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)明涉及ー種共振腔耦合結(jié)構(gòu)，且特別涉及ー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、雙エ器、多エ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(frequency domain)中選擇或?yàn)V除/衰減特定頻率范圍的信號(hào)或雜訊，使后級(jí)電路得以接收正確頻率范圍內(nèi)的信號(hào)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(waveguide tube)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(hào)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。如圖I所示，這種結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為基板整合波導(dǎo)(Substrate IntegratedWaveguide, 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(shì)。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mi I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，寬高比大幅増加，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(duì)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所不(參考 X. Chen, ff. Hong, T. Cui, Z. Hao and K. ffu, “Substrate integrated waveguideelliptic 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 designedin LTCC，，，Microwave Conference Proceedings, 2005. APMC. Asia-Pacific ConferenceProceedings, Vol. 1,4-7 Dec. 2005),或如圖4所示的垂直方向U字形排列(參考ZhangCheng Hao ；ffei Hong ；Xiao Ping Chen ；Ji Xin Chen ；Ke Wu ；Tie Jun Cui,“Multilayeredsubstrate integrated waveguide (MSIff) elliptic filter”，IEEE Microwave andWireless Components Letters, Vol. 15, Issue 2, Feb. 2005 Page (s) :95-97)。共振腔米直線排列，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(duì)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ロ排列的弾性，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)。這使得輸入輸出端ロ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，SP交錯(cuò)耦合，來形成傳輸零點(diǎn)(Transmission Zero,TZ) 0將TZ放置在適當(dāng)?shù)念l率，可以獲得比較大的信號(hào)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)格，這對(duì)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(duì)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)明提供ー種可適用于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)明提供ー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、至少ー第一與第二高頻傳輸線以及至少ー連通柱。第一與第二共振腔分別具有彼此相対的第一與第二導(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(duì)配置。第一或第二共振腔至少ー側(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(duì)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(duì)應(yīng)第二共振腔的第一導(dǎo)體表面的其中ー側(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稱合結(jié)構(gòu)中，高頻傳輸線可包括微帶線、帶線(stripeline)、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エ藝實(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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的該槽孔隔開，而與各自對(duì)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橫跨在各自對(duì)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(duì)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)明更提出ー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ニ共振腔。第一共振腔的至少ー側(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)相対的一側(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，第一共振腔的另ー側(cè)邊為第二彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且與該第一共振腔的另ー側(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，第二共振腔的ー側(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(duì)上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明更提出ー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，分別具有彼此相対的第一與第二導(dǎo)體表面，并且將第一與第ニ共振腔的各第二導(dǎo)體表面配置成彼此相對(duì)，其中第一或第二共振腔至少ー側(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(duì)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(duì)應(yīng)第二共振腔的第一導(dǎo)體表面的其中ー側(cè)邊緣。形成至少ー連通柱，垂直地連接第一與第二高頻傳輸線。另外，本發(fā)明更提出ー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，并且將至少ー側(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)相対的ー側(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)有的多層基板エ藝相客，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I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(hào)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為另ー實(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繪示另ー種具有交錯(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IOA繪示本發(fā)明第一實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的ー種結(jié)構(gòu)。圖IOB繪示圖IOA的側(cè)視圖，圖IOC繪示圖IOA的正視圖。圖11繪示圖10的變化例。
圖12繪示圖10的另ー變化例。圖13繪示圖10的另ー變化例。圖14繪示圖10的另ー變化例。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ー種結(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Sll)頻率響應(yīng)示意圖。圖19圖繪示應(yīng)用本發(fā)明的另ー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Sll)頻率響應(yīng)示意圖。附圖標(biāo)記說明
I、2:導(dǎo)體層3:介電層
20:次導(dǎo)體層100、150:共振腔
102、106、152、156:金屬層103、153:槽孔
104、154:傳輸線106a、156a:槽孔
108、158:介質(zhì)層172、174、178:連通柱
114、124、190、198:槽孔116、126、192、196:傳輸線
194:電流探針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簡化電路架構(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)，以及ー個(gè)弱交錯(cuò)耦合機(jī)制(M13)。這邊定義耦合機(jī)制M a ^ (a , ^ = 1,2,3, a ^ ￠)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為磁場耦合，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為另ー實(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)以及ー個(gè)弱交錯(cuò)耦合機(jī)制(M14)。這邊所定義的Ma ^ ( a , ^ = 1,2,3,4 ； aホ^ )的極性與上述相同磁場性I禹合為正，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I繪不一般基板整合波導(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，SIff型式的共振腔會(huì)操作在TElOl的模態(tài)。在TElOl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，而邊界的地方則為磁場最強(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I 4。每ー個(gè)共振腔I 4包括ー層以上的介質(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I 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)成磁場性耦合。這點(diǎn)會(huì)在下面說明。在圖8的實(shí)施例中，共振腔I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I與共振腔4之間的交錯(cuò)耦合(M14)。圖9繪示另ー種具有交錯(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I 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I、共振腔4以及共振腔3。輸入端接到共振腔1，輸出端接到共振腔4。在該四階帶通濾波器中，主要信號(hào)耦合路徑為共振腔I =>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I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ー種結(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10A、10B、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I與共振腔4作為ー個(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I)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之間可再増加其他共振腔，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(duì)于熟悉此技術(shù)者可以任意做適當(dāng)?shù)淖兓：雎灾虚g結(jié)構(gòu)不著，共振腔100的第二金屬層106與共振腔150的第二金屬層156不彼此相對(duì)。如圖IOA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?；旧?，傳輸線104與154是配置在彼此相対的位置，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10C。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IOC0在制作上，可以沿用一般PCB的エ藝技木。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(hào)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11繪示本發(fā)明另ー實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的ー種結(jié)構(gòu)。圖11與圖10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10相同，在此省略其相關(guān)說明。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ー種結(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11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ー種結(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，此槽孔為ー種封閉性的孔洞。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(hào)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(current probe)的方式將微帶線I禹合至共振腔。如圖13所示,基本上槽孔190與傳輸線192的結(jié)構(gòu)與圖10的差別在于圖13的傳輸線192與金屬層(相當(dāng)于圖10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連接到共振腔的另ー金屬層(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也是ー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(duì)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相接觸的狹長型金屬面上開槽孔(例如槽孔200c與202c)達(dá)成磁場性耦合。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16A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(duì)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(duì)，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，只有下層共振腔的ー側(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，只有上層共振腔的ー側(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則是上層共振腔的ー側(cè)形成上述的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)，下層共振腔的另ー側(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(duì)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10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Sll)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I. 8，濾波器的平面尺寸小于145mil X 179mil。量測(cè)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)TZl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Sll)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(I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)生ー個(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140milX160mil。如圖20所示，量測(cè)得到中心頻率為22. 5GHz，頻寬為1GHz，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)有的多層基板エ藝相客，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.ー種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，至少包括 第一共振腔，至少ー側(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(duì)的ー側(cè)更具有槽孔，藉以電學(xué)連接。
2.如權(quán)利要求I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ー側(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ー側(cè)邊同側(cè)為彎折延伸結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I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。
4.如權(quán)利要求2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ー側(cè)邊電學(xué)連接。
5.如權(quán)利要求2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。
6.如權(quán)利要求I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。
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)，其中該基板整合波導(dǎo)共振腔為以多層基板エ藝實(shí)現(xiàn)。
8.ー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，并且將至少ー側(cè)邊彎折成第一彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且形成槽孔于該第ー彎折延伸結(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ー彎折延伸結(jié)構(gòu)相対的ー側(cè)，藉以電學(xué)連接。
9.如權(quán)利要求8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ー側(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ー側(cè)邊同側(cè)。
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)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)。
11.如權(quán)利要求9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ー側(cè)邊。
12.如權(quán)利要求9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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)H01P3/00GK102655252SQ20111040234
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)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(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院