數(transmission coefficient)-頻率(Frequency)曲線圖可發現，在頻率21GHz附近產生了共振點。此外，圖1C係繪示不同間隙之透射係數-頻率曲線圖，自上至下分別為間隙14mil、10mil、6mil、2mil，在頻率約20GHz開始有插入損耗(insertion losses)，到頻率約23GHz左右插入損耗有4到10dB不等，而不利於5G通訊的傳輸。
因此，如何改善轉接結構的操作頻率，同時克服電路板厚度的影響，為目前業界急待解決的議題之一。
本發明之一實施例揭示一種用於毫米波之轉接結構，係包括：第一層訊號元件，係耦接設在多層結構的第一層之第一傳輸線的末端；以及複數個第一層接地元件，係耦接該多層結構的第一層並圍繞該第一傳輸線的條狀本體及該末端。此外，部分該複數個第一層接地元件係以離該第一傳輸線的末端等距的方式圍繞該第一傳輸線的末端，且部分該複數個第一層接地元件係以離該第一傳輸線的條狀本體等距的方式沿著該第一傳輸線的條狀本體之相對兩側配置。
於另一實施例中，該轉接結構復包括：第二層接地元件，係耦接該多層結構中設有第二傳輸線之第二層，且該複數個第二層接地元件圍繞該第二傳輸線的條狀本體及該第二傳輸線的末端，而該第二傳輸線的末端耦接至該 第一層訊號元件。此外，部分該複數個第二層接地元件係以離該第二傳輸線的末端等距的方式圍繞該第二傳輸線的末端，且部分該複數個第二層接地元件係以離該第二傳輸線的條狀本體等距的方式沿著該第二傳輸線的條狀本體之相對兩側配置。另外，該第一傳輸線與該第二傳輸線係朝相反方向延伸，且以該第一傳輸線的末端與該第二傳輸線的末端之連線為軸線，而該軸線貫穿該第一層訊號元件，該複數個第一層接地元件與該複數個第二層接地元件係共同(如完整地)圍繞該第一層訊號元件。
於又一實施例中，該轉接結構復包括：中間層訊號元件，係耦接該第一層訊號元件；以及複數個中間層接地元件，係耦接該多層結構中在該第一層與該第二層之間的中間層，且該複數個中間層接地元件係以準同軸的方式圍繞該中間層訊號元件。
於再一實施例中，該轉接結構復包括：第三層訊號元件，係耦接至該第一層訊號元件；以及複數個第三層接地元件，係耦接該多層結構中在該第一層與該第二層之間的第三層，且該第三層具有對應該第二傳輸線的第三空腔，而該複數個第三層接地元件沿著該第三空腔的邊緣配置。此外，該複數個第三層接地元件係以離該第三空腔的邊緣等距的方式沿著該第三空腔的邊緣配置。
本發明揭示一種用於毫米波之多層轉接結構，係包括：多層結構，包括具有第一傳輸線之第一層；以及轉接結構，包括耦接該多層結構的第一層之第一層訊號元件及複數個第一層接地元件，且該第一層訊號元件耦接該第一傳輸線的末端，而該複數個第一層接地元件圍繞該第一傳輸線的條狀本體及該末端。此外，部分該複數個第一層接地元件係以離該第一傳輸線的末端等距的方式 圍繞該第一傳輸線的末端，且部分該複數個第一層接地元件係以離該第一傳輸線的條狀本體等距的方式沿著該第一傳輸線的條狀本體之相對兩側配置。
於另一實施例中，該多層結構係包括具有第二傳輸線之第二層，該第二傳輸線耦接至該第一層訊號元件；以及該轉接結構係包括耦接該多層結構的第二層之複數個第二層接地元件，且該複數個第二層接地元件圍繞該第二傳輸線的條狀本體及該第二傳輸線的末端。此外，部分該複數個第二層接地元件係以離該第二傳輸線的末端等距的方式圍繞該第二傳輸線的末端，且部分該複數個第二層接地元件係以離該第二傳輸線的條狀本體等距的方式沿著該第二傳輸線的條狀本體之相對兩側配置。此外，該第一傳輸線與該第二傳輸線係朝相反方向延伸，且以該第一傳輸線的末端與該第二傳輸線的末端之連線為軸線，而該軸線貫穿該第一層訊號元件，該複數個第一層接地元件與該複數個第二層接地元件係共同(如完整地)圍繞該第一層訊號元件。
於又一實施例中，該多層結構係包括在該第一層與該第二層之間的中間層；該轉接結構係包括中間層訊號元件以及複數個中間層接地元件，且該中間層訊號元件耦接該第一層訊號元件，而該複數個中間層接地元件係以準同軸的方式圍繞該中間層訊號元件。
於再一實施例中，該多層結構係包括在該第一層與該第二層之間的第三層，該第三層具有對應該第二傳輸線的第三空腔；以及該轉接結構係包括第三層訊號元件及複數個第三層接地元件，且該第三層訊號元件耦接至該第一層訊號元件，而該複數個第三層接地元件沿著該第三空腔的邊緣配置。此外，該複數個第三層接地元件係以離該第三空腔的邊緣等距的方式沿著該第三空腔的邊緣配置。
此外，該第一層訊號元件可為訊號通孔(via)或訊號貫孔(via hole)，該複數個第一層接地元件可為接地通孔(via)或接地貫孔(via hole)。另外，該多層結構的第一層形成有第一空腔以容置該第一傳輸線，該複數個第一層接地元件係以離該第一空腔的邊緣等距的方式沿著該第一空腔的邊緣配置，而該多層結構的第二層形成有第二空腔以容置該第二傳輸線，該複數個第二層接地元件係以離該第二空腔的邊緣等距的方式沿著該第二空腔的邊緣配置，且該第一空腔與該第二空腔係朝相反方向開口。
11:訊號接腳
12:傳輸線
13:接地接腳
14:間隙
21:第一層訊號元件
23:中間層訊號元件
24、24’:第三層訊號元件
31:第一層
310:第一空腔
311:第一傳輸線
32:第二層
320:第二空腔
321:第二傳輸線
33:中間層
330:中間空腔
34、34’:第三層
340、340’:第三空腔
35:底板
41:第一層接地元件
42:第二層接地元件
43:中間層接地元件
44、44’:第三層接地元件
圖1A及圖1B為現有技術中垂直轉接結構之結構示意圖；
圖1C為現有技術中垂直轉接結構之透射係數-頻率曲線圖；
圖2為本發明之用於毫米波之多層結構及轉接結構之立體示意圖；
圖3為本發明之用於毫米波之多層結構及轉接結構之側視示意圖；
圖4為本發明之用於毫米波之多層結構及轉接結構之局部放大圖；
圖5為本發明之用於毫米波之多層結構及轉接結構之俯視示意圖；
圖6A至圖6D為本發明之用於毫米波之多層結構及轉接結構之第一層、第二層、中間層及第三層之示意圖；以及
圖7為本發明之用於毫米波之多層結構及轉接結構之透射係數-頻率曲線圖。
以下藉由特定的實施例說明本發明之實施方式，熟習此項技藝之人士可由本文所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等均僅用於配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，非用於限定本發明可實施之限定條件，故任何修飾、改變或調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容能涵蓋之範圍內。
請參閱圖2及圖3，係為本發明之用於毫米波之多層結構，其顯示26層的多層結構，總厚度約3.95mm，一底板35承載設於其上的該多層結構，另可利用封裝材料(未予以圖示)填充於此多層結構之層與層之間及其與底板35之間的空間。須說明的是，具體實施時並不限於層數、厚度或材料。此多層結構主要包括第一層31、第二層32、在第一層31與第二層32之間的一個或多個中間層33、以及在第一層31與第二層32之間的一個或多個第三層34、34’。另外，第一層31與第二層32的厚度可相較於中間層33的來得薄，大約0.1至0.2mm，端視需求或阻抗來決定。
請配合參閱圖3，本發明之轉接結構包括第一層訊號元件21(詳參圖4)、圍繞第一層訊號元件21之複數個第一層接地元件41、複數個第二層接地元件42、耦接第一層訊號元件21之中間層訊號元件23、圍繞中間層訊號元件23之複數個中間層接地元件43、耦接至第一層訊號元件21之第三層訊號元件24、24’(詳參圖6D)、以及圍繞第三層訊號元件24、24’之複數個第三層接地元件44、44’。須說明的是，本文所述「耦合或耦接」的 意思可如同「電連接」，即無論在結構上是直接或間接的連接關係，之間是有電訊號傳輸的。
請配合參閱圖4和圖5，其中，圖4為圖2的局部放大圖，圖5為圖2的第一層31往下俯視之俯視圖。第一層訊號元件21、中間層訊號元件23、第三層訊號元件24、24’係串聯耦接。此外，第一層訊號元件21耦接至第一層31中的第一傳輸線311，且第一層31配合第一傳輸線311的條狀外形而形成有第一空腔310以容置第一傳輸線311，而第一層訊號元件21經由中間層訊號元件23或再經由第三層訊號元件24、24’耦接至在第二層32中的第二傳輸線321，且第二層32配合第二傳輸線321的條狀外形而形成有第二空腔320以容置第二傳輸線321。此外，第一傳輸線311與第二傳輸線321朝相反方向延伸，故第一空腔310與第二空腔320朝相反方向開口。通常來說，第一傳輸線311的寬度與第一層31的厚度相關，第二傳輸線321的寬度與第二層32的厚度相關。
接著參閱圖6A至圖6D，為圖2的第二層32往上仰視之仰視圖，概略繪示各層的訊號元件及接地元件之配置。
如圖6A所示，第一層訊號元件21耦接第一傳輸線311的末端，而複數個第一層接地元件41在第一層31上圍繞第一傳輸線311，且複數個第一層接地元件41之間為等間距。詳言之，複數個第一層接地元件41以離第一傳輸線311的末端等距的方式圍繞第一傳輸線311的末端，也就是說，以第一層訊號元件21為圓心，部分複數個第一層接地元件41圍繞第一層訊號元件21半圈。其次，部分複數個第一層接地元件41以離第一傳輸線311的條狀本體等距的方式沿著第一傳輸線311的條狀本體之相對兩側配置，其中， 第一層接地元件41與第一傳輸線311的條狀本體之間的距離是依據直線距離來決定。再次，複數個第一層接地元件41又以離第一空腔310的邊緣等距的方式沿著第一空腔310的邊緣配置，其中，第一空腔310是配合第一傳輸線311的條狀外形所形成，故第一空腔310的邊緣與第一傳輸線311的整體為等距。
如圖6B所示，第二傳輸線321的末端耦接至第一層訊號元件21，而複數個第二層接地元件42在第二層32上圍繞第二傳輸線321，且複數個第二層接地元件42之間為等間距。詳言之，複數個第二層接地元件42以離第二傳輸線321的末端等距的方式圍繞第二傳輸線321的末端，也就是說，以第二傳輸線321的末端為圓心，部分複數個第二層接地元件42圍繞第二傳輸線321的末端半圈。其次，部分複數個第二層接地元件42並以離第二傳輸線321的條狀本體等距的方式沿著第二傳輸線321的條狀本體之相對兩側配置，其中，第二層接地元件42與第二傳輸線321的條狀本體之間的距離是依據直線距離來決定。再次，複數個第二層接地元件42又以離第二空腔320的邊緣等距的方式沿著第二空腔320的邊緣配置，其中，第二空腔320是配合第二傳輸線321的條狀外形所形成，故第二空腔320的邊緣與第二傳輸線321的整體為等距。
請配合參閱圖6A和圖6B，以第一傳輸線311的末端與第二傳輸線321的末端之連線為軸線，而該軸線貫穿第一層訊號元件21，該軸線的兩個半圈分別由位在不同層上之第一層接地元件41與第二層接地元件42所圍繞，換言之，複數個第一層接地元件41結合複數個第二層接地元件42係共同地圍繞第一層訊號元件21，即圍繞第一訊號元件21完整一圈。此外， 第一傳輸線311與第二傳輸線321朝相反方向延伸，故第一空腔310與第二空腔320的朝相反方向開口，且第一傳輸線311條狀本體兩側的第一空腔310的邊緣間距亦可等於第二傳輸線321條狀本體兩側的第二空腔320的邊緣間距。此外，第一層接地元件41與第二層接地元件42的數量可相等，即第二層32超出第一層31之區域的第二接地元件42部分可省略，也就是第一層接地元件41與第二層接地元件42的數量皆為19個，當然本發明並不限制數量，端視具體實作或需求來決定。
因此，藉由本發明之第一層訊號元件、複數個第一層接地元件、及複數個第二層接地元件之配置，本發明之轉接結構能達到提升操作頻率之功效。
如圖6C所示，中間層訊號元件23耦接第一層訊號元件21，而複數個中間層接地元件43在中間層33上以準同軸(quasi-coaxial)的方式圍繞中間層訊號元件23，且複數個中間層接地元件43之間為等間距。此外，中間層33形成有中間空腔330以供中間層訊號元件23貫穿，其中，複數個中間層接地元件43以離中間空腔330的邊緣等距的方式沿著中間空腔330的邊緣配置。須說明的是，圖6C僅示意地顯示圖2和圖3的中間層33的其中一者，具體實施時可視需要決定中間層33的層數。
請配合參閱圖6A和圖6C，複數個中間層接地元件43以準同軸的方式圍繞第一層訊號元件21。因此，藉由本發明之第一層訊號元件、複數個第一層接地元件、中間層訊號元件、及複數個中間層接地元件之配置，本發明之轉接結構能達到提升操作頻率之功效。
如圖6D所示，第三層訊號元件24、24’，例如經由中間層訊號元件23，耦接至第一層訊號元件21，複數個第三層接地元件44、44’以離第三空腔340、340’的邊緣等距的方式沿著第三空腔340、340’的邊緣配置。第三空腔340、340’對應第二傳輸線321的外形但稍大於第二空腔320，並與第二空腔320朝相同方向開口。須說明的是，第三層34或34’基本上結構相同，具體實施時可視需要決定第三層的數量。藉由在第一層31與第二層32之間設計第三層34、34’及第三空腔340、340’，可調整各層所產生的阻抗。
另外，上述第一層訊號元件21、中間層訊號元件23、第三層訊號元件24、24’可例如為訊號通孔(via)或訊號貫孔(via hole)，上述複數個第一層接地元件41、第二層接地元件42、中間層接地元件43、及第三層接地元件44、44’可例如為接地通孔(via)或接地貫孔(via hole)。
請參閱圖7，在約42GHz以下，S參數中之順向傳輸係數S21的插入耗損約0.04dB至1dB之間，其表示訊號從埠1(port 1)傳輸到埠2(port 2)之過程中的插入損耗(insertion losses)非常小，而在約42-43GHz附近則有較大的插入耗損。換言之，應用本發明之轉接結構，共振頻率可提高到約42.66GHz，相較於現有技術可達到更高頻。
綜上所述，本發明之用於毫米波之轉接結構及多層轉接結構，可將微帶線(ML)轉接至平面陣列網格，藉由第一層訊號元件與圍繞第一層訊號元件半圈之複數個第一層接地元件、圍繞第一層訊號元件另外半圈之第二層接地元件、及/或中間層訊號元件與準同軸地圍繞中間層訊號元件之複數個接地元件，能降低多層結構厚度對於操作頻率的影響，藉此提高共振頻率。
上述實施例僅例示性說明本發明之功效，而非用於限制本發明，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下對上述該些實施態樣進行修飾與改變。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
31:第一層
311:第一傳輸線
32:第二層
321:第二傳輸線
33:中間層
34、34’:第三層
35:底板
41:第一層接地元件
42:第二層接地元件
43:中間層接地元件
44、44’:第三層接地元件

Claims (16)

  1. 一種用於毫米波之轉接結構，係包括：第一層訊號元件，係耦接設在多層結構的第一層之第一傳輸線的末端；複數個第一層接地元件，係耦接該多層結構的第一層並圍繞該第一傳輸線的條狀本體及該末端；複數個第二層接地元件，係耦接該多層結構中設有第二傳輸線之第二層，且該複數個第二層接地元件圍繞該第二傳輸線的條狀本體及該第二傳輸線的末端，而該第二傳輸線的末端耦接至該第一層訊號元件；第三層訊號元件，係耦接至該第一層訊號元件；以及複數個第三層接地元件，係耦接該多層結構中在該第一層與該第二層之間的第三層，且該第三層具有對應該第二傳輸線的第三空腔，而該複數個第三層接地元件沿著該第三空腔的邊緣配置。
  2. 如請求項1所述之轉接結構，其中，部分該複數個第一層接地元件係以離該第一傳輸線的末端等距的方式圍繞該第一傳輸線的末端，且部分該複數個第一層接地元件係以離該第一傳輸線的條狀本體等距的方式沿著該第一傳輸線的條狀本體之相對兩側配置。
  3. 如請求項1所述之轉接結構，其中，部分該複數個第二層接地元件係以離該第二傳輸線的末端等距的方式圍繞該第二傳輸線的末端，且部分該複數個第二層接地元件係以離該第二傳輸線的條狀本體等距的方式沿著該第二傳輸線的條狀本體之相對兩側配置。
  4. 如請求項1所述之轉接結構，其中，該第一傳輸線與該第二傳輸線係朝相反方向延伸，且以該第一傳輸線的末端與該第二傳輸線的末端之連線 為軸線，而該軸線貫穿該第一層訊號元件，該複數個第一層接地元件與該複數個第二層接地元件係共同圍繞該第一層訊號元件。
  5. 如請求項1所述之轉接結構，其中，該複數個第三層接地元件係以離該第三空腔的邊緣等距的方式沿著該第三空腔的邊緣配置。
  6. 如請求項1所述之轉接結構，復包括：中間層訊號元件，係耦接該第一層訊號元件；以及複數個中間層接地元件，係耦接該多層結構中在該第一層與該第二層之間的中間層，且該複數個中間層接地元件係以準同軸的方式圍繞該中間層訊號元件。
  7. 如請求項1所述之轉接結構，其中，該第一層訊號元件為訊號通孔(via)或訊號貫孔(via hole)，該複數個第一層接地元件為接地通孔(via)或接地貫孔(via hole)。
  8. 一種用於毫米波之多層轉接結構，係包括：多層結構，包括具有第一傳輸線之第一層、具有第二傳輸線之第二層以及在該第一層與該第二層之間的第三層，其中該第三層具有對應該第二傳輸線的第三空腔；以及轉接結構，包括耦接該多層結構的該第一層之第一層訊號元件、複數個第一層接地元件、耦接該多層結構的該第二層之複數個第二層接地元件以及第三層訊號元件與複數個第三層接地元件，該第一層訊號元件耦接該第一傳輸線的末端，而該複數個第一層接地元件圍繞該第一傳輸線的條狀本體及該末端，該第二傳輸線耦接至該第一層訊號元件，該複數個第二層接地元件圍繞該第二傳輸 線的條狀本體及該第二傳輸線的末端，該第三層訊號元件耦接至該第一層訊號元件，而該複數個第三層接地元件沿著該第三空腔的邊緣配置。
  9. 如請求項8所述之多層轉接結構，其中，部分該複數個第一層接地元件係以離該第一傳輸線的末端等距的方式圍繞該第一傳輸線的末端，且部分該複數個第一層接地元件係以離該第一傳輸線的條狀本體等距的方式沿著該第一傳輸線的條狀本體之相對兩側配置。
  10. 如請求項8所述之多層轉接結構，其中，部分該複數個第二層接地元件係以離該第二傳輸線的末端等距的方式圍繞該第二傳輸線的末端，且部分該複數個第二層接地元件係以離該第二傳輸線的條狀本體等距的方式沿著該第二傳輸線的條狀本體之相對兩側配置。
  11. 如請求項8所述之多層轉接結構，其中，該第一傳輸線與該第二傳輸線係朝相反方向延伸，且以該第一傳輸線的末端與該第二傳輸線的末端之連線為軸線，而該軸線貫穿該第一層訊號元件，該複數個第一層接地元件與該複數個第二層接地元件係共同圍繞該第一層訊號元件。
  12. 如請求項8所述之多層轉接結構，其中，該多層結構的第二層形成有第二空腔以容置該第二傳輸線，該複數個第二層接地元件係以離該第二空腔的邊緣等距的方式沿著該第二空腔的邊緣配置。
  13. 如請求項8所述之多層轉接結構，其中，該複數個第三層接地元件係以離該第三空腔的邊緣等距的方式沿著該第三空腔的邊緣配置。
  14. 如請求項8所述之多層轉接結構，其中，該多層結構係包括在該第一層與該第二層之間的中間層，且該轉接結構係包括中間層訊號元件以及 複數個中間層接地元件，該中間層訊號元件耦接該第一層訊號元件，而該複數個中間層接地元件係以準同軸的方式圍繞該中間層訊號元件。
  15. 如請求項8所述之多層轉接結構，其中，該第一層訊號元件為訊號通孔(via)或訊號貫孔(via hole)，該複數個第一層接地元件為接地通孔(via)或接地貫孔(via hole)。
  16. 如請求項8所述之多層轉接結構，其中，該多層結構的第一層形成有第一空腔以容置該第一傳輸線，該複數個第一層接地元件係以離該第一空腔的邊緣等距的方式沿著該第一空腔的邊緣配置。
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