非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制作方法

專利名稱：非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共振腔耦合結(jié)構(gòu)，且特別涉及一種非相鄰共振腔的耦合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在無線通訊系統(tǒng)中，如濾波器、雙工器、多工器等的頻率選擇元件是射
頻前端不可或缺的關(guān)鍵元件。其作用乃是在頻率域(frequencydomain)中選擇 或?yàn)V除/衰減特定頻率范圍的信號或雜訊，使后級電路得以接收正確頻率范圍 內(nèi)的信號加以處理。
在微波(lGHz-40GHz)以及毫米波(40GHz-300GHz)的頻率范圍中，大型 系統(tǒng)常采用波導(dǎo)管(waveguidetube)來架構(gòu)整個(gè)射頻前端電路。波導(dǎo)管具有可 承受高功率以及損耗極低的優(yōu)點(diǎn)，但是由于有截止頻率的特性，限制了波導(dǎo) 管的最小尺寸。此外，由于波導(dǎo)管系采用精密加工的方式的非批次(non-batch) 制造，高昂的成本限制了此類型元件的應(yīng)用范圍。
日本專利公開公報(bào)特開平06-053711提出使用電路板的結(jié)構(gòu)來達(dá)成等效 波導(dǎo)管的高頻信號傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。如圖1所示，這種結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為基板整合波導(dǎo) (Substrate Integrated Waveguide, SIW),其基本構(gòu)造包括介電層3與導(dǎo)體層1、 2。由于SIW可以采用一般電路板或是其他平面多層結(jié)構(gòu)，如低溫共燒陶瓷 (Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，因此在成本上以及 與平面電路的整合性上有極大的優(yōu)勢。但是，由于SIW是由多層板的結(jié)構(gòu) 所組成，所能使用的厚度有限， 一般情況下約厚數(shù)十mil,但是寬度由于有 截止頻率的限制(波導(dǎo)管)或是有共振頻率的限制(共振腔)，通常尺寸都在數(shù) 百mil以上，寬/高比常常超過10，而傳統(tǒng)中空波導(dǎo)管的寬高比約為2。 SIW 相較于傳統(tǒng)波導(dǎo)管，寬高比大幅增加，其影響有兩項(xiàng):第一，在相同的寬度以 及相同的傳輸頻率下，較扁平的結(jié)構(gòu)其金屬損耗較高，共振腔的品質(zhì)因數(shù) (Quality factor, Q)因此受限；第二，扁平的結(jié)構(gòu)在安排多個(gè)共振腔的可以采 用更不占面積的垂直堆疊方式，達(dá)到小體積高性能的要求。
多階共振腔濾波器的耦合方式與共振腔的形態(tài)與相對位置有密切的關(guān) 聯(lián)。目前以SIW結(jié)構(gòu)達(dá)成交錯(cuò)耦合的方式，有平面直線排列再透過額外的
耦合機(jī)構(gòu)，其架構(gòu)如圖2所示(參考X. Chen, W. Hong， T. Cui, Z. Hao and K. Wu, " Substrate integrated waveguide elliptic filter with transmission line inserted inverter" , Electronics Letter, Vol. 41, issue 15, 21 July 2005， pp. 851-852)。另外，有如圖3所示的平面U字形排列(參考Sheng Zhang, Zhi Yuan Yu and Can Li， "Elliptic function filter designed in LTCC" , M/cra麗ve Cb"/erewce /Vocee(i/"gs, 2005.爿尸MC. /457.a-尸aci/ c Cow^re"ce /Voceeo /"g5， Pb/. /, 4-7 Dec.廁5),或如圖4所示的垂直方向U字形排列(參考Zhang Cheng 'Iao; Wei Hong; Xiao Ping Chen; Ji Xin Chen; Ke Wu; Tie Jun Cui,
"Multilayered substrate integrated waveguide (MSIW) elliptic filter" , Mz.crowave R^Ve/ess Com/ o"e"As丄e〃ers, J^>/. 75' Zs^we 2， 2(905 Page(s): 95-97)。共振腔采直線排列，在SIW的結(jié)構(gòu)前提下是比較沒有效率的排列， 而且額外的耦合機(jī)構(gòu)也過長，對于多階濾波器比較不利。U字形排列，無論 是平面或是垂直方向的折疊，以四共振腔的濾波器而言，為了要達(dá)到交錯(cuò)耦 合，第一個(gè)共振腔必須與第四個(gè)共振腔相鄰，這限制了輸入輸出端口排列的 彈性，也較占平面尺寸。
綜上所述，在目前的技術(shù)中，并無任何專注于垂直交錯(cuò)耦合結(jié)構(gòu)中非相 鄰共振腔的連接結(jié)構(gòu)。這使得輸入輸出端口排列的彈性受到極大的限制，而 且也較占平面尺寸。
另外，在現(xiàn)代的濾波器設(shè)計(jì)上，利用主要耦合路徑中不相鄰共振腔之間 的耦合，即交錯(cuò)耦合，來形成傳輸零點(diǎn)(TransmissionZero， TZ)。將TZ放置 在適當(dāng)?shù)念l率，可以獲得比較大的信號衰減量，就成效而言，可以用比較少 的階數(shù)就達(dá)到相同的衰減規(guī)才各，這對通帶的損耗以及體積的縮減都有正面的 幫助。但是，如上所述，目前并無良好的設(shè)計(jì)來達(dá)層不相鄰共振腔之間的耦 合。因此，如何針對不相鄰共振腔之間的交錯(cuò)耦合結(jié)構(gòu)，提出適當(dāng)且有效能 的結(jié)構(gòu)，便是此領(lǐng)域技術(shù)人員所專注的地方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可適用于SIW結(jié)構(gòu)，具有垂直堆疊共振腔特征的元件 的耦合架構(gòu)，而這種架構(gòu)具有提供額外傳輸零點(diǎn)的功能。具有上述特征的頻
率選擇元件，可以在制作成本、體積、性能等要求中達(dá)到良好的平衡。
為此，本發(fā)明提供一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其至少包括第一 與第二共振腔、介質(zhì)材料層、至少一第一與第二高頻傳輸線以及至少一連通 柱。第一與第二共振腔分別具有彼此相對的第一與第二導(dǎo)體表面，其中第一 與第二共振腔的各第二導(dǎo)體表面彼此相對配置。第 一或第二共振腔至少 一側(cè)
邊是作為非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)。介質(zhì)材料層位在第一與第二共振腔的 各第二導(dǎo)體表面之間。第一高頻傳輸線配置在對應(yīng)該第一共振腔的第一表面 的其中一側(cè)邊緣，并且第二高頻傳輸線配置在對應(yīng)第二共振腔的第一導(dǎo)體表 面的其中 一側(cè)邊緣。連通柱則垂直地連接該第 一與該第二高頻傳輸線。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，高頻傳輸線可包括微帶線、帶線
(stripe line)、共面波導(dǎo)、槽線、同軸線或是波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。高頻傳輸線的長度 可配合耦合相位來調(diào)整。此外，第一與該第二共振腔為基板整合波導(dǎo)(SIW) 共振腔。前述SIW共振腔可以利用低溫共燒陶瓷或印刷電路板等多層基板 工藝實(shí)現(xiàn)。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第 一與第二共振腔的各第 一導(dǎo)體 表面的側(cè)邊緣具有向內(nèi)凹的槽孔，第一與第二高頻傳輸線分別從各自對應(yīng)的 槽孔向外延伸預(yù)定長度。另外，第一與該第二高頻傳輸線可以分別與各自對 應(yīng)的第一導(dǎo)體表面相連接。此外，第一與第二高頻傳輸線也可以分別被各自 對應(yīng)的該槽孔隔開，而與各自對應(yīng)的第 一導(dǎo)體表面電學(xué)隔離。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第一與第二共振腔的各第一導(dǎo)體 表面的該側(cè)邊緣具有槽孔，第一與第二高頻傳輸線分別^f黃跨在各自對應(yīng)的槽 孔上方，且向外延伸預(yù)定長度。另外，第一與第二高頻傳輸線的其中一端可 以分別位在各自對應(yīng)的槽孔上方，并且向外延伸預(yù)定長度。另外，還包括電 流探針，經(jīng)由連通柱穿過該槽孔連接到該第二導(dǎo)體表面。
此外，本發(fā)明更提出一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，至少包括第一 共振腔與第二共振腔。第一共振腔的至少一側(cè)邊為第一彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且 第一彎折延伸結(jié)構(gòu)具有槽孔。第二共振腔與該第一共振腔不相鄰，并且與第 一共振腔的第一彎折延伸結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)更具有槽孔，藉以電學(xué)連接。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第一共振腔的另一側(cè)邊為第二彎 折延伸結(jié)構(gòu)，并且與該第 一共振腔的另 一側(cè)邊同側(cè)為彎折延伸結(jié)構(gòu)。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第二共振腔的一側(cè)邊為第三彎折
延伸結(jié)構(gòu)。第 一共振腔的第 一 彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔的第三彎折延伸結(jié) 構(gòu)電學(xué)連接。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第二共振腔的一側(cè)邊可為第三彎 折延伸結(jié)構(gòu)。第 一共振腔的第 一 彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔的第三彎折延伸 結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。第 一共振腔的第二彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔的第二側(cè)邊電
學(xué)連接。
另外，針對上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明更提出一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的 制造方法。首先，提供第一與第二共振腔，分別具有彼此相對的第一與第二 導(dǎo)體表面，并且將第一與第二共振腔的各第二導(dǎo)體表面配置成彼此相對，其 中第一或第二共振腔至少一側(cè)邊是作為非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)。形成介 質(zhì)材料層于第 一與第二共振腔的各第二導(dǎo)體表面之間。形成至少第 一與第二 高頻傳輸線，以使第 一 高頻傳輸線配置在對應(yīng)第 一共振腔的第 一導(dǎo)體表面的 其中 一側(cè)邊緣，并且第二高頻傳輸線配置在對應(yīng)第二共振腔的第 一導(dǎo)體表面 的其中一側(cè)邊緣。形成至少一連通柱，垂直地連接第一與第二高頻傳輸線。
另夕卜，本發(fā)明更提出一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法。首先， 提供第一共振腔，并且將至少一側(cè)邊彎折成第一彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且形成槽 孔于第一彎折延伸結(jié)構(gòu)上。提供第二共振腔，與第一共振腔不相鄰，其中更 形成槽孔于與第 一共振腔的第 一 彎折延伸結(jié)構(gòu)相對的 一側(cè)，藉以電學(xué)連接。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第二共振腔的兩側(cè)邊可分別為第 三與第四彎折延伸結(jié)構(gòu)。第 一共振腔的第 一彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔的第 三彎折延伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，且第 一共振腔的第二彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔 的第四彎折延伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。
上述為數(shù)種不同的手段來達(dá)成共振腔垂直堆疊時(shí)，跨層間耦合的方法。 這些方法與現(xiàn)有的多層基板工藝相容，容易設(shè)計(jì)實(shí)踐，可在幾乎不增加成本 的情況的下增進(jìn)頻率選擇元件的性能。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu) 選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1繪示已知技術(shù)的使用電路板結(jié)構(gòu)的等效波導(dǎo)管的高頻信號傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖。
圖2繪示繪示已知技術(shù)中具有平面直線排列再透過額外的耦合機(jī)制圖。
圖3為繪示已知技術(shù)的平面方向U字形排列的耦合機(jī)制圖。 圖4為繪示已知技術(shù)的垂直方向U字形排列的耦合機(jī)制圖。 圖5為本實(shí)施例的具有交錯(cuò)耦合三階帶通濾波器的簡化電路架構(gòu)。 圖6為另 一 實(shí)施例的具有交錯(cuò)耦合的四階帶通濾波器的簡化電路架構(gòu)。 圖7繪示一般基板整合波導(dǎo)類型的共振腔結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8繪示圖6實(shí)施例的共振腔排列與耦合機(jī)制示意圖。 圖9繪示另 一種具有交錯(cuò)耦合四階帶通濾波器的共振腔排列與耦合機(jī)制 示意圖。
圖10A繪示本發(fā)明第 一實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié)構(gòu)。
圖10B繪示圖10A的側(cè)視圖，圖10C繪示圖10A的正視圖。
圖11繪示圖10的變化例。
圖12繪示圖IO的另一變化例。
圖13繪示圖IO的另一變化例。
圖14繪示圖10的另一變化例。
圖15A繪示本發(fā)明第二實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié)構(gòu)。
圖15B與圖15C是用以說明形成轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖16A繪示圖15A的變化例。
圖16B至16D繪示圖16A的變化例。
圖17圖繪示應(yīng)用本發(fā)明的四階帶通濾波器架構(gòu)示意圖。
圖18為圖17的傳輸與反射S參數(shù)(分別為S21及S11)頻率響應(yīng)示意圖。
圖19圖繪示應(yīng)用本發(fā)明的另一種四階帶通濾波器架構(gòu)示意圖。
圖20為圖19的傳輸與反射S參數(shù)(分別為S21及S11)頻率響應(yīng)示意圖。
附圖標(biāo)記說明
1、 2:導(dǎo)體層 20:次導(dǎo)體層
102、 106、 152、 156:金屬層
104、 154:傳輸線
108、 158:介質(zhì)層
114、 124、 190、 198:槽孔
194:電流纟果針
3:介電層
100、 150:共4展腔 103、 153:槽孔 106a、 156a:才曹孔
172、 174、 178:連通柱
116、 126、 192、 196:傳輸線
200、 202、 210、 212:共振腔
200a、 200b、 202a、 202b:轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu) 210a、 212a:轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)
200c、 202c、 202d、 210b、 212b:槽孔201a、 201b、 201c:金屬層 203:介電層 204、 206:連通柱
具體實(shí)施例方式
在說明本發(fā)明實(shí)施例之前，先簡單介紹具有交錯(cuò)耦合的帶通濾波器電路 以及其耦合機(jī)制。圖5為本實(shí)施例的具有交錯(cuò)耦合三階帶通濾波器的筒化電 路架構(gòu)。如圖5所示，此架構(gòu)包括三個(gè)共振腔，兩個(gè)主要耦合機(jī)制(M12, M23)，以及一個(gè)弱交錯(cuò)耦合機(jī)制(M13)。這邊定義耦合機(jī)制Ma(3 (a, (3=1,2, 3， a^J3)的極性，磁場性耦合為正，電場性耦合為負(fù)。在此情況的下，若 M12, M23， M13皆為磁場耦合，則會(huì)有傳輸零點(diǎn)出現(xiàn)在比通帶還低的頻率。 若M12, M23為》茲場耦合，M13為電場耦合，則會(huì)有傳輸零點(diǎn)出現(xiàn)在比通 帶還高的頻率。為了要能配合不同的規(guī)格需求，共振腔彼此間的耦合型式可 以靈活變換，使傳輸零點(diǎn)可以放置在適當(dāng)?shù)念l率。
圖6為另一實(shí)施例的具有交錯(cuò)耦合的四階帶通濾波器的簡化電路架構(gòu)。 如圖6所示，此架構(gòu)包括四個(gè)共振腔，三個(gè)主要耦合機(jī)制(M12, M23, M34) 以及一個(gè)弱交錯(cuò)耦合機(jī)制(M14)。這邊所定義的Ma(3(a,卩=1,2,3,4; a - (3)的極 性與上述相同磁場性耦合為正，電場性耦合為負(fù)。在此情況的下，若M12， M23， M34為磁場耦合，M14為電場耦合，則會(huì)有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)分別出現(xiàn)在 通帶頻率的高頻/低頻兩側(cè)。若M12, M23， M34, M14皆為磁場耦合，則 不會(huì)有傳輸零點(diǎn)出現(xiàn)。
圖7繪示一4殳基板整合波導(dǎo)(substrate integrated waveguide, SIW)型式的 共振腔結(jié)構(gòu)示意圖。 一般SIW共振腔結(jié)構(gòu)大部分為立方體的幾何外形，如 圖7所示，其中Y方向的尺寸遠(yuǎn)小于X及Z方向的尺寸。在大多數(shù)的情況 下，SIW型式的共振腔會(huì)操作在TE101的模態(tài)。在TE101的模態(tài)下，電磁 場在Y方向的變化不大，可為視為XZ平面的分布，XZ平面的幾何中央為 電場最強(qiáng)的地方，而邊界的地方則為》茲場最強(qiáng)的地方。如果Y方向相鄰的兩 個(gè)共振腔欲達(dá)到電場耦合的效果則可以選則在XZ平面中央的位置開孔，欲 達(dá)到磁場耦合的效果則可以選則在XZ平面邊緣的位置開孔。
圖8繪示圖6實(shí)施例的共振腔排列與耦合機(jī)制示意圖。如圖8所示，此
濾波器電路為具有交錯(cuò)耦合的四階帶通濾波器的電路，且包括四個(gè)共振腔 1~4。每一個(gè)共振腔1~4包括一層以上的介質(zhì)(介電質(zhì))基板所構(gòu)成，共振腔與
共振腔間由金屬面(未繪出)作為分隔。共振腔1~4為垂直堆疊排列，在分隔 的金屬面上開槽孔(未繪出，詳細(xì)見下面的說明例)達(dá)到耦合的效果(M12, M23， M34)。適當(dāng)選擇開孔的位置可以達(dá)成電場性或磁場性耦合。例如開孔 位置在中央位置可以達(dá)成電場性耦合，而開孔位置在邊界位置則可以達(dá)成石茲 場性耦合。這點(diǎn)會(huì)在下面說明。
在圖8的實(shí)施例中，共振腔1與共振腔4是屬于交錯(cuò)耦合，因其彼此不 相鄰，故無法通過在分隔相鄰共振腔的金屬層上開槽孔達(dá)到耦合的效果。接 著將在圖10至14為此類型的交錯(cuò)耦合機(jī)制提出數(shù)種不同的結(jié)構(gòu)例子，以說 明達(dá)成共振腔1與共振腔4之間的交錯(cuò)耦合(M14)。
圖9繪示另 一種具有交錯(cuò)耦合四階帶通濾波器的共振腔排列與耦合機(jī)制 示意圖。與圖8相異的處在于共振腔1 4的排列順序以及輸入及輸出端的位 置。如圖9所示，共振腔從上到下依序?yàn)楣舱袂?、共振腔l、共振腔4以 及共振腔3。輸入端接到共振腔l,輸出端接到共振腔4。在該四階帶通濾波 器中，主要信號耦合路徑為共振腔1 =>共振腔2 =>共振腔3 =>共振腔4,其 中共振腔2及共振腔3之間的耦合(M23)以非相鄰層共振腔耦合，而交錯(cuò)耦 合為相鄰層共振腔1及共振腔4之間的耦合(M14)。
第一實(shí)施例
為了達(dá)成如上述圖8的耦合機(jī)制，本發(fā)明提出了垂直交錯(cuò)耦合的非相鄰 共振腔間的連接結(jié)構(gòu)。圖IOA繪示本發(fā)明實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一 種結(jié)構(gòu)。圖IOB繪示圖IOA的側(cè)視圖，圖IOC繪示圖IOA的正視圖。在圖 IOA、 IOB、 10C中，省略非相鄰層之間的共振腔，以使圖式容易閱讀。在 以下各圖中，以上面與下面共振腔分別為圖8的共振腔1與共振腔4作為一 個(gè)解說例，但是非用以限制本發(fā)明的實(shí)際結(jié)構(gòu)。
如圖10A-10C所示，共振腔100 (相當(dāng)于上述共振腔l)具有第一金屬層 (表面)102、介質(zhì)層108與第二金屬層(表面)106。介質(zhì)層108如前所述可為 多層堆疊結(jié)構(gòu)，在此不限制它的層數(shù)。同理，共振腔150(相當(dāng)于上述共振腔 4)具有第一金屬層152、介質(zhì)層158與第二金屬層156。介質(zhì)層158也是可 為多層堆疊結(jié)構(gòu)，在此不限制它的層數(shù)。
共振腔100與共振腔150之間可達(dá)成上述圖8的M14交錯(cuò)耦合機(jī)制， 兩者為非相鄰的共振腔。共振腔100與共振腔150之間可再增加其他共振腔， 并且共振腔之間均填滿介質(zhì)層。本實(shí)施例專注在共振腔100與共振腔150之 間的交錯(cuò)耦合的連接結(jié)構(gòu)，其間的結(jié)構(gòu)對于熟悉此技術(shù)者可以任意做適當(dāng)?shù)?變化。忽略中間結(jié)構(gòu)不看，共振腔100的第二金屬層106與共振腔150的第 二金屬層156示4皮此相對。
如圖10A所示，共振腔100的第一金屬102的側(cè)邊上，形成槽孔103, 并且從該槽孔103延伸高頻傳輸線(以下簡稱傳輸線)104。另外，共振腔150 的第一金屬152的側(cè)邊上，也形成槽孔153，并且從該槽孔153延伸傳輸線 154。基本上，傳輸線104與154是配置在彼此相對的位置，亦即在彼此的 垂直投影位置上。接著，利用連通柱(via)178將傳輸線104、 154電學(xué)連接起 來，以達(dá)到交錯(cuò)耦合的目的。為了使連通柱178可以連接傳輸線104、 154， 共振腔100的第二金屬層106與共振腔150的第二金屬層156也分別形成槽 孔106a與156a，使連通柱178可以從共振腔100上的傳輸線104，穿過共 振腔100的槽孔106a與共振腔150的槽孔156a,而連接到傳輸線154。詳 細(xì)的結(jié)構(gòu)可以參考圖IOB與IOC。另外，在金屬層106與156之間更可以形 成連通柱172、 174，用以支撐與電學(xué)連接，其結(jié)構(gòu)可以參考圖IOC。
在制作上，可以沿用一般PCB的工藝技術(shù)。亦即，可以形成介質(zhì)層與 金屬層交錯(cuò)的堆疊層，之后在各金屬層上形成特定所需的圖案或槽孔，在介 質(zhì)層中穿孔并填入金屬以形成連通柱等等。
在上述的實(shí)施例中，傳輸現(xiàn)104與154是設(shè)計(jì)成使用微帶線(microstripe line)型式的傳輸線，然后以連通柱接到由上下層共振腔100、 150上所延伸 出來的相同結(jié)構(gòu)，如此便可以達(dá)成上下兩個(gè)非相鄰層共振腔之間的高頻信號 傳遞。
圖11至圖14繪示圖10的結(jié)構(gòu)的各種變化例的示意圖。圖ll繪示本發(fā) 明另一實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié)構(gòu)。圖11與圖IO的作用相同， 但是結(jié)構(gòu)上有稍微差異。圖11與圖10的差異點(diǎn)在于金屬層上形成傳輸線的 槽孔形狀不同。如圖11所示，槽孔114是形成在金屬層邊界處，且大致成 為T字型。圖11的槽孔大小更大，可以增加耦合的效率。其余的部分與圖 IO相同，在此省略其相關(guān)i兌明。
圖12繪示本發(fā)明另一實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié)構(gòu)。接著 說明與上述例子的差異處。圖12與圖10或11的差異處也是在于傳輸線的
構(gòu)造。圖10與ll是屬于在邊界處形成開放性的槽孔，而傳輸線從槽孔中延 伸出來的一種結(jié)構(gòu)。圖12所示的結(jié)構(gòu)是在金屬層的邊界處形成槽孔124，此 槽孔為一種封閉性的孔洞。之后，傳輸線126形成在該槽孔124的上方。最 后，也是利用連通柱將上下層共振腔的傳輸線相連接，以達(dá)成傳遞高頻信號 的效果。
圖13與圖14繪示本發(fā)明另一實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié) 構(gòu)，這里是以電流探針(currentprobe)的方式將微帶線耦合至共振腔。如圖13 所示，基本上槽孔190與傳輸線192的結(jié)構(gòu)與圖IO的差別在于圖13的傳輸 線192與金屬層(相當(dāng)于圖IO的第一金屬層102)之間被槽孔190隔離，而且 傳輸線的一端通過電流探針194連接到共振腔的另 一金屬層(相當(dāng)于圖10的 第一金屬層106)。傳輸線的另一端則與前面的實(shí)施例相同，通過連通柱連接 到下層共振腔的傳輸線。圖14也是一種使用電流探針的結(jié)構(gòu)，所不同的是 圖13的傳輸線與共振腔的金屬面位在同一層，而圖14的傳輸線是位在共振 腔金屬層的上方。
在上述圖10至圖14的耦合結(jié)構(gòu)中，更可以通過改變傳輸線的長度來達(dá) 成耦合相位的調(diào)整。另外，上述傳輸線可以包括微帶線、帶線(stripe line)、 共面波導(dǎo)、槽線、同軸線或是波導(dǎo)管等等任何適用的結(jié)構(gòu)。
第二實(shí)施例
圖15A繪示本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在此實(shí)施例中，利用共振 腔轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)的耦合來達(dá)成。如圖15A所示，將共振腔200的兩側(cè)邊做成 轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)200a、 200b。此外，更在延伸結(jié)構(gòu)200a中形成槽孔200c,延 伸結(jié)構(gòu)200b也以相同方式形成槽孔(未繪出)。同理，共振腔202的兩側(cè)邊也 同樣做成轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)202a、 202b,并且在轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)202a、 202b中分 別形成槽孔202c、 202d。之后，使上層共振腔200轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)200a、 200b 與下層共振腔202的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)202a、 202b分別對應(yīng)接觸，以達(dá)到圖15A 右側(cè)所示的雙邊耦合的結(jié)構(gòu)。此實(shí)施例是通過在共振腔200、 202相4妻觸的 狹長型金屬面上開槽孔(例如槽孔200c與202c)達(dá)成; 茲場性耦合。
圖15A的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)的形成方法可以參考圖15B與圖15C。先形成 金屬層201a、 201b、 201c與介質(zhì)層203的堆疊結(jié)構(gòu)，以形成共振腔200。之
后，如圖15C所示，在共振腔200的圖左側(cè)部分形成多個(gè)作為連通柱204、 206等的開孔，再于開孔中填入金屬，以形成連通柱204與206。通過不同 高度的連通柱204與206，便可以形成上述的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)200a、 200b、 202a 與202b等。
圖16A繪示圖15A的變化例，圖15A所繪示的是雙邊耦合結(jié)構(gòu)，而圖 18A所繪示的是單邊耦合的結(jié)構(gòu)。亦即，在圖16A中，共振腔210只有在其 中一個(gè)側(cè)邊形成轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)210a，并形成槽孔210b。同理，共振腔212 也只有在對應(yīng)的側(cè)邊形成轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)212a，并形成槽孔212b。槽孔210b 與212b彼此相對，藉以達(dá)成磁場性耦合。
圖16B至圖16D舉出數(shù)種圖16A的單邊耦合的變化例。圖16B中，只 有下層共振腔的一側(cè)形成上述的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)，而上層共振腔則仍是平面狀 的共振腔。圖16C與圖16B相反，只有上層共振腔的一側(cè)形成上述的轉(zhuǎn)折 延伸結(jié)構(gòu)，而下層共振腔則仍是平面狀的共振腔。圖16D則是上層共振腔的 一側(cè)形成上述的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)，下層共振腔的另 一側(cè)也形成上述的轉(zhuǎn)折延伸 結(jié)構(gòu)。之后，上下層共振腔在彼此結(jié)合。圖16A至16D的對應(yīng)制造方式可 以參考圖15B至15C的說明。
圖17繪示應(yīng)用本發(fā)明的四階帶通濾波器架構(gòu)。此四階帶通濾波器中的 非相鄰共振腔耦合結(jié)構(gòu)是使用上述圖IO所示的例子來做說明。圖18為圖17 的傳輸與反射S參數(shù)(分別為S21及S11)頻率響應(yīng)示意圖。由圖17的上方往 下看，最上與最下層的共振腔為非相鄰耦合結(jié)構(gòu)。此濾波器采用16層而每 層2mil厚的LTCC結(jié)構(gòu)。LTCC材料的正切損失(loss tangent)約為0.0075, 介電常數(shù)約為7.8,濾波器的平面尺寸小于145milx 179mil。量測得到中心 頻率為29.5GHz，頻寬為3.93GHz,通帶損耗小于2.8dB，通帶頻段外兩側(cè) 各有一個(gè)傳輸零點(diǎn)TZ1與TZ2。
圖19為采用圖15的非相鄰層共振腔耦合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖11的四階帶通濾 波器架構(gòu)。圖18為圖19的傳輸與反射S參數(shù)(分別為S21及S11)頻率響應(yīng) 示意圖。
圖19的四階帶通濾波器的主要耦合路徑皆采用磁場性耦合(虛線部分)， 其包括非相鄰層共振腔的耦合。交錯(cuò)耦合為在中間兩共振腔(l與4)之間的金 屬面上開孔達(dá)成，由于開孔處為電場最強(qiáng)的處，所以此交錯(cuò)耦合為電場性耦 合。由此，可在通帶頻段外的兩側(cè)各產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)。此濾波器采用16
層而每層2mil厚的LTCC結(jié)構(gòu)。LTCC材料的正切損失約為0.0075，介電常 數(shù)約為7.8,濾波器的平面尺寸小于140milx 160mil。如圖20所示，量測得 到中心頻率為22.5GHz,頻寬為lGHz，通帶損耗小于2.5dB。
綜合上述的說明，我們提出數(shù)種不同的手段來達(dá)成共振腔垂直堆疊時(shí)， 跨層間耦合的方法。這些方法與現(xiàn)有的多層基板工藝相容，容易設(shè)計(jì)實(shí)踐， 可在幾乎不增加成本的情況的下增進(jìn)頻率選擇元件的性能。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更 動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，至少包括第一與第二共振腔，分別具有彼此相對的第一與第二導(dǎo)體表面，其中該第一與該第二共振腔的各該第二導(dǎo)體表面彼此相對配置，并且該第一或該第二共振腔至少一側(cè)邊是作為該非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)；介質(zhì)材料層，位在該第一與該第二共振腔的各該第二導(dǎo)體表面之間；至少一第一與第二高頻傳輸線，該第一高頻傳輸線配置在對應(yīng)該第一共振腔的該第一導(dǎo)體表面的其中一側(cè)邊緣，并且該第二高頻傳輸線配置在對應(yīng)該第二共振腔的該第一導(dǎo)體表面的其中一側(cè)邊緣；以及至少一連通柱，垂直地連接該第一與該第二高頻傳輸線。
2. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該高頻傳輸線 包括微帶線、帶線、共面波導(dǎo)、槽線、同軸線或是波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該高頻傳輸線 的長度是配合耦合相位來調(diào)整。
4. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二共振腔為基板整合波導(dǎo)共振腔。
5. 如權(quán)利要求4所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該基板整合波 導(dǎo)共振腔為以多層基板工藝實(shí)現(xiàn)。
6. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣具有向內(nèi)凹的槽孔，該第一與該第 二高頻傳輸線分別從各自對應(yīng)的該槽孔向外延伸預(yù)定長度。
7. 如權(quán)利要求6所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二高頻傳輸線分別與各自對應(yīng)的該第 一金屬表面相連接。
8. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二共振腔的各該第 一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣具有槽孔，該第 一與該第二高頻傳 輸線分別橫跨在各自對應(yīng)的該槽孔上方，且向外延伸預(yù)定長度。
9. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣具有槽孔，該第一與該第二高頻傳 輸線的其中一端分別位在各自對應(yīng)的該槽孔上方，并且向外延伸預(yù)定長度。
10. 如權(quán)利要求9所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中還包括電流探 針，經(jīng)由連通柱穿過該槽孔連接到該第二導(dǎo)體表面。
11. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二導(dǎo)體表面為金屬表面。
12. —種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，至少包括-.第一共振腔，至少一側(cè)邊為第一彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)具有槽孔；以及第二共振腔，與該第一共振腔不相鄰，其中與該第一共振腔的該第一彎 折延伸結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)更具有槽孔，藉以電學(xué)連接。
13. 如權(quán)利要求12所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一共振 腔的另一側(cè)邊為第二彎折延伸結(jié)構(gòu)；以及該第二共振腔的與該第 一共振腔的另 一側(cè)邊同側(cè)為彎折延伸結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求12所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第二共振腔的該側(cè)邊為第三彎折延伸結(jié)構(gòu)，以及該第一共振腔的該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的該第三彎折延伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。
15. 如權(quán)利要求13所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第二共振 腔的該側(cè)邊為第三彎折延伸結(jié)構(gòu)，該第一共振腔的該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的該第三彎折延 伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，該第 一共振腔的該第二彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的該另 一側(cè)邊電 學(xué)連接。
16. 如權(quán)利要求13所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第二共振 腔的該兩側(cè)邊分別為第三與第四彎折延伸結(jié)構(gòu)，以及該第一共振腔的該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的該第三彎折延 伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，且該第 一共振腔的該第二彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的 該第四彎折延伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。
17. 如權(quán)利要求12所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該 第二共振腔為基板整合波導(dǎo)共振腔。
18. 如權(quán)利要求17所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該基板整合 波導(dǎo)共振腔為以多層基板工藝實(shí)現(xiàn)。
19. 一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，至少包括 提供第一與第二共振腔，分別具有彼此相對的第一與第二導(dǎo)體表面，并 且將該第 一與該第二共振腔的各該第二導(dǎo)體表面配置成彼此相對，其中該第 一或該第二共振腔至少一側(cè)邊是作為該非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)；形成介質(zhì)材料層于該第 一 與該第二共振腔的各該第二導(dǎo)體表面之間；形成至少 一第 一與第二高頻傳輸線，以使該第 一 高頻傳輸線配置在對應(yīng) 該第 一共振腔的該第 一導(dǎo)體表面的其中 一側(cè)邊緣，并且該第二高頻傳輸線配置在對應(yīng)該第二共振腔的該第 一導(dǎo)體表面的其中 一側(cè)邊緣；以及 形成至少 一連通柱，垂直地連接該第 一與該第二高頻傳輸線。
20. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 還包括利用微帶線、帶線、共面波導(dǎo)、槽線、同軸線或是波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，形成 該高頻傳輸線。
21. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括根據(jù)耦合相位，調(diào)整該高頻傳輸線的長度。
22. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該第 一與該第二共振腔為基板整合波導(dǎo)共振腔。
23. 如權(quán)利要求22所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該基板整合波導(dǎo)共振腔為以多層基板工藝實(shí)現(xiàn)。
24. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成向內(nèi)凹的槽孔于該第一與該第二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè) 邊緣，以使該第 一與該第二高頻傳輸線分別從各自對應(yīng)的該槽孔向外延伸預(yù) 定長度。
25. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成槽孔于該第一與該第二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣，以 使該第一與該第二高頻傳輸線分別4黃;夸在各自對應(yīng)的該槽孔上方，且向外延 伸預(yù)定長度。
26. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成槽孔于該第一與該第二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣，以 使該第 一與該第二高頻傳輸線的其中 一端分別位在各自對應(yīng)的該槽孔上方， 并且向外延伸預(yù)定長度。
27. 如權(quán)利要求26所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成電流探針，其經(jīng)由連通柱，穿過該槽孔連接到該第二導(dǎo)體表面。
28. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該第一與該第二導(dǎo)體表面為金屬表面。
29. —種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，至少包括 提供第一共振腔，并且將至少一側(cè)邊彎折成第一彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且形成槽孔于該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)上；以及提供第二共振腔，與該第一共振腔不相鄰，其中更形成槽孔于與該第一 共振腔的該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)，藉以電學(xué)連接。
30. 如權(quán)利要求29所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成第二彎折延伸結(jié)構(gòu)于該第一共振腔的另一側(cè)邊；以及形成彎折延伸結(jié)構(gòu)于該第二共振腔的與該第 一共振腔的另 一側(cè)邊同側(cè)。
31. 如權(quán)利要求30所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成第三彎折延伸結(jié)構(gòu)于該第二共振腔的該側(cè)邊；以及將該第 一共振腔的該第 一彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 第三彎折延伸結(jié)構(gòu)。
32. 如權(quán)利要求30所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成第三彎折延伸結(jié)構(gòu)于該第二共振腔的該側(cè)邊；將該第 一共振腔的該第 一彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 第三彎折延伸結(jié)構(gòu)；以及將該第 一共振腔的該第二彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 另一側(cè)邊。
33. 如權(quán)利要求30所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 在該第二共振腔的該兩側(cè)邊上，分別形成第三與第四彎折延伸結(jié)構(gòu)；將該第 一共振腔的該第 一彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 第三彎折延伸結(jié)構(gòu)；以及將該第 一共振腔的該第二彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 第四彎折延伸結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)及其制造方法。該非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)至少包括第一與第二共振腔、介質(zhì)材料層、至少一第一與第二高頻傳輸線以及至少一連通柱。第一與第二共振腔分別具有彼此相對的第一與第二金屬表面，其中第一與第二共振腔的各第二金屬表面彼此相對配置。介質(zhì)材料層位在第一與第二共振腔的各第二金屬表面之間。第一高頻傳輸線配置在對應(yīng)該第一共振腔的第一表面的其中一側(cè)邊緣，并且第二高頻傳輸線配置在對應(yīng)第二共振腔的第一表面的其中一側(cè)邊緣，連通柱則垂直地連接該第一與該第二高頻傳輸線。
文檔編號H01P3/00GK101350437SQ200710137360
公開日2009年1月21日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者吳瑞北, 莊嘉成, 沈澤旻 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院