專利名稱：具有光子帶隙結構的槽線型微波器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種槽或基于槽結構類型(槽線(slot-1ine)、波狀槽線等)的新型微波器件，這種器件包括至少一個光子帶隙結構(PBG)。
背景技術：
光子帶隙結構(PBG)是阻止特定頻率帶寬的波傳播的周期性結構。多年來，已經對在例如微波器件上所用的頻率范圍內使用這種結構進行了研究和學習。申請人提出了實現此類結構的一種方法，具體的是在2002年10月11日的法國專利申請no.02 12656和題為“Harmonic-less Annular Slot Antenna(ASA)using a novel PBGstructure for slot-line printed device”IEEE AP-S2003中提出了該方法。這些文檔描述了一種在金屬化襯底上實現的槽線型的微波器件上實現PBG結構的方法，連同使用這種結構的環槽(annular slot)型天線或Vivaldi型天線一起，來執行所述天線的濾波或頻率適配操作。
如圖1A和1B所示，這種微波器件包括一個面2已經被金屬化的襯底1。通過刻(engrave)金屬層來形成槽線3。
如圖1A和1B所示，襯底1具有高度h，并用公知的電介質材料形成，例如命名為“Ro4003”或“FR4”的材料。優選地用銅或其它任意導電材料形成金屬層。
在該例子中，通過在與載有金屬層2的面相對的襯底1的面上產生圖形(pattern)4，即補片(patch)，獲得PBG結構。圖形或補片4一般通過刻金屬層來形成，并與槽線3相對。
按照公知方式，要獲得光子帶隙結構，則圖形4周期性重復并相隔給定圖形重復周期的一定距離。當圖形相同時，這個距離設定了帶隙的中心頻率。因此，距離在kλg/2的數量級，其中λg是在光子帶隙的中心頻率處槽線3中的導波波長(guided wavelength)，并且k是大于或等于1的正整數。
圖形4可以是任何形狀。但是，圖形的等效表面確定了帶隙的寬度和/或深度。
為了實現這種器件的濾波現象，模擬了圖1A中所示類型的器件，其中由相對介電常數εr＝3.38的“Rogers Ro4003”構成襯底，并且金屬化處理采用厚度為17.5μm的銅。在這種情況下，光子帶隙結構包括12個金屬盤4，金屬盤4以距離a＝12.7mm周期性相隔開，距離a＝12.7mm相應地產生以Fc(BI)＝8.3GHz為中心的帶隙，并且盤4具有使得比例r/a＝0.25的半徑r。
如圖2中所示，根據頻率給出透射系數S12和反射系數S11，得到了具有900MHz寬度并以8.25GHz為中心的帶隙。在該例中，中心頻率8.25GHz的衰減是-17dB。
發明內容
本發明涉及針對上述結構的一種改進。通過充分利用具有PBG結構的槽線，該改進能夠增強光子帶隙效應。因此，對于恒定尺寸，可以增加帶隙衰減，或者，對于恒定衰減，可以減少結構的尺寸。
此外，使用兩種不同的襯底可以提供額外的自由度，以便調節濾波器的衰減以及帶隙的中心頻率和寬度。
因此本發明涉及一種具有光子帶隙(PBG)的槽線型微波器件，其特征在于至少包括-電介質材料制成的具有第一介電常數εr1的第一襯底，-電介質材料制成的具有第二介電常數εr2的第二襯底，以及-在兩個襯底之間的導電層，其中刻了至少一條槽線，-在與接觸導電層的面相對的第一和第二襯底的面上，面對槽線，具有周期性金屬圖形。
根據本發明的其它特征，第一和第二襯底的介電常數εr1和εr2可以相等或不同。此外，兩個金屬圖形之間的周期等于kλg/2，其中λg是在光子帶隙的中心頻率處的槽中的導波波長，并且k是大于或等于1的正整數。周期圖形還具有帶隙的寬度和深度的等效表面函數。
根據本發明的另一特征，在第一襯底上形成的圖形的周期與在第二襯底上形成的圖形的周期相等。此外，在第一襯底上形成的周期性圖形與在第二襯底上形成的圖形相面對，或者，根據一個變體，在第一襯底上形成的圖形相對于在第二襯底上形成的周期性圖形偏移。
根據本發明的另一特征，上述光子帶隙結構可以與刻入導電層中的槽線共同使用，該槽線具有根據周期規律而改變的寬度。這種槽線的形式被稱為“波形(wiggly)槽線”。通常，這種結構可以與任何基于槽線的器件(濾波器等)一起使用。在“波形”槽線的情況下，該發明能夠增強濾波功能。
通過閱讀不同實施例的說明，可以呈現本發明的其它特征和優勢，該說明是參考所附附圖進行的，其中圖1A和1B分別是根據現有技術包括光子帶隙結構的槽線型微波器件的示意透視圖和橫截面圖。
圖2示出了通過模擬圖1A中所示結構而獲得的曲線，給出了根據頻率的參數S。
圖3A和3B分別是根據本發明實施例的包括光子帶隙結構的槽線型微波器件的示意透視圖和橫截面圖。
圖4示出了一條曲線，給出了根據如圖3A中所示模擬器件的頻率的參數S。
圖5是本發明另一實施例的示意透視圖。
圖6示出了通過模擬圖5中所示結構而獲得的曲線，給出了根據頻率的參數S。
圖7A和7B是根據本發明器件的另一實施例的橫截面圖。
具體實施例方式
圖3A和3B中用圖解法示出了根據本發明的第一微波器件。更具體地，該器件包括由諸如Rogers Ro4003的電介質材料制成的第一襯底10。該第一襯底具有介電常數εr1。
按照公知方式，襯底10的一個面被導電層12覆蓋，更具體地是由諸如銅層之類的金屬層覆蓋，金屬層中已經刻有槽線13。
如圖所示，根據本發明，將電介質材料制成的、具有介電常數εr2的第二襯底11放置在層12之下。在該示例中，兩個襯底的介電常數εr1和εr2可以相同或不同。使用不同介電常數可以提供附加的自由度，以便根據帶隙的衰減、寬度和中心頻率實現所需濾波器。使用兩種不同襯底可以修改線所設定的εeff；此處，在使帶隙的中心頻率與PBG結構的尺寸相關聯的關系中出現該值。
a=λ02ϵeff=C2fϵeff]]>因此，對于相同的PBG尺寸，如果介電常數變大，則帶隙向低頻偏移。
根據本發明，在上述結構上實現第一光子帶隙結構，該結構由刻在與載有金屬層12的面相對的第一襯底10的面上的金屬圖形14構成。在所示實施例中，圖形14由盤形的補片(即5個金屬補片)組成。補片14以給出圖形的重復周期的距離a’隔開。當圖形相同時該距離設定了帶隙的中心頻率。因此，圖形之間的距離在k’λg/2的數量級，其中λg是在所選定光子帶隙的中心頻率處的槽線13中的導波波長，并且k’是大于或等于1的正整數。
此外，如圖3B中清楚所示，將周期性金屬圖形15刻在襯底11的與接觸金屬層12的面相對的面上。在該實施例中，圖形15形成的這種結構與圖形14形成的結構相同，并且圖形14和15彼此相對。在圖3A和3B的光子帶隙結構中，在槽13的兩側上形成相同圖形，即保持圖形14或15之間的間距和圖形的數量。通過直接激勵槽線來模擬如圖3A和3B所示的器件。所用的兩個襯底相同(介電常數為er＝3.38和高度為h＝0.81mm的Ro4003)。槽線上面和下面的PBG圖形也相同(5個補片間距a’＝12.7mm，半徑r’＝3mm)。
在這種情況下，圖4中示出了透射和反射參數S。在該圖中，帶隙具有1.4GHz的寬度，并以8.3GHz為中心。因此，該頻帶大于根據圖1A和1B的器件所獲得的頻帶。此外，中心頻率處的帶隙衰減是-23dB，與圖1A和1B的結構相比增加了6dB。
現在參考圖5來描述根據本發明的微波器件的另一實施例。
在該示例中，在金屬層20上形成的槽線21由呈現周期性調制帶寬的線構成。在本示例中，線21上周期性相間隔的圓21A構成調制。
對于圖3A和3B的實施例，在金屬層的每一側上設置電介質襯底。在襯底的、與載有層20的面相對的面上，根據周期a”，形成光子帶隙結構，其由面對槽21并周期性相間隔的金屬補片22構成。通過采用12.7mm值的周期a”來模擬該結構，這一周期性也被用于圓21a。對于該模擬，線還具有12個圓21a。
圖6中提供了模擬的結果。根據頻率給出了參數S。這樣獲得了以8.3GHz為中心的帶隙，并且該帶隙具有5.2GHz的寬度，并在中心頻率處示出了-78dB的衰減。
現在參考圖7A和7B來描述根據本發明的微波器件的另一實施例。
在圖7A和7B所示的示例中，器件包括由介電常數分別為εr1和εr2的電介質材料制成的兩個襯底30、31。在兩個襯底之間設置已經刻入了槽線33的金屬層32。在與接觸層32的面相對的面上形成光子帶隙結構34和35。
如圖7B中所示，光子帶隙結構35由彼此相隔距離a1的圖形構成，該距離給定了圖形的周期。此外，圖形34自身也具有周期a1，但是它們不與圖形35相對。實際上在槽線的上面和下面的圖形相偏移。
如附加模擬所示，得到的效果相當復雜。例如，可以將偏移金屬補片認為是修改了基本元件的形狀/表面，尤其是當槽線上面和下面的補片部分地重疊時。
這就是槽線上面和下面的補片之間的偏移提供了額外自由度的原因，不論其具有相同還是不同的襯底。
結合盤形圖形來描述了本發明。但是，設定圖形的等效表面確定帶隙的寬度和/或深度，則本發明也應用于任何形狀。
具體地，本發明可應用于＝＞增強槽型結構上的濾波。
＝＞使濾波結構更加緊湊。
＝＞在帶隙的設計中提供額外的自由度。
權利要求
1.一種具有光子帶隙結構(PBG)的槽線型微波器件，其特征在于至少包括電介質材料制成的具有第一介電常數εr1的第一襯底(10、30)，電介質材料制成的具有第二介電常數εr2的第二襯底(11、31)，以及兩個襯底之間的導電層(12、20、32)，其中刻了至少一條槽線(13、21、33)，在與接觸導電層的面相對的第一和第二襯底的面上，面對槽線，具有周期性金屬圖形(14、15、22；34、31)。
2.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，第一和第二襯底的介電常數εr1和εr2相同或不同。
3.根據權利要求1和2中的任何一項所述的器件，其特征在于，兩個金屬圖形之間的周期等于kλg/2，其中，λg是在光子帶隙的中心頻率處的槽中的導波波長，并且λk是大于或等于1的正整數。
4.根據權利要求1到3之一所述的器件，其特征在于，周期圖形具有帶隙的寬度和深度的等效表面函數。
5.根據權利要求1到4中的任何一項所述的器件，其特征在于，在第一襯底上形成的圖形的周期與在第二襯底上形成的圖形的周期相等。
6.根據權利要求1到5之一所述的器件，其特征在于，在第一襯底上形成的周期圖形與在第二襯底上形成的圖形相對。
7.根據權利要求1到6之一所述的器件，其特征在于，在第一襯底上形成的圖形相對于在第二襯底上形成的周期圖形偏移。
8.根據權利要求1到7中任何一項所述的器件，其特征在于，刻入導電層中的槽線具有遵循周期規律的寬度。
全文摘要
本發明涉及一種具有光子帶隙結構(PBG)的槽線型微波器件，至少包括電介質材料制成的具有第一介電常數εr1的第一襯底(10)，電介質材料制成的具有第二介電常數εr2的第二襯底(11)，以及兩個襯底之間的導電層(12)，其中刻了至少一條槽線(13)，此外，在與接觸導電層的面相對的第一和第二襯底的面上，面對槽線，具有周期性金屬圖形(14、15)。本發明能夠被用于實現緊湊的濾波器結構。
文檔編號H01P1/201GK1954458SQ200580002128
公開日2007年4月25日 申請日期2005年1月3日 優先權日2004年1月7日
發明者尼古拉·布瓦布維耶, 阿里·盧齊耶, 弗朗索瓦絲·勒博爾澤, 阿內－克洛德·塔羅, 庫羅赫·馬赫茹比 申請人:湯姆森許可貿易公司