聚合物基諧振器天線(xiàn)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】介質(zhì)諧振器天線(xiàn)適合用于小型射頻（RF）天線(xiàn)和裝置以及它們的制造方法。描述的是使用聚合物基材料制造的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，如在集成電路和微系統(tǒng)的光刻制造中常用的那些材料。因此，制造時(shí)可以使用光刻制造技術(shù)。可以使用高的金屬垂直結(jié)構(gòu)激發(fā)聚合物基的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其還利用適合集成電路和微系統(tǒng)制造的技術(shù)來(lái)制造。
【專(zhuān)利說(shuō)明】聚合物基諧振器天線(xiàn)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求2011年7月29日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/513，354的權(quán)益。美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/513，354的整體作為參考包含在這里。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本文描述的實(shí)施例涉及射頻(RF)天線(xiàn)及其制造方法。具體地，描述的實(shí)施例涉及介質(zhì)諧振器天線(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0004]當(dāng)前的集成電路天線(xiàn)通?；诒〗饘傥А百N片”結(jié)構(gòu)，其占用大的側(cè)面積。微帶天線(xiàn)由布置在接地基板上的并且通常通過(guò)同軸探針或孔饋電的金屬帶或貼片組成。
[0005]最近，為了在微波和毫米波頻段的小型化無(wú)線(xiàn)和傳感器應(yīng)用，介質(zhì)諧振器天線(xiàn)(DRA)已經(jīng)吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。DRA是具有橫向尺寸的三維結(jié)構(gòu)，可以比傳統(tǒng)的平面貼片天線(xiàn)小幾倍，并且在輻射效率和帶寬方面其可以提供優(yōu)越性能。
[0006]從軍事到醫(yī)學(xué)用途，從低頻到非常高的頻段，并且從片上到大陣列應(yīng)用，在各種各樣的無(wú)線(xiàn)應(yīng)用的設(shè)計(jì)中，DRA正變得越來(lái)越重要。相對(duì)于其它低增益或小的金屬結(jié)構(gòu)的天線(xiàn)，DRA提供更高的輻射效率(由于沒(méi)有表面波和導(dǎo)體損耗)、較大的阻抗帶寬和緊湊尺寸。DRA還提供了設(shè)計(jì)靈活性和通用性?？梢岳酶鞣N幾何形狀或諧振模式實(shí)現(xiàn)不同的輻射圖案，可以通過(guò)不同的介電常數(shù)提供寬帶或小型天線(xiàn)，并且可以使用各種各樣的饋電結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)DRA的激勵(lì)。
[0007]盡管DRA的電磁性能優(yōu)良，微帶天線(xiàn)仍廣泛用于低增益微波和毫米波應(yīng)用。廣泛使用的微帶天線(xiàn)可能主要基于用于制造這些天線(xiàn)的現(xiàn)代印刷電路技術(shù)的相對(duì)低的制造成本考慮。通過(guò)比較，陶瓷基DRA可能涉及更復(fù)雜和昂貴的制造工藝，部分原因是其三維結(jié)構(gòu)，部分原因是陶瓷材料加工的難度。
[0008]這些制造困難限制了 DRA的廣泛使用，尤其是對(duì)于大批量商業(yè)應(yīng)用。
[0009]另外，雖然微帶貼片天線(xiàn)可以很容易地由光刻工藝制造成在各種復(fù)雜形狀，但是DRA主要限于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)(如矩形和圓形/圓柱形狀)。
[0010]事實(shí)上，已知的DRA的制造特別具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼈儌鹘y(tǒng)上使用高相對(duì)介電常數(shù)的陶瓷制造，這些陶瓷是天然硬且非常難加工。批量加工制造會(huì)很困難，因?yàn)樘沾刹牧系挠捕纫蠼饎偸懈罟ぞ撸捎谔沾刹牧系难心バ再|(zhì)，切割工具可能磨損相對(duì)較快。另外，陶瓷通常是在900-2000°C范圍內(nèi)的高溫下燒結(jié)，制造過(guò)程更復(fù)雜并且可能限制DRA其它元件的可獲得材料的范圍。由于獨(dú)立元件放置以及與基板接合的要求，陣列結(jié)構(gòu)會(huì)更加難以制造。因此，它們不能容易地用已知的自動(dòng)化生產(chǎn)工藝制造。
[0011]另外的問(wèn)題出現(xiàn)在毫米波頻率，其中DRA的尺寸減小到毫米或亞毫米范圍內(nèi)，并且相應(yīng)減小制造公差。這些制造困難迄今為止限制了 DRA的廣泛使用，尤其是用于大批量商業(yè)應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]在第一主要方面，提供一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括:基板，其具有至少第一平坦表面；饋線(xiàn)，其形成在基板的第一平坦表面上；聚合物基諧振器，其包括布置在基板的第一坦平表面上且至少部分在饋線(xiàn)上的至少第一本體部分，其中第一本體部分至少部分限定在基本平行于第一平坦表面的平面上延伸的腔，其中腔暴露饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分；傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)(conductive feed structure),其布置在腔內(nèi)，該饋電結(jié)構(gòu)電稱(chēng)合到第一饋線(xiàn)部分并遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔。
[0013]在一些實(shí)施例中，該饋電結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔的量在腔高度的10%_100%之間。
[0014]在一些實(shí)施例中，第一本體部分介質(zhì)材料構(gòu)成，該介質(zhì)材料在制造之后保留。
[0015]在一些實(shí)施例中，聚合物基諧振器本體包括緊鄰第一本體部分提供的第二本體部分。
[0016]在一些實(shí)施例中，第二本體部分緊鄰第一本體部分的外壁，并且饋電結(jié)構(gòu)合適地接合在第一本體部分和第二本體部分之間。
[0017]在一些實(shí)施例中，第二本體部分提供在腔內(nèi)，并且饋電結(jié)構(gòu)合適地接合在第二本體部分的外壁和第一本體部分的內(nèi)壁之間。
[0018]在一些實(shí)施例中，第二本體部分由與第一本體部分不同的材料構(gòu)成。
[0019]在一些實(shí)施例中，第一本體部分具有小于10的相對(duì)介電常數(shù)。
[0020]在一些實(shí)施例中，聚合物基諧振器本體由純聚合物光致抗蝕劑材料構(gòu)成。
[0021 ] 在一些實(shí)施例中，聚合物基諧振器本體由復(fù)合聚合物基光致抗蝕劑材料構(gòu)成。
[0022]在一些實(shí)施例中，介質(zhì)諧振器天線(xiàn)可以進(jìn)一步包括錐形饋線(xiàn)部分，該錐形饋線(xiàn)部分具有帶有第一寬度的第一側(cè)和帶有第二寬度的第二側(cè)，其中第二寬度比第一寬度寬，其中傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)經(jīng)由第二側(cè)的錐形饋線(xiàn)部分電耦合到饋線(xiàn)，并且其中饋線(xiàn)經(jīng)由第一側(cè)的錐形饋線(xiàn)部分電耦合到傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)。
[0023]在可選實(shí)施例中，提供一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括:基板，其具有至少第一平坦表面；饋線(xiàn)，其形成在基板的第一平坦表面上；聚合物基諧振器本體，其包括:第一本體部分，布置在基板的第一平坦表面上且至少部分在饋線(xiàn)上，其中第一本體部分限定在基本垂直于第一平坦表面的平面上延伸的第一腔和第一腔的壁與第一本體部分的外壁之間的第二腔，其中第二腔暴露饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分；和第二本體部分，其提供在第一本體部分內(nèi)；和傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，其布置在第二腔內(nèi)，該饋電結(jié)構(gòu)電耦合到第一饋線(xiàn)部分并遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)第二腔。
[0024]在更廣泛的方面，提供一種制造介質(zhì)諧振器天線(xiàn)的方法，該方法包括:形成具有至少第一平坦表面的基板；在基板的第一平坦表面上沉積并圖案化饋線(xiàn)；形成聚合物基諧振器本體，包括在基板的第一平坦表面上且至少部分在饋線(xiàn)上的至少第一本體部分；經(jīng)由圖案掩模將聚合物基諧振器本體暴露于光刻源，其中圖案掩模限定將要形成在聚合物基諧振器本體中的腔，該腔在基本垂直于第一平坦表面的平面中延伸并至少部分暴露出饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分；顯影聚合物基諧振器本體的至少一個(gè)暴露部分并移除至少一個(gè)暴露部分以呈現(xiàn)出腔；在腔內(nèi)沉積傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，該饋電結(jié)構(gòu)電耦合到第一饋線(xiàn)部分并遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔。
[0025]在一些實(shí)施例中，進(jìn)行多次所述形成，以逐漸增加聚合物基諧振器本體的厚度。
[0026]在一些實(shí)施例中，所述形成包括接合至少一個(gè)聚合物基材料薄片。
[0027]在一些實(shí)施例中，所述形成包括模鑄聚合物基諧振器本體并在200°C以下的溫度下烘焙。
[0028]在一些實(shí)施例中，光刻源是X射線(xiàn)源。
[0029]在一些實(shí)施例中，光刻光源是紫外光源。
[0030]在一些實(shí)施例中，該顯影是在250°C以下的溫度下進(jìn)行的。
[0031 ] 在一些實(shí)施例中，饋電結(jié)構(gòu)是用電鍍沉積的。
[0032]在一些實(shí)施例中，饋電結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔，并且饋電結(jié)構(gòu)具有在腔高度的10-100%之間的高度。
[0033]在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括通過(guò)在沉積期間控制饋電結(jié)構(gòu)高度調(diào)諧介質(zhì)諧振器天線(xiàn)。
[0034]在一些實(shí)施例中，第一主體部分由介質(zhì)材料構(gòu)成，該介質(zhì)材料在制造之后保留。
[0035]在一些實(shí)施例中，形成聚合物基諧振器本體還包括形成鄰接第一本體部分的至少第二本體部分。
[0036]在一些實(shí)施例中，第二本體部分鄰接于第一本體部分的外壁，且饋電結(jié)構(gòu)合適地接合在第一本體部分和第二本體部分之間。
[0037]在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在腔內(nèi)形成第二本體部分，并且饋電結(jié)構(gòu)合適地接合在第二本體部分的外壁和第一本體部分的內(nèi)壁之間。
[0038]在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在形成第二本體部分后去除第一本體部分。
[0039]在一些實(shí)施例中，第二本體部分由與第一本體部分不同的材料構(gòu)成。
[0040]在一些實(shí)施例中，聚合物基諧振器本體由純聚合物光致抗蝕劑材料制成。
[0041 ] 在一些實(shí)施方案中，聚合物基諧振器本體由復(fù)合聚合物基光致抗蝕劑材料制成。
[0042]在可選實(shí)施例中，提供一種制造介質(zhì)諧振器天線(xiàn)的方法，該方法包括:形成具有至少第一平坦表面的基板；沉積并圖案化在基板的第一平坦表面上形成的饋線(xiàn)；形成聚合物基諧振器本體，包括:形成布置在基板的第一平坦表面上和至少部分在饋線(xiàn)上的第一本體部分；經(jīng)由圖案掩模將聚合物基諧振器本體暴露于光刻源，其中圖案掩模限定將要形成在在基本垂直于第一平坦表面的平面中延伸的第一本體部分中的第一腔，并且該圖案掩模進(jìn)一步限定將要形成在第一腔的壁和第一本體部分的外壁之間的第二腔，其中第二腔暴露饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分；和顯影聚合物基諧振器本體的至少一個(gè)暴露部分并移除至少暴露部分，以呈現(xiàn)出第一腔；進(jìn)一步形成提供在第一腔內(nèi)的第二本體部分；和沉積布置在第二腔內(nèi)的傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，該饋電結(jié)構(gòu)電稱(chēng)合到第一饋線(xiàn)部分并遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)第二腔。
[0043]在又一個(gè)廣泛的方面，提供了一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括:具有至少第一平坦表面的基板；聚合物基諧振器本體；和激勵(lì)結(jié)構(gòu)，其用于激勵(lì)聚合物基諧振器本體，其中聚合物基諧振器本體在大致垂直于基板的方向上包括延伸通過(guò)聚合物基諧振器本體的多個(gè)金屬內(nèi)含物，并且其中以規(guī)則的圖案提供多個(gè)金屬內(nèi)含物，以增強(qiáng)聚合物基諧振器本體的有效相對(duì)介電常數(shù)。
[0044]在一些實(shí)施例中，多個(gè)金屬內(nèi)含物具有大致H形的輪廓。[0045]在又一個(gè)廣泛的方面，提供一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括:具有至少第一平坦表面的基板；耦合到基板的諧振器本體；在基板的第一平坦表面上的饋線(xiàn)，該饋線(xiàn)具有第一寬度；至少部分定位在基板和諧振器本體之間的傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，該傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)具有比饋線(xiàn)的第一寬度寬的第二寬度；錐形饋線(xiàn)部分，該錐形饋線(xiàn)部分具有帶有第一寬度的第一側(cè)和帶有第二寬度的第二側(cè)，第一側(cè)電耦合到饋線(xiàn)，第二側(cè)電耦合到傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)；錐形饋線(xiàn)部分可以具有梯形形狀。
[0046]在又一個(gè)廣泛的方面，提供一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括:具有至少第一平坦表面的基板；耦合到該基板的諧振器本體；至少部分在諧振器本體和基板之間延伸的微帶饋線(xiàn)，其中饋線(xiàn)離在距基板表面第一距離處鄰接諧振器本體，并且其中饋線(xiàn)具有被選擇來(lái)提供預(yù)定阻抗的寬度和厚度。
[0047]饋線(xiàn)的厚度可以基本上超過(guò)平面金屬波導(dǎo)厚度。在一些情況下，該厚度在100 μ m和1000 μ m之間。
[0048]天線(xiàn)可以進(jìn)一步包括布置在饋線(xiàn)和基板之間的介質(zhì)支撐。該介質(zhì)支撐可以具有低的相對(duì)介電常數(shù)，例如小于10。
[0049]在一些情況下，饋線(xiàn)的寬度對(duì)應(yīng)于介質(zhì)支撐的寬度。在一些情況下，第一距離等于饋線(xiàn)的厚度和介質(zhì)支撐的厚度。
[0050]該預(yù)定阻抗可以是50 Ω。
[0051]在又一個(gè)廣泛的方面，提供一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括:具有至少第一平坦表面的基板；形成于基板的第一平坦表面上的饋線(xiàn)；包括布置在基板的第一平表面上和至少部分饋線(xiàn)上的至少第一本體部分的諧振器本體；其中第一本體部分至少部分地限定在基本上垂直于第一平坦表面的平面內(nèi)延伸的腔，其中該腔暴露出饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分；設(shè)置在腔內(nèi)的饋電結(jié)構(gòu)，該饋電結(jié)構(gòu)電耦合到第一饋線(xiàn)部分并遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔；具有內(nèi)壁、外壁、頂壁和底壁的介質(zhì)饋電部分，底壁與頂壁相對(duì)，介質(zhì)饋電部分沿著其底壁至少部分布置在饋線(xiàn)上并沿著內(nèi)壁鄰接諧振器本體；和沿著介質(zhì)饋電部分的外壁布置的外部帶，外部帶基本垂直于第一平坦表面從介質(zhì)饋線(xiàn)部分的頂壁向底壁延伸。
[0052]在一些情況下，饋電結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)該腔的量在腔高度的10-100%之間。
[0053]在一些情況下，外部帶遠(yuǎn)離頂壁延伸的量在介質(zhì)饋電部分高度的10-100%之間。
[0054]介質(zhì)饋電部分可以由與諧振器本體不同的材料構(gòu)成。諧振器本體可以具有小于10的相對(duì)介電常數(shù)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0055]為了更好地理解本文描述的實(shí)施例以及更清楚地示出它們可以如何實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在將僅借助實(shí)例參考其中示出了至少一個(gè)示例性實(shí)施例的附圖，并且其中:
[0056]圖1A示出了用深X射線(xiàn)光刻制造的第三階科赫島分形結(jié)構(gòu)的聚合物基天線(xiàn)元件；
[0057]圖1B示出了以更高的放大倍數(shù)顯示側(cè)壁細(xì)節(jié)的圖1A的天線(xiàn)元件；
[0058]圖2A和2B示出了純PMMA的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切作為頻率的函數(shù)的示例性圖；
[0059]圖3A和3B示出了 SU_8的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切作為頻率的函數(shù)的示例性圖；
[0060]圖4A和4B示出了基于具有包括48% (重量)復(fù)合材料的氧化鋁微粉末的PMMA的復(fù)合材料的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切作為頻率的函數(shù)的示例性圖；
[0061]圖5A和5B示出了基于具有包括48% (重量)復(fù)合材料的氧化鋁微粉末的SU_8的復(fù)合材料的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切作為頻率的函數(shù)的示例性圖；
[0062]圖6A示出了示例性的PRA ；
[0063]圖6B示出了圖6A的PRA的反射系數(shù)作為頻率的函數(shù)；
[0064]圖6C示出了對(duì)應(yīng)于圖6A的PRA的E面圖案；
[0065]圖6D和6E示出了帶饋電的PRA的反射系數(shù)的圖；
[0066]圖7A至7C示出了具有嵌入式垂直金屬帶的示例性PRA ；
[0067]圖7D示出了圖7A至7C的PRA的反射系數(shù)的圖；
[0068]圖8A示出了具有嵌入式高金屬垂直饋電結(jié)構(gòu)的另一示例性PRA的分解立體圖；
[0069]圖8B示出了圖8A的PRA的反射系數(shù)的圖；
[0070]圖9A示出了具有嵌入式高金屬垂直饋電結(jié)構(gòu)的另一示例性PRA的分解立體圖；
[0071]圖9B示出了圖9A的PRA的備選框架的等距視圖；
[0072]圖9C示出了圖9A的PRA的反射系數(shù)的圖；
[0073]圖1OA示出了具有嵌入式高金屬垂直饋電結(jié)構(gòu)的另一示例性PRA的分解立體圖；
[0074]圖1OB示出了圖1OA的PRA的反射系數(shù)的圖；
[0075]圖1OC和IOD示出了圖1OA的PRA的輻射圖案的圖；
[0076]圖1lA示出了具有嵌入式垂直金屬元件陣列的示例性諧振器本體的分解立體圖；
[0077]圖1lB示出了具有嵌入式金屬增強(qiáng)諧振器的另一示例性PRA的圖；
[0078]圖1lC示出了圖1lB的PRA的反射系數(shù)的圖；
[0079]圖1lD示出了具有包括嵌入式垂直金屬元件陣列的諧振器本體的另一示例性PRA的等距視圖；
[0080]圖12示出了示例性的光刻制造工藝；
[0081]圖13示出了具有改進(jìn)的饋線(xiàn)的示例性介質(zhì)諧振器天線(xiàn)的等距視圖；
[0082]圖14A示出了比較圖13的DRA和常規(guī)DRA的反射系數(shù)的極坐標(biāo)中的史密斯圓圖；
[0083]圖14B示出了對(duì)應(yīng)于圖14A的史密斯圓圖的反射系數(shù)的圖；
[0084]圖14C和14D示出了圖14A和14B的示例性實(shí)施例的諧振器本體內(nèi)部的電近場(chǎng)分布；
[0085]圖14E和14F分別示出了在圖14A至14D的示例性實(shí)施例中天線(xiàn)的歸一化輻射圖案在25GHz的E面和H面；
[0086]圖14G示出了在圖14A的示例性實(shí)施例的反射系數(shù)的圖上改變諧振器側(cè)寬度的效果;
[0087]圖14H示出了對(duì)于各種饋線(xiàn)形狀的反射系數(shù)的圖；
[0088]圖15A和15B分別示出了雙垂直饋電結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施例的等距視圖和平面圖；
[0089]圖16A示出了對(duì)于圖15A和15B的示例性實(shí)施例的對(duì)于變化長(zhǎng)度Li的反射系數(shù)變化的圖；
[0090]圖16B示出了圖15A和15B的示例性實(shí)施例的對(duì)于變化長(zhǎng)度Le的反射系數(shù)變化的圖；
[0091]圖17A至17F示出了圖15A的DRA的一個(gè)結(jié)構(gòu)的E面和H面切割中的輻射圖案；
[0092]圖18示出了在一個(gè)結(jié)構(gòu)中沒(méi)有外部帶的DRA的E面切割中的輻射圖案；
[0093]圖19示出了在一個(gè)結(jié)構(gòu)中沒(méi)有外部帶的DRA的H面切割中的輻射圖案；
[0094]圖20A示出了具有改進(jìn)的饋線(xiàn)的示例性DRA實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0095]圖20B示出了圖20A的DRA的平面圖；
[0096]圖20C示出了對(duì)于各個(gè)饋線(xiàn)厚度的反射系數(shù)的圖；
[0097]圖21A示出了具有改進(jìn)的饋線(xiàn)和介質(zhì)支撐的示例性DRA實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0098]圖21B示出了圖21A的DRA的平面圖；和
[0099]圖21C示出了對(duì)于各種介質(zhì)支撐厚度的反射系數(shù)的圖。
[0100]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，下面描述的附圖是僅用于說(shuō)明目的。將意識(shí)到，為了說(shuō)明簡(jiǎn)單和清楚，附圖中示出的元件不一定按比例繪制。例如，為了清楚起見(jiàn)，可以相對(duì)于其它元件夸大一些元件的尺寸。此外，在認(rèn)為適當(dāng)時(shí)，可以在多個(gè)圖中重復(fù)附圖標(biāo)記以指示相應(yīng)或類(lèi)似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0101]使用聚合物基的材料制造DRA可能有助于在商業(yè)應(yīng)用中更多地使用這類(lèi)天線(xiàn)。聚合物的自然柔軟性可以大大簡(jiǎn)化制造并且它們的低的相對(duì)介電常數(shù)可以進(jìn)一步增強(qiáng)DRA的阻抗帶寬。
[0102]本文描述的是小型射頻(RF)天線(xiàn)和使用非傳統(tǒng)的聚合物基材料的裝置及其制造方法。所描述的小型RF天線(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于各種出現(xiàn)的無(wú)線(xiàn)通信和傳感器裝置(例如，微型接收器/發(fā)送器、個(gè)人/耐磨/嵌入式無(wú)線(xiàn)設(shè)備等)、汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)、小衛(wèi)星、RFID、傳感器和傳感器陣列網(wǎng)絡(luò)、生物相容的無(wú)線(xiàn)裝置和生物傳感器)的提高的性能和增加的功能。尤其是，這些聚合物基的天線(xiàn)裝置可以稱(chēng)為聚合物或聚合物基的諧振器天線(xiàn)(PRA)。
[0103]目前，對(duì)RF無(wú)線(xiàn)裝置的持續(xù)小型化的最大障礙之一是天線(xiàn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)占總器件尺寸的很大一部分。近來(lái)，陶瓷基介質(zhì)諧振器天線(xiàn)(DRA)已吸引了對(duì)小型化無(wú)線(xiàn)和在微波和毫米波頻率的傳感器應(yīng)用的增加的關(guān)注。DRA是具有橫向尺寸的三維結(jié)構(gòu)，其可以比傳統(tǒng)的天線(xiàn)小幾倍并且其可以提供優(yōu)良的性能。盡管陶瓷基的DRA有優(yōu)良的性能，但由于關(guān)系到它們的三維結(jié)構(gòu)引起的復(fù)雜的和昂貴的制造工藝以及制造并成形硬質(zhì)陶瓷材料的困難，它們沒(méi)有被廣泛用于商業(yè)無(wú)線(xiàn)應(yīng)用。
[0104]與此相反，本文描述的聚合物基的DRA會(huì)促進(jìn)更容易制造，同時(shí)保留陶瓷基DRA的很多好處。尤其是，例如，聚合物的固有的柔軟性可以通過(guò)使用光刻批量制造或其它3D印刷或微機(jī)械加工工藝顯著簡(jiǎn)化介質(zhì)元件的制造。然而，必須有效地激發(fā)聚合物基的DRA以在微波和暈米波頻率共振和福射。
[0105]由于聚合物基材料的固有的柔軟性，使用這些材料可以顯著地簡(jiǎn)化制造。在一些情況下，可以使用純的光致抗蝕劑的聚合物用于直接曝光。在其它情況下，復(fù)合的光致抗蝕劑的聚合物(例如，混合有例如陶瓷粉末或其它材料的聚合物)用于直接接觸。也可以使用例如本文參考圖9A和9B所描述的其它材料。而且，假如使用的聚合物材料有非常低的相對(duì)介電常數(shù)，使用聚合物基的材料可以提供寬的阻抗帶寬。尤其是，可以使用具有所選參數(shù)的各種不同的聚合物類(lèi)型來(lái)滿(mǎn)足特定應(yīng)用的要求或達(dá)到所希望的性能特性。例如，使用光刻工藝，光致抗蝕劑的聚合物(例如PMMA)可以有利于DRA的制造并且可以使用彈性聚合物(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))來(lái)制得柔韌的低輪廓的PRA。
[0106]聚合物材料還可以與各種填充材料混合以制造復(fù)合材料。如果適當(dāng)?shù)鼗旌?，工程?fù)合材料可以提供非凡的性能?？梢允褂玫膹?fù)合材料包括自供電復(fù)合材料、鐵電的復(fù)合材料和鐵磁的復(fù)合材料。
[0107]自供電復(fù)合材料是能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的材料，從而提供電力以供微波電路使用。這類(lèi)材料的例子包括碳納米管和CdS納米棒或納米線(xiàn)。
[0108]鐵電復(fù)合材料是可以響應(yīng)于所施加的(例如DC)電壓改變天線(xiàn)特性的材料，從而在微波電路的設(shè)計(jì)和操作方面引入靈活性。這種材料的例子是BST (鈦酸鍶鋇)，其是一種類(lèi)型的陶瓷材料。
[0109]鐵磁復(fù)合材料與鐵電材料類(lèi)似，不同之處在于它們通常響應(yīng)于施加的磁場(chǎng)改變天線(xiàn)特性。這種材料的例子包括聚合物-金屬(鐵和鎳)納米復(fù)合材料。
[0110]也可以使用高相對(duì)介電常數(shù)的陶瓷來(lái)提供特定的性能特征。
[0111]這種填料可以允許設(shè)計(jì)可以動(dòng)態(tài)適應(yīng)的(例如，頻率或極化靈活，或者具有可重新配置的輻射圖案)“智能”的PRA。這種PRA例如在適應(yīng)的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中是特別有用的。
[0112]正如上面提到的，光致抗蝕劑和/或光敏聚合物可以與光刻制備工藝組合使用來(lái)實(shí)現(xiàn)具有精確特征的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)。尤其是，發(fā)展已知的光刻技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)具有小特征的無(wú)源器件的制造。
[0113]然而，延長(zhǎng)這些光刻技術(shù)來(lái)制造高性能的無(wú)源微波部件-其通常占超過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)器中的電路元件的75% -以前已經(jīng)受到阻礙，因?yàn)閁V光的滲透深度對(duì)于圖案化高層結(jié)構(gòu)通常是不夠的，常見(jiàn)的是厚的光致抗蝕`劑材料。通常，厚的結(jié)構(gòu)可以提高各種金屬部件(例如，通過(guò)制作高的、低損耗的小型結(jié)構(gòu))的性能，由于沒(méi)有表面電流和金屬損耗，并且還由于制造微小的三維結(jié)構(gòu)的難度，特別希望厚結(jié)構(gòu)的制造用于合適在毫米波頻率使用的介質(zhì)元件。
[0114]在一些實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)光刻是用合適的精度和批量制造能力在厚材料中實(shí)現(xiàn)高結(jié)構(gòu)的圖案化的合適的制造技術(shù)。
[0115]X射線(xiàn)光刻是一種可以利用同步加速器輻射來(lái)制造三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)。結(jié)構(gòu)可以被制造為具有高度可達(dá)數(shù)毫米(例如，目前的技術(shù)典型地最多為3至4_)，以及在微米或亞微米范圍內(nèi)具有最小的橫向結(jié)構(gòu)特征(即，布局圖案)。相對(duì)于諸如UV光刻的其它制造技術(shù)，X射線(xiàn)光刻可以產(chǎn)生具有更好側(cè)壁垂直度和更精細(xì)特征的高得多的結(jié)構(gòu)(可達(dá)數(shù)毫米)。
[0116]現(xiàn)在參考圖1A和1B，示出了聚合物基天線(xiàn)元件100的示例性?huà)呙桦娮语@微鏡(SEM)圖像，在聞品質(zhì)微型結(jié)構(gòu)的制造中顯不出X射線(xiàn)光刻技術(shù)的能力。圖1Atj^出了用深X射線(xiàn)光刻制造的第三階科赫島分形結(jié)構(gòu)的聚合物基天線(xiàn)元件100。如所示的，天線(xiàn)元件100的厚度為1.8mm，優(yōu)良的側(cè)壁垂直度大于89.7°，粗糙度為26± 12nm量級(jí)。圖1B示出了以較高的放大倍數(shù)示出側(cè)壁細(xì)節(jié)的相同的天線(xiàn)元件100。
[0117]X射線(xiàn)光刻技術(shù)也可以用于制造高的金屬結(jié)構(gòu)(例如，電容器、濾波器、傳輸線(xiàn)、腔諧振器和耦合器等)，因此可以允許在一個(gè)共用基板上制造集成的PRA電路(例如，陣列結(jié)構(gòu)、饋電網(wǎng)絡(luò)和其它微波部件)。[0118]X射線(xiàn)光刻技術(shù)可以使用比傳統(tǒng)的光學(xué)光刻技術(shù)更多能量和更高頻率的輻射，以產(chǎn)生具有最小尺寸大小小于I微米的非常高的結(jié)構(gòu)。X射線(xiàn)光刻制造包括在基板上涂覆光致抗蝕劑材料，通過(guò)掩模曝光同步加速器輻射，并使用合適的溶劑或顯影劑顯影該材料的步驟。
[0119]X射線(xiàn)光刻技術(shù)也可以是所謂的LIGA工藝的初始階段，其中LIGA是LithographiesGalvanoformung和Abformung (光刻、電沉積和模塑)的德文縮寫(xiě)。LIGA工藝還可以包括金屬的電鑄和塑料的模塑，其沒(méi)有嚴(yán)格要求生產(chǎn)介電結(jié)構(gòu)。
[0120]可以修改和優(yōu)化X射線(xiàn)光刻制造，用于不同的材料和結(jié)構(gòu)要求?？梢赃x擇X射線(xiàn)光刻制造中使用的材料，以滿(mǎn)足X射線(xiàn)光刻制造本身所需的光刻性能和所制造的天線(xiàn)的隨之產(chǎn)生的電性能。
[0121]尤其是，將被選擇用于合適材料的電氣特性包括相對(duì)介電常數(shù)和介電損耗。在介質(zhì)天線(xiàn)的應(yīng)用中，可以選擇的材料具有低的介電損耗(例如，損耗角正切高達(dá)約0.05，或可能更高，這取決于應(yīng)用)。例如，值小于約0.03的損耗角正切會(huì)導(dǎo)致天線(xiàn)的大于90%的輻射效率。
[0122]在一些實(shí)施例中，材料的相對(duì)介電常數(shù)可以選擇為在8和100之間。在其它實(shí)施例中，相對(duì)介電常數(shù)可以小于約10。在一些具體實(shí)施例中，相對(duì)介電常數(shù)可以為約4或更低。
[0123]可以選擇用于X射線(xiàn)光刻微細(xì)加工的合適的聚合物基材料，使得簡(jiǎn)化沉積工藝，并且顯示出對(duì)X射線(xiàn)的靈敏性以便于圖案化。因此，在一些實(shí)施例中，使用純的光致抗蝕劑材料。在一些其它實(shí)施例中，也可以使用光致抗蝕劑的復(fù)合材料。
[0124]純光致抗蝕劑的聚合物材料可以最有效地促進(jìn)X射線(xiàn)光刻制造，但也可以在天線(xiàn)性能方面不太理想。適于X射線(xiàn)光刻的光致抗蝕劑材料的例子包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和 Epon SU-8。
[0125]PMMA是常用在電子束和X射線(xiàn)光刻中的單組分正抗蝕劑。它可能表現(xiàn)出相對(duì)差的敏感性，因此要求高曝光劑量進(jìn)行構(gòu)圖。然而，用專(zhuān)用顯影劑實(shí)現(xiàn)的選擇性(即對(duì)比度)可以非常高，從而導(dǎo)致優(yōu)良的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。有時(shí)通過(guò)膠將非常厚的PMMA層涂布在基板上。然而，圖案化厚層可能需要非常深的X射線(xiàn)和用于光束線(xiàn)反射鏡和過(guò)濾器的特殊調(diào)整。
[0126]PMMA在紫外線(xiàn)光譜表現(xiàn)出相對(duì)較小的吸收，這使得它作為光學(xué)光刻的候選不太理想。然而，PMMA在可見(jiàn)光范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)良的光學(xué)透明性，這使得它在微光學(xué)應(yīng)用中是有用的。
[0127]現(xiàn)在參考圖2A和圖2B，示出了純PMMA的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切作為頻率的函數(shù)的圖。PMMA的這些電特性是用兩層微帶環(huán)形諧振器的技術(shù)測(cè)定的。在IOGHz時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切經(jīng)測(cè)定分別為2.65和0.005。相對(duì)介電常數(shù)隨著頻率的增加而減小，在40GHz達(dá)到2.45。相反，介質(zhì)損耗角正切隨著頻率的增加而增加，在40GHz達(dá)到 0.02。
[0128]純PMMA的低的相對(duì)介電常數(shù)可能使得其不太適合某些介質(zhì)天線(xiàn)的應(yīng)用。
[0129]Epon SU-8是一種適合于紫外線(xiàn)和X射線(xiàn)光刻的三組分負(fù)抗蝕劑。SU-8在350-400nm之間的波長(zhǎng)表現(xiàn)出最大的靈敏度。然而，使用化學(xué)放大允許非常低的曝光劑量。因此，其它波長(zhǎng)，包括0.0l-1Onm之間的X射線(xiàn)波長(zhǎng)，也可以使用SU-8。[0130]SU-8的高粘度允許在多個(gè)步驟模鑄或旋涂非常厚的層。然而，副作用，如T型套圈，可能會(huì)導(dǎo)致諸如不想要的劑量貢獻(xiàn)于抗蝕劑頂部、交聯(lián)過(guò)程中由收縮引起的應(yīng)力和與電鍍的不兼容的缺陷。
[0131]在已知的技術(shù)中已經(jīng)報(bào)道了用于SU-8的介電特性的各種數(shù)值。例如，SU-8的介電常數(shù)已被報(bào)告為在2.8和4之間。這些報(bào)道的電性能的變化可能是由于多種因素，包括使用不同的商業(yè)類(lèi)型的SU-8 (例如SU-8 (5)、SU-8 (10)、SU_8 (100)等等)、預(yù)烘焙和后烘焙條件(例如時(shí)間和溫度)以及曝光劑量。因此，使用SU-8可能需要仔細(xì)的表征特別選定類(lèi)型的SU-8的電性能和制造步驟的相應(yīng)調(diào)整。
[0132]現(xiàn)在參考圖3A和3B，示出了 SU_8的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切作為頻率的函數(shù)的圖。SU-8的這些電性能是使用兩層微帶環(huán)形諧振器的技術(shù)獨(dú)立測(cè)量的。在IOGHz時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切分別測(cè)定為3.3和0.012。相對(duì)介電常數(shù)隨著頻率的增加而減小，在40GHz達(dá)到3.1。相反，介質(zhì)損耗角正切隨著頻率的增加而增加，在40GHz達(dá)到
0.04。
[0133]如本文所示，純的光致抗蝕劑材料對(duì)于微波和天線(xiàn)應(yīng)用不是最佳的。因此，希望改善它們的電性能。在一些實(shí)施例中，增強(qiáng)毫米波和微波波長(zhǎng)的期望性質(zhì)的材料，如陶瓷粉末和微粉末，可以被加入到低粘度的光致抗蝕劑材料。其它填料可以包括碳納米管和CdS納米線(xiàn)，活性鐵電材料和高相對(duì)介電常數(shù)的陶瓷，它們可以被選擇以形成具有所需性能的材料，如增強(qiáng)的可調(diào)諧性或自供電能力。所得到的光致抗蝕劑的復(fù)合材料可以提供適合于介質(zhì)天線(xiàn)應(yīng)用的更寬組的可實(shí)施材料。在某些情況下，使用這樣的復(fù)合材料會(huì)改變光致抗蝕劑性能，需要調(diào)整光刻加工或制造過(guò)程中的附加步驟。
[0134]這種光致抗蝕劑的復(fù)合材料的例子包括并入氧化鋁微粉末的PMMA復(fù)合物，以及還并入氧化鋁微粉末的SU-8復(fù)合物。
[0135]現(xiàn)在參考圖4A和4B，示出了基于具有含復(fù)合物的48% (重量)的氧化鋁微粉末的PMMA的復(fù)合物的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切作為頻率的函數(shù)的圖。PMMA復(fù)合物的這些電特性是用兩層微帶環(huán)形諧振器的技術(shù)測(cè)定的。
[0136]與純PMMA的相對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切相比，可觀(guān)察到有改善，而復(fù)合物仍然適合用于光刻制造中。例如，相比純PMMA在30GHz約2.5的相對(duì)介電常數(shù)，PMMA復(fù)合物的相對(duì)介電常數(shù)在30GHz為約3.9。類(lèi)似地，相比純PMMA在30GHz約0.015的損耗角正切，復(fù)合物的損耗角正切在30GHz為約0.01。
[0137]現(xiàn)在參考圖5A和5B，示出了基于具有含復(fù)合物的48% (重量)的氧化鋁微粉末的SU-8的復(fù)合物的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切作為頻率的函數(shù)的圖。SU-8復(fù)合物的這些電特性是用兩層微帶環(huán)形諧振器的技術(shù)測(cè)定的。
[0138]再有，可以觀(guān)察到SU-8復(fù)合物的電性能的改進(jìn)。例如，相比純SU-8在30GHz約
3.2的相對(duì)介電常數(shù)，SU-8復(fù)合物的相對(duì)介電常數(shù)在30GHz為約5。類(lèi)似地，相比純SU-8在30GHz約0.03的損耗角正切，復(fù)合物的損耗角正切在30GHz為約0.02。
[0139]可以使用各種復(fù)合物，其可以包括其它基的光致抗蝕劑材料或增強(qiáng)填料的其它電特性。光致抗蝕劑材料和增強(qiáng)填料的電特性可以以各種比例組合，這取決于所需的電性能和制造工藝。
[0140]因此，將意識(shí)到，該描述的實(shí)施例不限于光致抗蝕劑基的聚合物材料(例如，純光致抗蝕劑材料，如SU-8和PMMA，和光致抗蝕劑的復(fù)合材料，如混合有陶瓷或其它填料的SU-8和PMMA)。然而，光致抗蝕劑基的材料適合于在厚層中具有精確特征的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的光刻制造，尤其是如果它們便于使用深穿透光刻技術(shù)，如厚抗蝕劑UV光刻或深X射線(xiàn)光刻(XRL)0
[0141]非常低的相對(duì)介電常數(shù)的PRA的激發(fā)會(huì)存在問(wèn)題，但是在某些情況下仍然可以使用已知的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可以使用縫隙饋電機(jī)構(gòu)或微帶饋線(xiàn)機(jī)構(gòu)。在這種布置中，諧振器本體是從下方供給的，例如沿基板的表面。
[0142]然而，可以使用高金屬垂直結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更有效的耦合，其中該垂直結(jié)構(gòu)通常垂直延伸遠(yuǎn)離底座或基板。這樣高的金屬垂直結(jié)構(gòu)可以利用深X射線(xiàn)光刻制造技術(shù)圖案化并制造。在這樣的布置中，縫隙饋電或微帶饋送激勵(lì)機(jī)制可以用垂直結(jié)構(gòu)激勵(lì)機(jī)制替換。
[0143]具有高金屬垂直結(jié)構(gòu)的天線(xiàn)的一個(gè)例子是垂直開(kāi)放端的帶狀結(jié)構(gòu)，如圖6A所示。現(xiàn)在參考圖6A，示出了包括聚合物諧振器605的PRA600，其是由金屬垂直帶610饋送的。垂直帶610具有約2mmX 1.4mm的尺寸，并且電稱(chēng)合到微帶饋線(xiàn)620。
[0144]現(xiàn)在參考圖6B，示出了 PRA600的反射系數(shù)作為頻率的函數(shù)。將意識(shí)到，超寬帶操作可以使用PRA600實(shí)現(xiàn)。
[0145]然而，現(xiàn)在參考圖6C，示出了對(duì)應(yīng)于PRA600的E面圖案。E面圖案由于在諧振器605的側(cè)壁上存在金屬結(jié)構(gòu)(例如垂直帶610)而傾斜。因此，存在相對(duì)于y-ζ面在E面圖案結(jié)構(gòu)中可觀(guān)察到的不對(duì)稱(chēng)性。在更高的頻率更容易觀(guān)察到這種不對(duì)稱(chēng)的效果。
[0146]通過(guò)比較縫隙饋電天線(xiàn)，主模的共振可以從對(duì)于對(duì)應(yīng)的縫隙饋電天線(xiàn)的約
32.5GHz降低到對(duì)于天線(xiàn)600的23GHz。因此，天線(xiàn)尺寸可以由于使用金屬帶而小型化。
[0147]可以在接近主模的諧振頻率的頻率處激勵(lì)具有類(lèi)似輻射圖案的PRA的高階模式(例如在37GHz的TE131和在更高頻率的TE151 )。結(jié)果是，超寬帶天線(xiàn)的操作可以由于在不同頻率存在多種模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0148]也可以使用帶饋電結(jié)構(gòu)(如天線(xiàn)600)來(lái)饋送具有相對(duì)介電常數(shù)小于4的純SU-8結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在參考圖6D和6E，示出了帶饋電的PRA的反射系數(shù)的圖。圖6D示出了具有相對(duì)介電常數(shù)為3.5的PRA的反射系數(shù)。圖6E示出了相對(duì)介電常數(shù)為3.2的PRA的反射系數(shù)。
[0149]因此，可以觀(guān)察到，即使是對(duì)于相對(duì)介電常數(shù)為3.2的天線(xiàn)，主模的諧振頻率為
25.5GHz并且保持天線(xiàn)的-1OdB的超寬帶寬。
[0150]雖然希望垂直帶饋電機(jī)構(gòu)提供上面描述的超寬帶寬性能，但在實(shí)踐中很難有效地激發(fā)這種低相對(duì)介電常數(shù)的聚合物基DRA。甚至金屬帶和光致抗蝕劑聚合物之間的相對(duì)小的間隙也會(huì)對(duì)PRA的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。而且，外部的垂直帶難以制造。例如，由于材料的差的粘合性能，將垂直的金屬帶永久性地粘貼到光致抗蝕劑聚合物材料是有挑戰(zhàn)性的。
[0151]因此，為了緩解這一問(wèn)題，在本文中描述了嵌入在PRA的聚合物諧振器內(nèi)的高垂直金屬結(jié)構(gòu)?？梢灾圃爝@種嵌入式高垂直金屬結(jié)構(gòu)以避免需要將該帶粘貼于聚合物諧振器的外表面。有利的是，相比具有粘貼于外部側(cè)壁的帶的PRA，以上述方式制造的PRA的反射系數(shù)顯示出良好的性能。
[0152]通過(guò)并入高的垂直嵌入式金屬饋電結(jié)構(gòu)，PRA可以設(shè)計(jì)成相比傳統(tǒng)的DRA具有約50%的縮小尺寸。另外，具有嵌入式高的金屬饋電結(jié)構(gòu)的PRA能夠?qū)崿F(xiàn)提供附加的控制帶寬和頻率響應(yīng)的模式。
[0153]現(xiàn)在參考圖7A至7C，示出了具有嵌入式垂直金屬帶的示例性PRA700的三個(gè)不同視圖。圖7A示出了 PRA700的等距視圖，其包括具有嵌入孔710的諧振器本體705。諧振器本體705位于基板790和饋線(xiàn)780的頂上。
[0154]圖7B示出了 PRA700的等距剖視圖，揭示了嵌入在孔710內(nèi)的高的垂直金屬結(jié)構(gòu)720。最后，圖7C示出了 PRA700的平面圖。
[0155]高的金屬垂直結(jié)構(gòu)720可以是例如在100-200之間微米厚，并且可以在聚合物諧振器內(nèi)形成的孔中制造幾毫米的寬和高。另外，高的金屬垂直結(jié)構(gòu)可以定位在距離側(cè)壁100-200微米之間。高的金屬垂直結(jié)構(gòu)的精確定位可以通過(guò)仿真和試驗(yàn)來(lái)確定，特別是通過(guò)分析該聚合物結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電磁場(chǎng)圖案來(lái)確定。
[0156]嵌入式高金屬饋電結(jié)構(gòu)的高度可以被確定為PRA諧振器本體高度的一小部分，并且基于該本體材料的相對(duì)介電常數(shù)。典型地，金屬饋電結(jié)構(gòu)具有在PRA諧振器本體高度的10-100%的高度，并且對(duì)于較高相對(duì)介電常數(shù)的PRA通常是較短的?？梢允褂镁哂懈鞣N橫向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(例如，矩形、正方形、圓形或任意復(fù)雜的橫向形狀)的饋電元件，并且可以使用PRA內(nèi)的各種布置位置來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的天線(xiàn)和耦合性能。
[0157]也可以選擇嵌入式高金屬饋電結(jié)構(gòu)的高度，以控制PRA中的高階諧振模式的諧振頻率。這些模式可以通過(guò)嵌入式垂直金屬饋電結(jié)構(gòu)的大小及成形小心控制，以實(shí)現(xiàn)超寬帶天線(xiàn)的性能。尤其是，這些模式的諧振頻率可以通過(guò)改變嵌入式垂直金屬饋電結(jié)構(gòu)的高度(例如，PRA諧振器本體高度的10-100%之間)來(lái)調(diào)節(jié)。
[0158]現(xiàn)在參考圖7D，示出了 PRA700的反射系數(shù)的圖，其中聚合物諧振器本體705的相對(duì)介電常數(shù)為3.2。反射系數(shù)可以與圖6E的外部帶饋電的PRA作比較。
[0159]嵌入式饋電的PRA如PRA700，包括饋電結(jié)構(gòu)，可以使用光刻技術(shù)來(lái)制造。
[0160]在用光致抗蝕劑模板電鍍的常見(jiàn)應(yīng)用中，在形成金屬體之后移除模板或框架。然而，在本文描述的至少一些實(shí)施例中，可以在電鍍之后保持聚合物或聚合物基的模板(例如光致抗蝕劑)，以用作包圍金屬饋電結(jié)構(gòu)的功能性介質(zhì)材料。
[0161]因此，在一些實(shí)施例中，可以使用聚合物材料作為電鍍模板，并且另外形成PRA(例如諧振器本體)的實(shí)際結(jié)構(gòu)。然而，在變形的實(shí)施例中，可以移除至少一些電鍍模板。
[0162]例如，為了制造PRA700，可以使用UV光刻技術(shù)在微波基板上制造饋線(xiàn)。聚合物基光致抗蝕劑可以被模鑄或形成(如果需要的話(huà)，多次)并且在250°C (如95°C)以下的溫度下烘焙。在一些備選實(shí)施例中，光致抗蝕劑可以通過(guò)例如粘合或膠合多個(gè)預(yù)鑄造的聚合物基材料片形成。接下來(lái)可以使用X射線(xiàn)或超深UV曝光圖案化天線(xiàn)邊緣附近的窄間隙或孔并顯影，通常在室溫下進(jìn)行。最后，將得到的間隙隨后填充金屬(通過(guò)電鍍或其它方式)到所要求的高度，以產(chǎn)生嵌入式垂直帶。
[0163]明顯地，這些制造工藝可以在相對(duì)低的溫度下進(jìn)行并且沒(méi)有燒結(jié)，這將限制可使用的聚合物材料的范圍以及特征尺寸。
[0164]當(dāng)使用金屬電鍍時(shí)，可以使用微帶線(xiàn)780作為電鍍基底來(lái)啟動(dòng)電鍍工藝。在LIGA工藝中證明了微觀(guān)結(jié)構(gòu)的電鍍用于具有幾個(gè)毫米高度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
[0165]對(duì)于2mm高的結(jié)構(gòu)，垂直于最小橫向尺寸的縱橫比在10_20的范圍內(nèi)，從而很好的在已知的制造技術(shù)的能力范圍內(nèi)。[0166]增加的表面粗糙度可以對(duì)應(yīng)于增加的金屬損失。然而，使用X射線(xiàn)光刻工藝，金屬帶的側(cè)壁可以制造為非常光滑，具有幾十納米量級(jí)的粗糙度。這允許在毫米波頻率增加天線(xiàn)的效率，其對(duì)于高頻陣列的應(yīng)用特別有吸引力的，其中損耗的主要部分可以歸因于饋電網(wǎng)絡(luò)。
[0167]制造復(fù)雜形狀的PRA的能力允許諧振器本體和其它元件根據(jù)需要成形。例如，PRA元件的橫向形狀可以是正方形、矩形、圓形或具有任意的橫向幾何形狀，包括不規(guī)則碎片形狀。因此，諧振器本體可以具有對(duì)應(yīng)于立方體(對(duì)于正方形橫向幾何形狀)、圓柱體(用于圓形的橫向幾何形狀)等的三維結(jié)構(gòu)。
[0168]如上所述，利用深穿透光刻技術(shù)，如厚抗蝕劑的UV光刻或深X射線(xiàn)光刻(XRL)，可以用厚的聚合物或聚合物復(fù)合層制造PRA元件，可達(dá)數(shù)毫米的厚度。在一些備選實(shí)施例中，可以使用其它3D打印或微機(jī)械加工工藝。
[0169]也可以使用多種制造方法，包括直接制造、或者通過(guò)將介質(zhì)材料注入到由光致抗蝕劑材料形成的光刻制造的框架或模板中。使用這種框架能夠使用具有寬范圍介質(zhì)材料的復(fù)雜形狀，否則使用其它制造技術(shù)制造可能是非常困難的。
[0170]現(xiàn)在參考圖8A，示出了具有嵌入式高的金屬垂直饋電結(jié)構(gòu)的例子PRA的分解立體圖。PRA800包括接地層810、基板825、饋線(xiàn)815、高的金屬垂直饋電結(jié)構(gòu)820和諧振器本體830。
[0171]基板825可以是微波或毫米波基板材料，接地層810可以粘附到該基板材料。
[0172]根據(jù)所使用的制造工藝，例如，基板825可以是根據(jù)工藝要求摻雜的一層氧化鋁、玻璃或硅。
[0173]諧振器本體830可以由如本文描述的聚合物或聚合物基材料形成，并且具有在其中限定的孔或腔840。在一些實(shí)施例中，諧振器本體830可以具有方形或矩形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，可以使用不同的形狀，如圓形、不規(guī)則碎片或其它復(fù)雜的形狀。
[0174]例如，使用如本文所述的X射線(xiàn)或深UV光刻，可以將孔840形成為與饋電結(jié)構(gòu)820緊密接合。在一些實(shí)施例中，可以使用孔840作為模具(例如使用電鍍等)制造饋電結(jié)構(gòu)820，以保證金屬緊密接合到孔壁。
[0175]饋電結(jié)構(gòu)820和孔840可以具有基本平坦的矩形形狀，并且通常布置為接近諧振器本體830的外壁，使得該細(xì)長(zhǎng)邊緣基本平行于該外壁。在一個(gè)實(shí)施例中，饋電結(jié)構(gòu)820和孔840可以被布置有距離諧振器本體830的外壁在100-300微米的細(xì)長(zhǎng)邊緣。
[0176]在一些其它實(shí)施例中，饋電結(jié)構(gòu)820和孔840可以具有不同的橫向形狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如，圓形、不規(guī)則碎片或其它復(fù)雜的形狀。
[0177]饋電結(jié)構(gòu)820由導(dǎo)電材料(例如金屬)制成，并且基本垂直地從基板825的表面延伸進(jìn)入孔840。優(yōu)選地，饋電結(jié)構(gòu)820具有對(duì)應(yīng)于諧振器本體830的厚度的10-100%之間的高度。也就是說(shuō)，饋電結(jié)構(gòu)820可以是孔840的高度的10-100%。
[0178]饋電結(jié)構(gòu)820被電耦合到饋線(xiàn)815，并且在矩形形狀的情況下，可以具有通常對(duì)應(yīng)饋線(xiàn)815的寬度的寬度。饋線(xiàn)815的寬度可以基于基板的厚度和相對(duì)介電常數(shù)，并且通?？梢员辉O(shè)計(jì)用于典型的系統(tǒng)阻抗(即:50歐姆)。
[0179]在第一個(gè)具體實(shí)施例中，諧振器本體830具有正方形橫向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(6mmX 6mm的頂視圖尺寸)和2mm的高度。在本實(shí)施例中，饋電結(jié)構(gòu)820具有細(xì)長(zhǎng)邊為2.4mm寬、短邊為200微米和饋電結(jié)構(gòu)的高度為1.4_ (即，諧振器本體厚度的70%)的矩形橫向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。饋電結(jié)構(gòu)820被布置為距離諧振器本體830的邊緣300微米。
[0180]在本實(shí)施例中，諧振器本體830由相對(duì)介電常數(shù)為5的聚合物基材料形成。在圖SB中示出了用于該特定實(shí)施例的反射系數(shù)的圖。
[0181]現(xiàn)在參考圖8B，示出了當(dāng)饋電結(jié)構(gòu)的高度被制造成分別為1.1mm、1.4mm和1.7mm時(shí)用于上述第一特定實(shí)施例的反射系數(shù)的圖。可以觀(guān)察到，PRA800可以被有效地激發(fā)并且能夠?qū)崿F(xiàn)16.5GHz至29.5GHz的范圍內(nèi)的寬帶性能。
[0182]也可以觀(guān)察到改變饋電結(jié)構(gòu)高度的影響。尤其是，兩種諧振模式之間的頻率距離可以隨著不同的饋電結(jié)構(gòu)的高度而改變，從而產(chǎn)生不同的阻抗帶寬和雙或?qū)掝l帶工作。
[0183]現(xiàn)在參考圖9A，示出了具有嵌入式高的金屬垂直饋電結(jié)構(gòu)的另一例子PRA的分解立體圖。PRA900的一些元件通常可以與PRA800類(lèi)似。例如，接地層910、基板925和饋線(xiàn)915通常可以分別與接地層810、基板825和饋線(xiàn)815類(lèi)似，并且對(duì)于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，讀者可參考關(guān)于圖8A的前面的描述。
[0184]框架950可以是第一主體部分，可以由光致抗蝕劑材料形成并且可以在其中定義孔或腔952。孔952可以填充有諧振器本體932或第二主體部分，其可以由聚合物或聚合物基介質(zhì)材料組成。優(yōu)選地，諧振器本體932具有比框架950高的相對(duì)介電常數(shù)。在一些備選實(shí)施例中，諧振器本體932可以由其它介質(zhì)材料組成。與PRA800相反，孔952基本上可以比孔840大。
[0185]在一些實(shí)施例中，框架950可以在制造的較后階段去除。
[0186]諧振器本體932可以具有方形或矩形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，可以使用不同的形狀，如圓形、不規(guī)則碎片或其它復(fù)雜的形狀。由于使用了框架950和用于形成諧振器本體932的填充技術(shù)，也可以使用復(fù)合的非光致抗蝕劑聚合物來(lái)形成諧振器本體932，另外或備選地，純的光致抗蝕劑聚合物和復(fù)合的光致抗蝕劑聚合物。
[0187]在一些實(shí)施例中，可以在諧振器本體932和框架950的一個(gè)內(nèi)壁之間形成對(duì)應(yīng)于饋電結(jié)構(gòu)920的形狀的窄間隙。因此，饋電結(jié)構(gòu)920可以緊緊且適合地接合在諧振腔體932和框架950的一個(gè)壁之間的該窄間隙中。因此，饋電結(jié)構(gòu)920可以緊緊且適合地接合在框架950的壁內(nèi)部的該窄間隙中。
[0188]現(xiàn)在參考圖9B，示出了備選框架950’的等距視圖。在框架950’中，可以在框架950’的一個(gè)內(nèi)壁內(nèi)部形成對(duì)應(yīng)于饋電結(jié)構(gòu)920的形狀的孔940或第二腔。孔940可以以與孔840類(lèi)似的方式形成。同樣地，饋電結(jié)構(gòu)920可以通過(guò)電鍍來(lái)制造。
[0189]孔952或940可以使用例如如本文所述的X射線(xiàn)或深紫外線(xiàn)光刻來(lái)形成?？?40被示出具有矩形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是也可以使用其它的橫向形狀(例如，梯形、橢圓形等)。在某些情況下，孔940可以包括多個(gè)孔。
[0190]饋電結(jié)構(gòu)920可以具有基本平坦的矩形形狀并且被定位得接近諧振器本體932的外壁，以及框架950內(nèi)壁的外部或內(nèi)部，使得饋電結(jié)構(gòu)920的細(xì)長(zhǎng)邊緣基本上平行于外壁。在一些備選實(shí)施例中，饋電結(jié)構(gòu)920可以具有其它的橫向形狀和定位，如本文所述。
[0191]框架950’不一定有如圖9B所述的“瘦”或“窄”的壁結(jié)構(gòu)，并且在一些實(shí)施例中框架950’的壁可以是相對(duì)厚的，在一個(gè)或多個(gè)方向上延伸大的距離。在某些情況下，框架950’可以包括較大片的光致抗蝕劑材料(例如“孔模板”)，其中“孔模板”可以填充聚合物復(fù)合材料(并且，其中低介電常數(shù)的光致抗蝕劑的模板片可以保持下面的制造)。
[0192]饋電結(jié)構(gòu)920由導(dǎo)電材料(例如金屬)形成，并且基本垂直地從基板925的表面延伸。優(yōu)選地，饋電結(jié)構(gòu)920具有對(duì)應(yīng)于諧振器本體932和框架950的厚度的10-100%之間的高度。也就是，饋電結(jié)構(gòu)920可以是框架950的高度的10-100%。
[0193]饋電結(jié)構(gòu)920被電耦合到饋線(xiàn)915，并且可以具有通常對(duì)應(yīng)于饋線(xiàn)915的寬度的寬度。
[0194]在第二個(gè)特定實(shí)施例中，諧振器本體932具有矩形橫向拓?fù)?4mmX6m的頂視圖尺寸)和2mm的高度，并且框架950具有500微米厚度的壁。在本實(shí)施例中，諧振器本體932由相對(duì)介電常數(shù)為4的聚合物基材料形成，并且框架950由相對(duì)介電常數(shù)為2.3的光致抗蝕劑聚合物材料形成。在圖9B中示出了用于該特定實(shí)施例的反射系數(shù)的圖。
[0195]在本實(shí)施例中，饋電結(jié)構(gòu)920具有細(xì)長(zhǎng)邊緣為4mm寬、短邊緣為50微米和饋電結(jié)構(gòu)的高度為1.5mm (即，諧振器本體厚度的75%)的橫向帶狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0196]現(xiàn)在參考圖9C，示出了上面提到的第二個(gè)具體實(shí)施例的反射系數(shù)的圖。可以觀(guān)察至lj，PRA900可以被有效地激發(fā)并且也能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶性能。
[0197]現(xiàn)在參考圖10A，示出了具有高的金屬垂直饋電結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子PRA的分解等距視圖。PRA1000的一些元件通常與PRA800的類(lèi)似。例如，接地層1010、基板1025和饋線(xiàn)1015通常分別與接地層810、基板825和饋線(xiàn)815類(lèi)似，并且對(duì)于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，讀者可參考關(guān)于圖8A的前面的描述。
[0198]第一諧振器本體1032可以由如本文所述的聚合物或聚合物基的材料形成。在一些實(shí)施例中，諧振器本體1032可以具有方形或矩形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，可以使用不同的形狀，如圓形、不規(guī)則碎片或其它復(fù)雜的形狀。
[0199]類(lèi)似地，第二諧振器本體1034還可以由如本文所述的聚合物或聚合物基材料形成。在一些實(shí)施例中，聚合物材料可以與用于第一諧振器本體1032的材料相同。在其它實(shí)施例中，可以使用不同的聚合物或聚合物基材料。
[0200]在一些實(shí)施例中，第二諧振器本體1032可以是一側(cè)上具有金屬層的聚合物或聚合物基的基板，并且在該側(cè)上饋電結(jié)構(gòu)1022是通過(guò)機(jī)械加工或光刻金屬層制造的。
[0201]饋電結(jié)構(gòu)1022由導(dǎo)電材料(例如金屬)形成,并且基本垂直地從基板1025的表面以及在第一和第二諧振器本體1032和1034之間延伸。優(yōu)選地，饋電結(jié)構(gòu)1022具有對(duì)應(yīng)于一個(gè)或兩個(gè)諧振器本體的厚度的10-100%之間的高度。也就是，饋電結(jié)構(gòu)1022可以是第一諧振器本體1032或第二諧振器本體1034的高度的10-100%。
[0202]饋電結(jié)構(gòu)1022電耦合到饋線(xiàn)1015，并且可以具有通常對(duì)應(yīng)于饋線(xiàn)1015的寬度的覽度。
[0203]在第三個(gè)具體實(shí)施例中，第一諧振器本體1032具有矩形橫向拓?fù)?2.8mmX7mm頂視圖尺寸)和2mm的高度,第二諧振器本體1034具有矩形橫向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(2.8mmX 0.4mm的頂視圖尺寸)和2mm的高度。在本實(shí)施例中，第一諧振器本體1032和第二諧振器本體1034由相對(duì)介電常數(shù)為10的聚合物基材料形成。饋電結(jié)構(gòu)1022具有2mm的高度(即，諧振器本體厚度的100 % )，并且是20微米厚和150mm寬。因此，在這種配置中，第一和第二諧振器本體1032和1034可以被認(rèn)為是形成具有嵌入饋電結(jié)構(gòu)1022的PRA。在圖1OB中示出了用于該特定實(shí)施例的反射系數(shù)的圖，以及在圖1OC和IOD中示出了該具體實(shí)施例的輻射圖案。[0204]現(xiàn)在參考圖10B，示出了上面提到的第三個(gè)具體實(shí)施例的反射系數(shù)的圖?？梢杂^(guān)察至lj，PRA1000可以被有效地激發(fā)并且也能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶性能。
[0205]現(xiàn)在參考圖1OC和10D，示出了上面提到的第三個(gè)具體實(shí)施例的輻射圖案的圖。在圖1OC中可以觀(guān)察到天線(xiàn)在第一共振模式中的輻射圖案，在圖1OD中可以觀(guān)察天線(xiàn)在第二諧振模式中的輻射圖案。為清楚起見(jiàn)，用粗線(xiàn)表示E面圖。尤其是，對(duì)于第一和第二諧振模式，最大增益分別為5.95和7.75dB。如圖所示，第二模式具有比第一共振模式的增益大接近2分貝。
[0206]也可以使用嵌入在諧振器本體中的垂直金屬結(jié)構(gòu)，用于除了供給PRA外的其它目的。例如，H形垂直金屬元件的陣列可以嵌入在PRA諧振器本體中以提供本體的有效相對(duì)介電常數(shù)的增加。
[0207]現(xiàn)在參考圖11A，示出了具有嵌入式垂直金屬元件的陣列的示例性諧振器本體1100的分解立體圖。
[0208]諧振器本體1132可以具有方形或矩形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，可以使用不同的形狀，如圓形、不規(guī)則碎片或其它復(fù)雜的形狀。
[0209]可以使用本文描述的技術(shù)制造垂直金屬嵌入式元件1128并以陣列將其布置在諧振器本體1132中。在一些實(shí)施例中，嵌入式元件1128具有從上方觀(guān)察時(shí)的“H”(或I柱)形。
[0210]元件1128可以由導(dǎo)電材料(例如金屬)形成并且通過(guò)諧振器本體1132基本垂直地從基板的表面延伸。
[0211]現(xiàn)在參考圖11B，示出了具有嵌入式金屬增強(qiáng)的諧振器的PRA的第四具體實(shí)施例。PRA1100具有諧振器本體1132，其具有H形嵌入式金屬元件1128的3X5陣列，如在圖1lA所示的。諧振器本體1132由SU-8聚合物材料形成并且具有2.2mmX2.4mm的橫向尺寸、其高度為0.6mm。H形的嵌入式金屬兀件1128具有0.6mmX 0.4mm的橫向尺寸和0.5mm的高度。金屬元件1128的厚度為0.05mm。
[0212]與PRA800、900和1000相反，可以使用常用的縫隙饋電結(jié)構(gòu)，如圖所示。諧振器本體1132提供在8mmX 8mm基板1174上，在其相對(duì)側(cè)上具有微帶饋線(xiàn)1172?；?176具有面向諧振器本體1132的0.6mmX 2.4mm的稱(chēng)合縫。
[0213]現(xiàn)在參考圖11C，示出了與其中諧振器本體1132已被相對(duì)介電常數(shù)為17、具有相同的尺寸、但沒(méi)有任何金屬內(nèi)含物的簡(jiǎn)單矩形介電體替換的類(lèi)似的PRA相比的PRA1100的反射系數(shù)的圖。
[0214]可以觀(guān)察到，PRA1100具有與常規(guī)的DRA非常相似的阻抗特性。PRA1100也具有相似的輻射特性，如增益和輻射效率。因此，嵌入式金屬元件可以用作相對(duì)介電常數(shù)放大器，并且可以實(shí)現(xiàn)高相對(duì)介電常數(shù)超材料的合成，而不需要并入陶瓷粉末。因此，諧振器本體的尺寸-并且因此PRA的尺寸可以減小，同時(shí)保持相似的輻射特性。
[0215]現(xiàn)在參考圖11D，示出了具有包括嵌入式垂直金屬元件陣列的諧振器本體的變形PRAllOO'的等距視圖。PRA1100’與PRA1100大致類(lèi)似，除了其可以經(jīng)由微帶饋線(xiàn)1191而不是縫隙激發(fā)。
[0216]正如本文所提到的，通過(guò)改變陣列中的嵌入式金屬內(nèi)含物的數(shù)量、大小和間距，可以控制和改變PRA諧振器本體的有效相對(duì)介電常數(shù)。可控的相對(duì)介電常數(shù)的范圍可以從純聚合物或聚合物基材料(例如，約2或3)達(dá)17或更多。
[0217]類(lèi)似地，通過(guò)采用這種可控制性，具有不同特性的多個(gè)PRA可以在單個(gè)工藝中一起制造，甚至在單個(gè)晶片或芯片上。這可能尤其希望用于多頻帶應(yīng)用或反射陣列。
[0218]如本文所提到的，可以使用深光刻制造工藝，如X射線(xiàn)光刻，來(lái)制造嵌入式垂直金屬結(jié)構(gòu)?？梢允褂镁酆衔锖途酆衔锘牧献鳛殡婂兊哪０逡约斑€作為最終的PRA結(jié)構(gòu)。
[0219]現(xiàn)在參考圖12，示出了示例性的光刻制造工藝1200。
[0220]工藝1200開(kāi)始于1210，形成微波基板層1212和微帶線(xiàn)或饋線(xiàn)1214。接著，在1220將聚合物層1222(例如，SU-8氧化鋁復(fù)合物)建立在基板和饋線(xiàn)上?？梢栽诘蜏叵?如95°C)模鑄并烘焙聚合物層1222多次，以建立所需厚度的層。
[0221]在1230，經(jīng)由圖案掩模1232將聚合物層1222暴露于準(zhǔn)直的X射線(xiàn)源。在一些其它實(shí)施例中，可以使用其它光刻源，如深UV光刻。
[0222]在1240，隨后顯影(例如，在室溫)聚合物層1222的暴露部分并去除暴露的部分，僅留下具有嵌入孔1244的最終的諧振器本體結(jié)構(gòu)。
[0223]最后，在1250，孔1244填充有金屬直至預(yù)定的高度，以產(chǎn)生垂直的嵌入式金屬饋電結(jié)構(gòu)1252。這可以使用受控的金屬電鍍來(lái)進(jìn)行，饋線(xiàn)用作電鍍基體以啟動(dòng)電鍍工藝。
[0224]實(shí)驗(yàn)證實(shí)使用深X射線(xiàn)光刻工藝可使微結(jié)構(gòu)的電鍍用于具有幾毫米高度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
[0225]除了制造方便和熟悉，可以通過(guò)具有嵌入式垂直金屬饋電結(jié)構(gòu)的PRA提供多個(gè)性能優(yōu)點(diǎn)。
[0226]例如，嵌入式垂直金屬結(jié)構(gòu)可以有效地饋電具有相對(duì)介電常數(shù)小于4的PRA，能夠使用純的聚合物和光致抗蝕劑(如PMMA和SU-8)。
[0227]嵌入式垂直金屬饋電結(jié)構(gòu)提供了 PRA的諧振頻率的顯著降低，在一些例子中，能夠使諧振器本體小型化約50%。
[0228]嵌入式垂直金屬結(jié)構(gòu)可能會(huì)在PRA中建立更高階諧振模式，同時(shí)保持相似的輻射圖案(例如，在更高頻率的TE131和TE151)。這些模式的諧振頻率可以通過(guò)嵌入式垂直金屬饋電結(jié)構(gòu)的大小和成形而被小心地控制，以實(shí)現(xiàn)超寬帶天線(xiàn)的性能。尤其是，這些模式的諧振頻率可以通過(guò)改變嵌入式垂直金屬饋電結(jié)構(gòu)的高度進(jìn)行調(diào)諧，提供一種有效方式來(lái)控制PRA的頻率響應(yīng)。
[0229]另一個(gè)有用的特性是PRA的高階諧振模式可以表現(xiàn)出較高的天線(xiàn)增益。這個(gè)特性可以被利用來(lái)增加PRA天線(xiàn)的增益，而無(wú)需使用陣列結(jié)構(gòu)。
[0230]最后，如上面提到的，高的嵌入式金屬結(jié)構(gòu)可以分布在聚合物基的諧振器本體內(nèi)，以增加有效天線(xiàn)的相對(duì)介電常數(shù)并顯著小型化天線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0231]饋線(xiàn)形狀
[0232]直接的微帶饋線(xiàn)是用于激發(fā)DRA (和PRA)的有吸引力的備選方案，因?yàn)樗阌谔炀€(xiàn)與其它微波電路集成，并提供平面饋電分布網(wǎng)絡(luò)陣列用于陣列配置。從微帶饋線(xiàn)耦合至DRA的電磁能的量取決于許多參數(shù)，包括基板特性和介質(zhì)諧振器相對(duì)于微帶饋線(xiàn)的位置。然而，對(duì)于低介電常數(shù)介質(zhì)諧振器(例如，介電常數(shù)ε/12)，即使調(diào)整這些參數(shù)，耦合一般也是很低的。
[0233]這種低介電常數(shù)的介質(zhì)諧振器一般是希望用于寬帶應(yīng)用。傳統(tǒng)上，為了提高耦合，可以在低介電常數(shù)的介質(zhì)諧振器和微帶饋線(xiàn)之間插入具有預(yù)定特性(例如，介電常數(shù)和厚度)的高介電常數(shù)材料的薄層，以增加電磁能的耦合。
[0234]本文描述的是可以使用改進(jìn)的饋線(xiàn)，例如，具有低和非常低的介電常數(shù)的寬帶DRA0改進(jìn)的饋線(xiàn)可能尤其適合于供圓柱形諧振器本體使用?，F(xiàn)在參考圖13，示出了具有改進(jìn)的饋線(xiàn)的示例性介質(zhì)諧振器天線(xiàn)的等距視圖。
[0235]DRA1300包括接地層1310、基板1325、饋線(xiàn)1315、錐形饋線(xiàn)部分1317、饋電結(jié)構(gòu)1320和諧振器本體1330 (在一些實(shí)施例中，其可以是圓柱形的)。DRA1300 (包括接地層1310、基板1325、饋線(xiàn)1315和諧振器本體1330) —般與本文所描述的其它DRA和的PRA類(lèi)似，例如，PRA800或PRA900，在這種情況下DRA1300可以進(jìn)一步結(jié)合這些實(shí)施例中的附加元件(例如，饋電結(jié)構(gòu)820和孔840)，盡管這些沒(méi)有示于圖13中。以免使錐形饋線(xiàn)部分1317的說(shuō)明變得難理解。
[0236]饋線(xiàn)1315可以具有用于其長(zhǎng)度的大致寬度《I。類(lèi)似地，饋電結(jié)構(gòu)1320，其可以是水平或垂直的饋電結(jié)構(gòu)，具有大致寬度w2。
[0237]錐形饋線(xiàn)部分1317的厚度一般可與饋線(xiàn)1315相比，并且具有基本的梯形形狀，其中面向饋線(xiàn)側(cè)(即，饋線(xiàn)側(cè))，具有耦合到饋線(xiàn)1315的長(zhǎng)度《I。錐形饋線(xiàn)部分1317的相對(duì)側(cè)(即，諧振器側(cè))，具有寬度w2，被耦合到饋電結(jié)構(gòu)1320。錐形饋線(xiàn)部分1317具有長(zhǎng)度(SP，其平行邊之間的距離)11。
[0238]現(xiàn)在參考圖14A，示出了對(duì)于DRA1300和傳統(tǒng)DRA的示例性實(shí)施例的比較反射系數(shù)的極坐標(biāo)中的史密斯圓圖。在該示例性實(shí)施例中，DRA1300被設(shè)計(jì)成在25GHz在厚度為0.79mm和介電常數(shù)為2.2的介質(zhì)基板上諧振。選擇介質(zhì)諧振器具有~=5的介電常數(shù)和tan δ =0.02的損耗角正切值，以及具有5mmX5mmX 1.5mm的尺寸。DRA由錐形饋線(xiàn)部分饋電，該錐形饋線(xiàn)部分寬度wl=2.4mm, Il=Imm,以在寬帶配置中有效地激發(fā)DRA的主模(TElll)0錐形饋線(xiàn)部分1317在匹配阻抗中的效果可以從圖14A的反射系數(shù)觀(guān)察到。
[0239]對(duì)于傳統(tǒng)的50 Ω微帶線(xiàn)饋電的DRA的反射系數(shù)是由主線(xiàn)1410示出的，而對(duì)于DRA1300的示例性實(shí)施例的反射系數(shù)是由主線(xiàn)1420示出的?？梢杂^(guān)察到，傳統(tǒng)的DRA的諧振回路布置在圖14A的上側(cè)。錐形饋線(xiàn)部分1317的引入使得反射系數(shù)的軌跡向史密斯圓圖的中心移動(dòng)。
[0240]現(xiàn)在參考圖14B，示出了對(duì)應(yīng)于圖14A的史密斯圓圖的反射系數(shù)的圖?？梢杂^(guān)察至丨J，獲得了優(yōu)良的阻抗匹配，并且從約21GHz到30GHz獲得了 35%的-1OdB寬阻抗帶寬。因此，通過(guò)增加阻抗匹配傳輸線(xiàn)(《2)的寬度，增加了耦合的量。
[0241]現(xiàn)在參考圖14C和14D，示出了在圖14A和14B的示例性實(shí)施例中的諧振器本體1330內(nèi)的電近場(chǎng)分布。低介電常數(shù)DRA的主模是用適當(dāng)?shù)臉O化和方位激發(fā)的，并且在DRA內(nèi)產(chǎn)生了強(qiáng)電場(chǎng)。
[0242]現(xiàn)在參考圖14E和14F，分別示出了在圖14A至14D的示例性實(shí)施例中的天線(xiàn)在25GHz的歸一化輻射圖案的E面和H面。雖然介質(zhì)諧振器具有低介電常數(shù)(介電常數(shù)、=5)，但實(shí)現(xiàn)了相對(duì)低的交叉極化水平(例如，小于約-20dB)并且輻射模式在35%的阻抗帶寬上是穩(wěn)定的。實(shí)現(xiàn)DRA增益的峰值在25GHz為約7.5dB。具有tan δ =0.02的DRA的輻射效率在天線(xiàn)的頻帶內(nèi)的90%以上。因此，該饋電機(jī)構(gòu)對(duì)于PRA的使用是有吸引力的。
[0243]現(xiàn)在參考圖14G，示出了在對(duì)于圖14Α的示例性實(shí)施例的反射系數(shù)的圖上改變饋線(xiàn)的諧振器側(cè)的寬度的效果?？梢杂^(guān)察到，耦合量隨著饋線(xiàn)的諧振器側(cè)的寬度《2的增加而增加。
[0244]現(xiàn)在參考圖14H，示出了對(duì)于包括傳統(tǒng)微帶饋線(xiàn)、階梯形饋線(xiàn)和帶錐形饋線(xiàn)部分的饋線(xiàn)的各種饋線(xiàn)形狀的反射系數(shù)的圖。在階梯形狀和錐形形狀配置的諧振頻率處實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)耦合。然而，在階梯形微帶線(xiàn)的情況下，阻抗帶寬顯著降低至20%，并且諧振頻率降低了幾個(gè)百分比。相反，具有錐形饋線(xiàn)部分的DRA顯示出較好的性能。
[0245]平行的標(biāo)準(zhǔn)帶饋電結(jié)構(gòu)
[0246]近年來(lái)，已經(jīng)試圖通過(guò)考慮設(shè)計(jì)過(guò)程中的高階模來(lái)提高DRA特性。例如，激發(fā)矩形和圓形DRA的高階模來(lái)實(shí)現(xiàn)具有增強(qiáng)增益的寬邊輻射圖案。為了減輕制造在毫米波頻率使用的天線(xiàn)的難度，天線(xiàn)的尺寸通常非常小，較大的DRA已被設(shè)計(jì)成在較高階模下工作。與主模和較高階模相關(guān)的共振頻帶以不同的方式合并，并使用不同的激發(fā)方法來(lái)設(shè)計(jì)具有較大阻抗帶寬的DRA。例如，瓦片形狀的矩形DRA能夠產(chǎn)生具有密切諧振頻率的多種模式，從而產(chǎn)生寬帶操作。然而，這種方法會(huì)導(dǎo)致不同于所希望模式(例如，TExl21和TExll2)的非輻射模式的激發(fā)，這可能會(huì)導(dǎo)致具有高交叉極化水平的不穩(wěn)定的輻射圖案和在阻抗帶寬方面增加的增益變化。
[0247]通常，隨著天線(xiàn)共振數(shù)目增加，提高和保持介質(zhì)諧振器天線(xiàn)在延長(zhǎng)的阻抗帶寬方面的性能可能會(huì)變難。也可以激發(fā)非輻射模式，甚至輻射模式不能用適當(dāng)?shù)臉O化和方向(例如傾斜的)激發(fā)，導(dǎo)致遠(yuǎn)場(chǎng)性能的退化。傳統(tǒng)的尺寸減小方法可能對(duì)多模的DRA無(wú)效。增加介質(zhì)諧振器的介電常數(shù)以小型化天線(xiàn)通常會(huì)導(dǎo)致減小用于單個(gè)模式的阻抗帶寬，從而降低了總的天線(xiàn)帶寬。因此，消除不必要的模式、調(diào)整各個(gè)模式之間的頻率距離、減小天線(xiàn)尺寸和交叉極化以及保留寬帶寬內(nèi)的輻射圖案的有效機(jī)制是可取的。
[0248]本文描述的是通過(guò)使用平行的垂直帶來(lái)改善DRA在延長(zhǎng)的阻抗帶寬上的性能的方法。使用平行的垂直帶可以提供設(shè)計(jì)工序中的若干個(gè)自由度，這可以用來(lái)增強(qiáng)DRA性能。
[0249]該垂直定向帶可以為設(shè)計(jì)者調(diào)整天線(xiàn)特性提供相當(dāng)大的靈活性。在所描述的方法中，“內(nèi)部”垂直帶內(nèi)部可以連接到該微帶線(xiàn)和與內(nèi)部帶平行提供的第二帶。可以選擇平行垂直帶的長(zhǎng)度以及它們之間的材料的介電常數(shù)和厚度來(lái)提高天線(xiàn)特性。包括高階TE133模式的四個(gè)輻射模式可以使用這種方法來(lái)激發(fā)和操縱，以實(shí)現(xiàn)雙頻段或?qū)拵炀€(xiàn)。激發(fā)模式的輻射圖通常是相似的，因此不會(huì)降低天線(xiàn)在阻抗帶寬上的性能。
[0250]調(diào)整天線(xiàn)的縱橫比允許多個(gè)共振被激發(fā)，這可以增加具有簡(jiǎn)單形狀的DRA的可實(shí)現(xiàn)帶寬，而不會(huì)影響設(shè)計(jì)(例如，無(wú)需使用復(fù)雜的形狀、多個(gè)DRA、混合設(shè)計(jì)等)。雖然任一種天線(xiàn)特性的改善經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致其它的降級(jí)，但可以控制其它天線(xiàn)參數(shù)，如交叉極化、大小和與各個(gè)模式的臨界耦合。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中的更多自由度可能有助于滿(mǎn)足所有的設(shè)計(jì)約束。
[0251]現(xiàn)在參考圖15A和15B，分別示出了雙垂直饋電結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施例的等距視圖和平面圖。在該示例性實(shí)施例中，兩個(gè)相對(duì)且垂直定向的帶(即內(nèi)部的高垂直饋電結(jié)構(gòu)1572和外部的帶1574)被制造在薄介質(zhì)饋電部1570的相對(duì)側(cè)上，其具有介電常數(shù)ε r和厚度t。
[0252]饋電結(jié)構(gòu)1572由導(dǎo)電材料(如金屬)形成，并且基本垂直地從基板1525或饋線(xiàn)1515的表面延伸入孔1540中。優(yōu)選地，饋電結(jié)構(gòu)1572具有對(duì)應(yīng)于諧振器本體1530的厚度的10-100%之間的高度。即，饋電結(jié)構(gòu)1572可以是孔1540的高度的10-100% 0
[0253]饋電結(jié)構(gòu)1572和孔1540可以具有大致平坦的矩形形狀，并且通常布置得接近諧振器本體1530的外壁，使得細(xì)長(zhǎng)邊緣基本平行于該外壁。
[0254]饋電結(jié)構(gòu)1572耦合到饋線(xiàn)1515的底端(即，基板側(cè))。
[0255]外部帶1574具有大致平坦的矩形形狀，并且通?？梢圆贾玫媒咏橘|(zhì)饋電部1570的外壁。介質(zhì)饋電部1570的內(nèi)壁大致定位得接近諧振器本體1530的外壁。在一些變形實(shí)施例中，外部帶1574可以具有不同于矩形的形狀(例如，梯形、拋物線(xiàn)等)。在一些另外的實(shí)施例中，外部帶1574可以包括多個(gè)帶。
[0256]外部帶1574具有長(zhǎng)度Le，饋電結(jié)構(gòu)1572具有長(zhǎng)度Li。天線(xiàn)性能對(duì)于外部帶1574和饋電結(jié)構(gòu)1572的寬度比對(duì)于它們的長(zhǎng)度敏感差些。
[0257]介質(zhì)諧振器本體1530可以使用介質(zhì)波導(dǎo)模型(DWM)方程進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得可以在它們的密切附近潛在地激發(fā)多個(gè)共振。這樣的例子公布在A(yíng).Rashidian和D.M Klymyshyn的 “On the two segmented and high aspect ratio dielectric resonator antennafor bandwidth enhancement and miniaturization，，中，IEEE 天線(xiàn)與傳播匯干丨J (IEEETransactions on Antennas and Propagation),第 57 卷第 9 期，第 2775-2780 頁(yè)，2009 年9月。
[0258]因此，可以調(diào)整饋電結(jié)構(gòu)1572、外部帶1574和介質(zhì)饋電部1570的特性(例如Le、L1、ε r和t)，以提供設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些附加自由度，因此可以允許控制各個(gè)模式之間的耦合量和頻率距離、天線(xiàn)的大小、輻射圖案和交叉極化，如本文所描述的。
[0259]模擬時(shí)，選擇介質(zhì)諧振器本體1530以具有AXB=4.6X9.0mm的橫截面、高度H=10.8mm、介電常數(shù)為9.8和損耗角正切為0.001。該天線(xiàn)由20 X 30mm的地平面(在8GHz，
0.53λ0ΧΟ,8λ0)支持，基板厚度為0.8mm，介電常數(shù)為2.2和損耗角正切為0.001。由于天線(xiàn)性能一般對(duì)帶寬度的變化不敏感，它們的寬度被選擇為2.4mm，其是基板上的50 Ω微帶饋線(xiàn)1515的寬度。
[0260]現(xiàn)在參考圖16A，示出了對(duì)于改變長(zhǎng)度Li的反射系數(shù)的變化的圖。在圖16A中，當(dāng)Li從2變化到3mm時(shí)，長(zhǎng)度Le保持在10.5mm不變。厚度t為1mm，并且介質(zhì)饋電部1570具有介電常數(shù)ε r=lo
[0261]三個(gè)諧振模式被非常好地激發(fā)，并且通過(guò)改變Li調(diào)整與每個(gè)單模的耦合量。第一和第二共振停留主要固定在同一頻率，而第三共振的頻率隨著Li的增加而向下移動(dòng)。尤其是，第三諧振模式對(duì)于Li=Zmm在13.8GHz，并且對(duì)于Lpmm下降到12.7GHz。
[0262]現(xiàn)在參考圖16B，示出了對(duì)于變化長(zhǎng)度Le的反射系數(shù)的變化的圖。在圖16B中，當(dāng)LiWO (B卩，不存在外部帶1574)變到10.5mm時(shí)，長(zhǎng)度Li保持在3mm不變。厚度t為1mm，并且介質(zhì)饋電部1570具有介電常數(shù)er=:L。
[0263]與圖16A相反，第三諧振停留主要固定在同一頻率，而第一和第二諧振頻率隨著外部帶長(zhǎng)度Le增加而顯著降低。尤其是，第一和第二諧振頻率對(duì)于沒(méi)有外部帶的情況(即，Le=Omm)在7.9和IOGHz，當(dāng)Le=I0.5mm時(shí)諧振頻率偏移到7和9.5GHz。
[0264]現(xiàn)在參考圖17A至17F，示出了在最小反射系數(shù)具有Le=I0.5mm和Li=Smm的圖15A的DRA的E面和H面中的輻射圖案。圖17A示出了在7GHz頻率的E面。圖17B示出了在7GHz頻率的H面。圖17C示出了在9.5GHz頻率的E面。圖17D示出了在9.5GHz頻率的H面。圖17E示出了在12.7GHz頻率的E面。圖17F示出了在12.7GHz頻率的H面。
[0265]在圖17A至17F中，所有的輻射圖案是相對(duì)對(duì)稱(chēng)的，在寬邊方向具有最大值，并且具有小的交叉極化水平。
[0266]相反，在圖18和19中不出了在最后的最小反射系數(shù)，對(duì)于沒(méi)有外部帶(即Le=O暈米，Li=3毫米)的DRA分別在E面和H面切割中的輻射圖案。雖然H面輻射圖案相對(duì)于寬面仍然是對(duì)稱(chēng)的，但相比圖17A至17F交叉極化電平顯著增加。而且，E面圖案在-45°變形為空，并且還從寬邊方向傾斜。由于存在不希望的高階模式，由垂直電流(例如，探針)激發(fā)的許多寬帶的DRA傾向于在頻帶的上側(cè)具有已變形的寬邊輻射圖案。
[0267]當(dāng)介質(zhì)饋電部的介電常數(shù)增大到較高的值時(shí)，只有主模的諧振頻率向下移動(dòng)(SP，其它模式的諧振頻率不變)。因此，當(dāng)在兩個(gè)帶之間使用較高介電常數(shù)的材料時(shí)，可以增加厚度t以統(tǒng)一具有較高階模式的主模的阻抗帶寬。
[0268]通過(guò)優(yōu)化介質(zhì)饋電部的介電常數(shù)和厚度，可以實(shí)現(xiàn)或增強(qiáng)DRA的期望的性質(zhì)(例如，最大帶寬、最小尺寸等)。
[0269]通常，在改進(jìn)輻射圖案時(shí)為了使外部帶1574的有益效果最大化，介質(zhì)饋電部1570的厚度應(yīng)限制到較小的值，例如λ /10或更小。
[0270]為了確保介質(zhì)饋電部本身不產(chǎn)生共振，其介電常數(shù)應(yīng)保持為低(例如，低于 =10)ο電介質(zhì)板的自諧振會(huì)使天線(xiàn)的輻射圖案和效率降級(jí)。較高的介電常數(shù)(例如，ε ^10)會(huì)在外部帶上產(chǎn)生增加的電流強(qiáng)度，表明在錯(cuò)誤方向上的能量耦合(B卩，朝著介質(zhì)饋電部)。因此，這可以增加饋電部中的電阻損耗和減小天線(xiàn)的輻射效率。
[0271]在一些實(shí)施例中，垂直帶可以以宏觀(guān)尺度制造(即，不能在半導(dǎo)體制造工藝中)，甚至可能適合于現(xiàn)有的DRA。例如具有垂直帶的介質(zhì)饋電部可以通過(guò)蝕刻具有所希望厚度的低介電常數(shù)材料(例如聚合物片)的正面和背面并用金屬填充被蝕刻的量來(lái)制造。該材料可以被切割成一定的尺寸并且耦合(例如，膠合或以其它方式緊固)到介質(zhì)諧振器的側(cè)壁。為了減少缺口頻帶和統(tǒng)一阻抗帶寬，一般可以在較厚的基板上實(shí)現(xiàn)帶。然而，在寬帶系統(tǒng)中帶缺口的功能可能是有利的，以減少來(lái)自其它應(yīng)用的干擾。
[0272]高的微帶傳輸線(xiàn)
[0273]在一些情況下，低介電常數(shù)的DRA利用傳統(tǒng)的微帶饋線(xiàn)可能很難有效地激發(fā)。本文描述的是高的微帶傳輸線(xiàn)(TML)，它可以減少損失，提高使用DRA時(shí)的效率，特別是在毫米波應(yīng)用中。通常，TML可以通過(guò)增加金屬饋線(xiàn)(例如銅)的厚度或通過(guò)在饋線(xiàn)和諧振器本體之間插入窄介電支撐來(lái)形成。
[0274]可以使用TML來(lái)改善微波和毫米波電路的性能。三維(3-D)平面?zhèn)鬏斁€(xiàn)中可利用的增加的傳導(dǎo)表面允許高功率單片電路發(fā)展。而且，TML的垂直尺寸允許幾乎不可能用傳統(tǒng)傳輸線(xiàn)實(shí)現(xiàn)的非常高的耦合水平。通過(guò)使用第三(垂直)尺寸，相比傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)，該橫向尺寸可以被制造得相對(duì)較小。
[0275]TML可以顯著降低介電損耗，因?yàn)殡姶挪ǖ闹饕糠执┻^(guò)空氣而不是基板。通過(guò)調(diào)整TML的參數(shù)(例如，介電常數(shù)和尺寸)，可以提高DRA的阻抗帶寬。
[0276]通常，使用較高的介電常數(shù)基板可能表明應(yīng)該使用更高的TML。
[0277]現(xiàn)在參考圖20Α，示出了具有TML饋線(xiàn)的示例性DRA實(shí)施例的側(cè)視圖。DRA2000 —般包括接地層2010、基板2025、TML饋線(xiàn)2015和諧振器本體2030。TML饋線(xiàn)2015是全金屬的饋線(xiàn)。圖20Β示出了 DRA2000的平面圖。
[0278]圖20C示出了對(duì)于不同TML饋線(xiàn)厚度的反射系數(shù)的圖表。將反射系數(shù)繪制為17 μ m、100 μ m、200 μ m和500 μ m的饋線(xiàn)厚度(高度)。在每種情況下，調(diào)整TML饋線(xiàn)的寬度以保持饋線(xiàn)的50 Ω阻抗。對(duì)于厚17 μ m厚度的微帶線(xiàn)發(fā)生與DRA的弱耦合，其對(duì)應(yīng)于平面金屬波導(dǎo)(即，沉積在基板上的傳統(tǒng)金屬導(dǎo)體)。然而，由于TML饋線(xiàn)厚度增加至500 μ m，顯著提高了耦合的量。
[0279]現(xiàn)在參考圖21A，示出了具有TML饋線(xiàn)和介質(zhì)支撐的示例性DRA實(shí)施例的側(cè)視圖。DRA2100通常與DRA2000類(lèi)似，并且包括接地層2110、基板2125、諧振器本體2130和TML饋線(xiàn)2190。TML饋線(xiàn)2190是聚合物-金屬饋線(xiàn)，其包括饋線(xiàn)2192和介質(zhì)支撐2194。圖21B示出了 DRA2100的平面圖。
[0280]圖21C示出了對(duì)于各種介質(zhì)支撐厚度的反射系數(shù)的圖。饋線(xiàn)2192的厚度保持在17 μ m不變。對(duì)于O μ m、100 μ m、200 μ m和300 μ m的介質(zhì)支撐厚度(高度)繪制反射系數(shù)。在每種情況下，保持介質(zhì)支撐的寬度等于金屬饋線(xiàn)寬度，并且調(diào)整饋線(xiàn)寬度以保持50Ω的饋線(xiàn)阻抗。對(duì)于具有t=17ym的(平坦)微帶線(xiàn)發(fā)生與DRA的弱耦合。然而，當(dāng)TML饋線(xiàn)厚度增加到t=500ym時(shí)顯著提高了耦合的量。介質(zhì)支撐的介電常數(shù)是ε rt=2.2。
[0281]相較于平面微帶線(xiàn)(即無(wú)介質(zhì)支撐)，當(dāng)提供介質(zhì)支撐時(shí)顯著提高了耦合。對(duì)于300 μ m的支撐厚度實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于25dB的回波損耗。
[0282]在平坦的微帶線(xiàn)激發(fā)時(shí)，電磁能量通常被限制在基板中。然而，在所有的金屬TML的情況下，將電磁能量耦合到低介電常數(shù)DRA中，而只有一小部分留在基板中。使用介質(zhì)-金屬TML，這種效應(yīng)甚至更顯著。
[0283]本文中提出許多具體細(xì)節(jié)，以提供本文描述的示例性實(shí)施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白，在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下可以實(shí)施這些實(shí)施例。在其它情況下，沒(méi)有詳細(xì)地描述眾所周知的方法、工序和部件，以便不混淆實(shí)施例的描述?？梢詫?duì)這些示例性實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變化，而不脫離本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括: 具有至少第一平坦表面的基板； 形成在基板的第一平坦表面上的饋線(xiàn)； 聚合物基諧振器本體，其包括布置在基板的第一平坦表面上和至少部分在饋線(xiàn)上的至少第一本體部分，其中第一本體部分至少部分限定在基本垂直于第一平坦表面的平面上延伸的腔，其中該腔暴露饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分； 布置在腔內(nèi)的傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，該饋電結(jié)構(gòu)電耦合到第一饋線(xiàn)部分并且遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中該饋電結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔的量在腔高度的10-100%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中第一本體部分由介質(zhì)材料構(gòu)成，該介質(zhì)材料在制造之后保留。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中聚合物基諧振器本體包括鄰接第一本體部分提供的第二本體部分。
5.根據(jù)權(quán)利要 求4所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中第二本體部分鄰接第一本體部分的外壁，并且其中饋電結(jié)構(gòu)合適地接合在第一本體部分和第二本體部分之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中第二本體部分提供在腔內(nèi)，并且饋電結(jié)構(gòu)合適地接合在第二本體部分的外壁和第一本體部分的內(nèi)壁之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中第二本體部分由與第一本體部分不同的材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中第一本體部分具有小于10的相對(duì)介電常數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中聚合物基諧振器本體由純聚合物光致抗蝕劑材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中聚合物基諧振器本體由復(fù)合聚合物基光致抗蝕劑材料構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，進(jìn)一步包括錐形饋線(xiàn)部分，該錐形饋線(xiàn)部分具有帶有第一寬度的第一側(cè)和帶有第二寬度的第二側(cè)，其中第二寬度比第一寬度寬，其中傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)經(jīng)由第二側(cè)的錐形饋線(xiàn)部分電耦合到饋線(xiàn)，并且其中饋線(xiàn)經(jīng)由第一側(cè)的錐形饋線(xiàn)部分電耦合到傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)。
12.—種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括: 基板，其具有至少第一平坦表面； 反饋線(xiàn)，其形成在基板的第一平坦表面上； 聚合物基諧振器本體，其包括: 第一本體部分，其布置在基板的第一平坦表面上且至少部分在饋線(xiàn)上，其中第一本體部分限定在基本垂直于第一平坦表面的平面上延伸的第一腔和第一腔的壁與第一本體部分的外壁之間的第二腔，其中第二腔暴露饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分；和 第二本體部分，其提供在第一本體部分內(nèi)；和 傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，其布置在第二腔內(nèi)，該饋電結(jié)構(gòu)電耦合到第一饋線(xiàn)部分并遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)第二腔。
13.—種制造介質(zhì)諧振器天線(xiàn)的方法，該方法包括: 形成具有至少第一平坦表面的基板； 在基板的第一平坦表面上沉積并圖案化饋線(xiàn)； 形成聚合物基諧振器本體，其包括在基板的第一平坦表面上和至少部分在饋線(xiàn)上的至少第一本體部分； 經(jīng)由圖案掩模將聚合物基諧振器本體暴露于光刻源，其中圖案掩模限定將要形成在聚合物基諧振器本體中的腔，該腔在基本垂直于第一平坦表面的平面中延伸并至少部分暴露饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分； 顯影聚合物基諧振器本體的至少一個(gè)暴露部分，并移除該至少一個(gè)暴露部分以呈現(xiàn)出腔； 在腔內(nèi)沉積傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，該饋電結(jié)構(gòu)電稱(chēng)合到第一饋線(xiàn)部分并遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中進(jìn)行多次所述形成，以逐漸增加聚合物基諧振器本體的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的方法，其中所述形成包括接合至少一個(gè)聚合物基材料薄片。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述形成包括模鑄聚合物基諧振器本體并在200°C以下的溫度下烘焙。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中光刻源是X射線(xiàn)源。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中光刻源是紫外光源。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中顯影是在250°C以下的溫度下進(jìn)行的。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中該饋電結(jié)構(gòu)是用電鍍沉積的。
21.根據(jù)權(quán)利要求13至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中該饋電結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔，并且其中饋電結(jié)構(gòu)具有在腔的高度的10-100%之間的高度。
22.根據(jù)權(quán)利要求13至21中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)在沉積期間控制饋電結(jié)構(gòu)高度來(lái)調(diào)諧介質(zhì)諧振器天線(xiàn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求13至22中任一項(xiàng)所述的方法，其中第一主體部分由介質(zhì)材料構(gòu)成，該介質(zhì)材料在制造之后保留。
24.根據(jù)權(quán)利要求13至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中形成聚合物基諧振器本體還包括形成鄰接第一本體部分的至少第二本體部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中第二本體部分鄰接于第一本體部分的外壁，并且其中饋電結(jié)構(gòu)合適地接合在第一本體部分和第二本體部分之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括在腔內(nèi)形成第二本體部分，并且其中饋電結(jié)構(gòu)合適地接合在第二本體部分的外壁和第一本體部分的內(nèi)壁之間。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，進(jìn)一步包括在形成第二本體部分后去除第一本體部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求24至27中任一項(xiàng)所述的方法，其中第二本體部分由與第一本體部分不同的材料構(gòu)成。
29.根據(jù)權(quán)利要求13至28中任一項(xiàng)所述的方法，其中聚合物基諧振器本體由純聚合物光致抗蝕劑材料構(gòu)成。
30.根據(jù)權(quán)利要求13至28中任一項(xiàng)所述的方法，其中聚合物基諧振器本體由復(fù)合聚合物基光致抗蝕劑材料構(gòu)成。
31.一種制造介質(zhì)諧振器天線(xiàn)的方法，該方法包括: 形成具有至少第一平坦表面的基板； 沉積并圖案化在基板的第一平坦表面上形成的饋線(xiàn)； 形成聚合物基諧振器本體，包括: 形成布置在基板的第一平坦表面上和至少部分在饋線(xiàn)上的第一本體部分； 經(jīng)由圖案掩模將聚合物基諧振器本體暴露于光刻源，其中圖案掩模限定將要形成在基本垂直于第一平坦表面的平面中延伸的第一本體部分中的第一腔，并且其中圖案掩模進(jìn)一步限定將要形成在第一腔的壁和第一本體部分的外壁之間的第二腔，其中第二腔暴露饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分；和 顯影聚合物基諧振器本體的至少一個(gè)暴露部分，并移除該至少一個(gè)暴露部分，以呈現(xiàn)出第一腔； 進(jìn)一步形成提供在第一腔內(nèi)的第二本體部分； 沉積布置在第二腔內(nèi)的傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，該饋電結(jié)構(gòu)電耦合到第一饋線(xiàn)部分并遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)第二腔。
32.—種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括: 具有至少第一平坦表面的基板； 聚合物基諧振器本體；和 激發(fā)結(jié)構(gòu)，其用于激發(fā)聚合物基諧振器本體， 其中聚合物基諧振器本體在大致垂直于基板的方向上包括延伸通過(guò)聚合物基諧振器本體的多個(gè)金屬內(nèi)含物， 以及其中以規(guī)則的圖案提供多個(gè)金屬內(nèi)含物，以增強(qiáng)聚合物基諧振器本體的有效相對(duì)介電常數(shù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中多個(gè)金屬內(nèi)含物具有大致H形的輪廓。
34.一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括: 具有至少第一平坦表面的基板； 耦合到基板的諧振器本體； 在基板的第一平坦表面上的饋線(xiàn)，該饋線(xiàn)具有第一寬度； 至少部分定位在基板和諧振器本體之間的傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，該傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)具有比饋線(xiàn)的第一寬度寬的第二寬度； 錐形饋線(xiàn)部分，該錐形饋線(xiàn)部分具有帶有第一寬度的第一側(cè)和帶有第二寬度的第二側(cè)，第一側(cè)電耦合到饋線(xiàn)，第二側(cè)電耦合到傳導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中錐形饋線(xiàn)部分具有梯形形狀。
36.一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括:具有至少第一平坦表面的基板； 耦合到該基板的諧振器本體； 至少部分在諧振器本體和基板之間延伸的微帶饋線(xiàn)，其中饋線(xiàn)在距基板表面第一距離處鄰接諧振器本體，并且其中饋線(xiàn)具有被選擇來(lái)提供預(yù)定阻抗的寬度和厚度。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中饋線(xiàn)的厚度基本上超過(guò)平面金屬波導(dǎo)厚度。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中該厚度在IOOym和1000ym之間。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，進(jìn)一步包括位于饋線(xiàn)和基板之間的介質(zhì)支撐。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中介質(zhì)支撐具有低的相對(duì)介電常數(shù)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中介質(zhì)支撐具有小于10的相對(duì)介電常數(shù)。
42.根據(jù)權(quán)利要求39至41中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中饋線(xiàn)的寬度對(duì)應(yīng)于介質(zhì)支撐的寬度。
43.根據(jù)權(quán)利要求39至42中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中第一距離等于饋線(xiàn)的厚度和介質(zhì)支撐的厚度。
44.根據(jù)權(quán)利要求36至43中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中預(yù)定阻抗是50Ω。
45.一種介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，包括: 具有至少第一平坦表面的基板； 形成于基板的第一平坦表面上的饋線(xiàn)； 包括布置在基板的第一平坦表面上和至少部分在饋線(xiàn)上的至少第一本體部分的諧振器本體，其中第一本體部分至少部分地限定在基本上垂直于第一平坦表面的平面內(nèi)延伸的腔，其中該腔暴露饋線(xiàn)的第一饋線(xiàn)部分； 設(shè)置在腔內(nèi)的饋電結(jié)構(gòu)，該饋電結(jié)構(gòu)電耦合到第一饋線(xiàn)部分并遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)腔；具有內(nèi)壁、外壁、頂壁和底壁的介質(zhì)饋電部分，該底壁與頂壁相對(duì)，介質(zhì)饋電部分沿著其底壁至少部分布置在饋線(xiàn)上并沿著內(nèi)壁鄰接諧振器本體；和 沿著介質(zhì)饋電部分的外壁布置的外部帶，外部帶基本垂直于第一平坦表面從介質(zhì)饋線(xiàn)部分的頂壁向底壁延伸。
46.根據(jù) 權(quán)利要求45所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中饋電結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離饋線(xiàn)延伸通過(guò)該腔的量在腔的高度的10-100%之間。
47.根據(jù)權(quán)利要求45或權(quán)利要求46所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中外部帶遠(yuǎn)離頂壁延伸的量在介質(zhì)饋電部分高度的10-100%之間。
48.根據(jù)權(quán)利要求45至47中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中介質(zhì)饋電部分由與諧振器本體不同的材料構(gòu)成。
49.根據(jù)權(quán)利要求45至48中任一項(xiàng)所述的介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，其中諧振器本體具有小于10的相對(duì)介電常數(shù)。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK103843198SQ201280047692
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月29日
【發(fā)明者】A·拉什黛安, D·克萊邁施恩, M·塔菲阿里戈達(dá)爾茲, S·C·阿亨巴赫, M·W·博納 申請(qǐng)人:薩斯喀徹溫大學(xué), 卡爾斯魯厄技術(shù)研究所