用于將電磁信號從微帶線發(fā)射到介電波導的喇叭天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于將電磁信號從微帶線發(fā)射到介電波導的喇叭天線。喇叭天線形成于多層襯底內(nèi)并且具有形成于多層襯底的不同層中的大致梯形的頂板和底板。一組密集間隔的通孔通過耦合頂板和底板的相鄰邊緣形成喇叭天線的兩個側(cè)壁。喇叭天線具有狹窄的輸入端和較寬的擴口端。在喇叭天線的輸入端處，微帶線耦合到頂板并且地平面元件耦合到底板。
【專利說明】用于將電磁信號從微帶線發(fā)射到介電波導的喇叭天線
[0001] 根據(jù)35U. S. C. 119 (e)主張優(yōu)先權(quán)
[0002] 本申請要求2013年3月19日提交的題為"Dielectric Waveguides"的美國臨時 申請第61/803, 435號(代理人案號TI-73114PS)的優(yōu)先權(quán)并且通過引用將其并入本申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明總體涉及用于高頻信號的波導，并且特別涉及用于將高頻信號發(fā)射到介電 波導中的嵌入式結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0004] 在電磁和通信工程中，術(shù)語"波導"可以是指在端點之間傳送電磁波的任何線狀結(jié) 構(gòu)。原始的和最常見的含義是一種用于運載無線電波的中空金屬管。這類波導被用作傳輸 線以實現(xiàn)在例如微波爐、雷達裝置、衛(wèi)星通信以及微波無線鏈路的設備中將微波發(fā)射器和 接收器連接到其天線的目的。
[0005] 介電波導采用固體電介質(zhì)核心而不是中空管。電介質(zhì)是一種可以被所施加的電場 極化的電絕緣體。當電介質(zhì)被放置在電場中時，電荷不會像其在導體中那樣流過所述材料， 而是僅從其平均平衡位置略微地移動，引起電介質(zhì)極化。由于電介質(zhì)極化，故正電荷朝向所 述場移位而負電荷沿相反方向移動。這產(chǎn)生了內(nèi)部電場，所述內(nèi)部電場使在電介質(zhì)本身內(nèi) 的總體場減小。如果電介質(zhì)由弱鍵合分子構(gòu)成，則那些分子不僅變得被極化，而且重新定向 以使其對稱軸對準所述場。雖然術(shù)語"絕緣體"意味著低電導，但是"電介質(zhì)"通常用來描 述具有高極化率的材料；這由被稱作介電常數(shù)（ek)的數(shù)字來表示。術(shù)語"絕緣體"主要用 來指示電阻礙，而術(shù)語"電介質(zhì)"則用來指示材料通過極化得到的能量存儲能力。
[0006] 金屬管波導中的電磁波可以想像成以Z形路徑沿著引導件向前行進，在引導件的 相對側(cè)壁之間反復地反射。對于矩形波導的特定情況，有可能基于這一觀察進行準確分析。 可以用相同方式觀察介電波導中的傳播，其中波被介電波導表面處的全內(nèi)反射限制于電介 質(zhì)中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 現(xiàn)將僅以示例方式參考附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的特定實施例：
[0008] 圖1是穿過具有各種介電常數(shù)的材料的波長對比頻率的曲線圖；
[0009] 圖2A-2D示出使用印刷電路板技術(shù)產(chǎn)生的介電波導（DWG)的各種配置；
[0010] 圖3A-3C -起是示例性介電波導的正投影；
[0011] 圖4是示出用于制造介電波導的工藝的流程圖；
[0012] 圖5是與偶極天線一起使用的反射器的等距視圖；
[0013] 圖6是圖5的反射器的截面視圖；
[0014] 圖7是顯示圖5的偶極天線和反射器的插入損耗的曲線圖；
[0015] 圖8A和圖8B示出耦合到集成電路（1C)的DWG的另一實施例；
[0016] 圖9-10示出用于將DWG直接接合到1C的實施例；
[0017] 圖11-13示出來自各種DWG接口配置的輻射能量的模擬；
[0018] 圖14是示出各種接口配置的插入損耗的曲線圖；
[0019] 圖15示出與具有硅間隙填充劑材料的搭扣連接器耦合的兩個DWG ;
[0020] 圖16A-16B示出來自DWG的直角轉(zhuǎn)角的輻射能量的模擬；
[0021] 圖17是直角轉(zhuǎn)角被屏蔽以使輻射泄漏最小化的DWG的圖示；
[0022] 圖18A-18B示出來自DWG的被屏蔽的直角轉(zhuǎn)角的輻射能量的模擬；
[0023] 圖19是示出具有直角彎曲段的DWG的插入損耗對比頻率的曲線圖；
[0024] 圖20是示例性柔性DWG的圖示；
[0025] 圖21A-21D示出多通道柔性DWG的各種配置；
[0026] 圖22-25示出柔性DWG與柔性電纜的各種組合方式；
[0027] 圖26示出具有耦合到DWG的偶極天線的微電子封裝體，所述DWG具有引導元件以 改進輻射信號的耦合；
[0028] 圖27A-27C是用于將信號從帶狀線發(fā)射到DWG的結(jié)構(gòu)的多個視圖；
[0029] 圖28示出各種長度的金屬波導過渡段的模擬結(jié)果；
[0030] 圖29是用于將信號從微帶線發(fā)射到DWG的喇叭天線的等值線圖；
[0031] 圖30A和圖30B是圖29的喇叭天線的俯視圖和正視圖；
[0032] 圖31示出來自圖29的喇叭天線的信號輻射的模擬；
[0033] 圖32示出RJ45連接器用于耦合DWG的用途；
[0034] 圖33-34示出RJ45連接器用于耦合DWG的各種應用；
[0035] 圖35是示出DWG在系統(tǒng)中的用途的流程圖；以及
[0036] 圖36是用DWG互連的兩個系統(tǒng)的圖示。
[0037] 本發(fā)明實施例的其它特征將通過附圖和以下詳細描述而變得顯而易知。

【具體實施方式】
[0038] 現(xiàn)將參考附圖詳細描述本發(fā)明的特定實施例。出于一致性，在各個圖中的類似元 件由類似的參考數(shù)字表示。在本發(fā)明的以下詳細描述中，闡述了許多具體細節(jié)以便更徹底 地理解本發(fā)明。然而，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯然易見的是，可以在沒有這些具體細節(jié) 的情況下實踐本發(fā)明。在其它情況下，眾所周知的特征不再詳細描述，從而避免了不必要地 使描述變復雜。
[0039] 隨著電子組件和系統(tǒng)中的頻率增加，波長以相應的方式減小。例如，許多計算機處 理器目前在千兆赫茲域中操作。隨著操作頻率增加到亞太赫茲（sub-terahertz),波長變得 足夠短，從而超過短距離的信號線可以充當天線并且可以發(fā)生信號輻射。圖1是穿過具有 各種介電常數(shù)的材料的波長對比頻率的曲線圖。如曲線102所示，其中該曲線表示具有低 介電常數(shù)3的材料如印刷電路板，100GHz信號將具有約1. 7mm的波長。因此，長度僅1. 7mm 的信號線可以充當全波天線并且輻射出相當比例的信號能量。
[0040] 波在開放空間中沿所有方向傳播，如球面波。以此方式，所述波的功率隨距離的平 方按比例損耗；即，在距所述源的距離R處，功率是源功率除以R2。在相對長的距離上，可 以使用波導來輸送高頻信號。波導將波限制在沿著一個維度傳播，因此在理想條件下，波在 傳播時不損耗功率。電磁波沿著波導的軸線的傳播由波動方程來描述，所述波動方程來源 于麥克斯韋方程（Maxwell's equation),并且其中波長取決于波導的結(jié)構(gòu)以及波導內(nèi)的材 料(空氣、塑料、真空等)，并且取決于波的頻率。常用波導只有幾類。最常見的一類波導是 具有矩形橫截面的波導，所述矩形橫截面通常不是正方形。這種橫截面的長邊通常是其短 邊的兩倍長。這些特征對于承載水平極化或垂直極化的電磁波是有用的。
[0041] 對于亞太赫茲射頻（RF)信號所遇到的極小波長，介電波導表現(xiàn)良好，并且相比于 中空金屬波導來說，制造更加便宜。此外，金屬波導具有由波導的大小決定的截止頻率。低 于截止頻率，不存在電磁場的傳播。介電波導具有較寬的操作范圍，而無固定的截止點。在 本文中描述了各種類型的介電波導和用于將介電波導耦合到集成電路或耦合到另一介電 波導的技術(shù)。
[0042] 圖2A-2D示出使用印刷電路板技術(shù)產(chǎn)生的介電波導的各種配置。介電波導可以用 作印刷電路板（PCB)上的芯片對芯片的高數(shù)據(jù)速率通信的互連。這一介電波導的實施例能 夠在生產(chǎn)線中組裝為額外的表面安裝部件并且能夠在PCB的組裝期間抵抗無鉛焊料回流 工藝。
[0043] 圖2A示出多層PCB200,其含有由絕緣層隔開的若干個導電層。眾所周知，各個導 電層可以被圖案化成互連圖案并且通過通孔互連。通孔也被帶到PCB的表面并且為集成電 路（1C)襯底210提供連接焊盤。眾所周知，焊球202提供了載體210上的引腳與PCB200上 的通孔焊盤之間的電連接。IC240被安裝在襯底210上并且含有使用已知技術(shù)產(chǎn)生高頻信 號的電路系統(tǒng)。
[0044] IC210包括連接到偶極天線212的產(chǎn)生信號的高頻電路系統(tǒng)。介電波導220通過 接口區(qū)222接合到偶極天線和反射器214,該接口區(qū)可以是介電波導的一部分。介電波導 (DWG) 220被安裝在PCB200上并且必須能夠經(jīng)受住用于將IC210附接到PCB的回流工藝。
[0045] 介電波導220可以使用標準PCB制造技術(shù)來制造。PCB制造商有能力通過例如使 用微填充劑作為摻雜劑來生產(chǎn)具有不同介電常數(shù)的板材。介電波導可以通過以下操作來制 造：在低介電常數(shù)（ε k2)的板材中布線出通道并且用高介電常數(shù)（ε kl)的材料填充所述 通道。圖2B-2D示出可以用來接合DWG220與微電子器件襯底210的三個接口選項。圖2B 示出由金屬波導形成的接口區(qū)222,所述金屬波導使用垂直的銅壁和頂部與底部銅層(未圖 示)來制成。DWG核心構(gòu)件225由具有高介電常數(shù)的材料制成，而包層226由具有較低介電 常數(shù)的PCB材料制成。圖2C示出類似的想法，但是形成了喇叭223來幫助從微電子器件襯 底210的偶極天線捕獲更多的輻射。圖2D示出一種不使用金屬波導的方案。僅在1C載體 襯底210的偶極天線212與波導220的電介質(zhì)配合邊緣224之間形成接口。這三種波導設 計中的任一者都可以通過以下操作來制造：在PCB中重復進行多次并且然后將PCB板鋸成 可以用作單獨表面安裝零件的單獨波導。
[0046] 圖3A-3C -起是示例性介電波導300的正投影，該示例性介電波導類似于使用典 型的PCB制造技術(shù)制造的圖2B。圖3A-3C示出DWG300是如何制造的。在該示例中，示出 了從單個PCB切出的三個DWG300-302 ;然而，這僅僅是為了圖示說明，并且通?？梢栽谝粋€ PCB上制造更多數(shù)量的DWG并且然后將所述DWG沿著切割線320切成單獨的DWG。應注意 至IJ，DWG302包括兩個通道；可以按相同方式制造更大數(shù)量的通道。
[0047] 圖4是示出用于制造介電波導的工藝的流程圖。也參看圖3，PCB初始襯底層310 包括銅層或其它導電層311，所述導電層被蝕刻以形成金屬波導部分222或223的底側(cè)，再 次參看圖2B、圖2C。在制造如圖2D所示的DWG時省略銅層311。在襯底層310中為每一 個DWG通道形成402凹槽。所述通道通常是矩形，其寬度通常是深度的兩倍?；谝阎?波導理論，基于DWG意欲輸送的頻率和所得波長來選擇尺寸。所述通道可以通過各種已知 技術(shù)來形成，如：機械布線或研磨，通過用沖擊式鉆頭刮削，通過使用化學蝕刻劑蝕刻穿透 掩?；蚪橘|(zhì)噴射等。
[0048] 再次參看圖2B、圖2C，用于金屬波導部分（如部分222或223)的側(cè)壁315、316可 以使用類似于形成通孔的工藝來形成。類似于形成用于通孔的孔，為每一個側(cè)壁布線溝槽 并且然后用類似于用于通孔的工藝的工藝鍍覆所述溝槽。金屬波導部分的尺寸可以類似于 電介質(zhì)核心部分的尺寸，或者一個可以略微大于另一個。形成通道凹槽的工藝也可以在已 經(jīng)形成側(cè)壁之后去除側(cè)壁之間的材料。
[0049] 一旦形成通道，即可以用具有較高的不同介電常數(shù)的PCB板材填充404所述通道， 從而形成核心構(gòu)件318。PCB襯底層310的介電常數(shù)值通常可以在約2. 5-4. 5的范圍內(nèi)。 可以使用微填充劑作為摻雜劑來提升核心構(gòu)件318的介電常數(shù)值，使得核心構(gòu)件318的介 電常數(shù)高于包層材料310、312以及314。使用通?？色@得的材料和摻雜劑，核心構(gòu)件的介 電常數(shù)通?？梢赃x自約3-12的一系列值。例如，可以使用各種類型的材料作為摻雜劑，如 ZnO或BaTi03。PCB和填充劑材料可從各種來源獲得，如羅杰公司（Roger Corporation): 例如，用于PCB的R03003,以及用于填充劑的R03006或R03010。
[0050] 也具有經(jīng)蝕刻的銅層313的頂層314可以層壓406在襯底層310的頂部上，從而 形成包層226的頂部。在一些實施例中，頂層314可以省略并且切開的DWG可以倒置地安 裝在PCB載體板(如PCB200)上，從而形成其余的包層部分。在其它實施例中，頂層可以省 略并且介電常數(shù)為約1. 〇的空氣將形成包層的頂部。在省略頂層314的實施例中，可以在 平面層310上面任選地施加保形涂層或其它保護層。通常，當DWG將不被人類或其它附近 物體接觸時，可以省略頂層來節(jié)省費用。
[0051] 然后平面層310被切開408以產(chǎn)生例如單獨的DWG300-302。每一個單獨的DWG可 以含有一個通道，或者其可以含有兩個或更多個通道，這取決于平面層310是如何被切開 的。
[0052] 然后單獨的DWG可以被安裝410在載體PCB上并且用于輸送由集成電路(如 IC240)產(chǎn)生的亞太赫茲信號。
[0053] 再次參看圖2A，偶極天線212和反射器214提供了一種將信號從微電子器件發(fā)射 到介電波導中的結(jié)構(gòu)。在介電波導互連的另一個末端上，類似結(jié)構(gòu)可以用來將信號從波導 采集到微電子器件中。
[0054] 偶極天線212可以被微電子器件用來將信號輻射到介電波導220中，所述介電波 導位于封裝體外部但極其靠近封裝體。根據(jù)其性質(zhì)，偶極天線212將朝向介電波導以定向 程度很高的輻射模式輻射，但是也在與其相反的方向即朝向封裝體的核心的方向輻射。在 偶極天線背面上的反射器會將朝向封裝中心輻射的輻射沿著介電波導的方向反射回來。
[0055] 現(xiàn)在將更詳細地描述兩種不同的發(fā)射結(jié)構(gòu)設計。一種設計適用于沿著與PCB共面 的方向與介電波導接合，而第二種設計適用于與由PCB界定的平面垂直放置的介電波導接 合。
[0056] 圖5是與偶極天線512 -起使用的反射器陣列514的等距視圖而圖6是其截面視 圖，這是圖2A中所示的偶極天線212和反射器214的放大圖。返回參看圖2A，應注意到，偶 極天線212和反射器214的位置在襯底210內(nèi)。載體212的外邊緣形成了接口表面211，所 述接口表面被配置為接合到DWG220。反射器結(jié)構(gòu)214形成于載體襯底中，所述載體襯底鄰 近偶極天線212并且與接口表面211相對。
[0057] 再次參看圖5,差分信號線513將偶極天線512連接到產(chǎn)生或接收亞太赫茲高頻信 號的IC240。
[0058] 地平面（ground plane) 505使從偶極天線512發(fā)射的信號定向在朝向DWG520的 方向，但是也定向在遠離DWG520的方向。反射器514是兩個共面板515、516之間的金屬化 通孔陣列，這兩個共面板在固持偶極天線512的平面的上方和下方。在一些實施例中，可以 存在額外的反射器條帶517,其耦合到通孔陣列并且基本上平行于偶極天線排布在與偶極 天線相同的平面中?？梢栽谄渌鼘?如果存在)上添加額外的平行反射器條帶。目的是使基 本上垂直的金屬"壁"堅立，所述金屬壁將輻射能量從偶極天線512朝向DWG520反射回來。 通孔可以接地，或者可以保持浮接。所述金屬結(jié)構(gòu)充當從偶極天線到輻射場的"短路器"。 使金屬反射器結(jié)構(gòu)與偶極天線間隔約一半波長可提供最佳反射量?？商鎿Q地，反射器結(jié)構(gòu) 可以放置在距偶極天線1. 5倍波長、2. 5倍波長等距離處。雖然一半波長的距離是最佳的， 但是在其〇. 3-0. 7倍或多倍范圍內(nèi)的距離提供適用的反射量。
[0059] 圖7是基于此配置的模擬顯示偶極天線512和反射器514的插入損耗的曲線圖。 應注意到，插入損耗相當恒定地保持在約-2. 6db直到約168GHz。
[0060] 圖8A和圖8B示出耦合到集成電路240的DWG820的另一實施例。在此實施例中， DWG820接合到載體810的底側(cè)上的接口表面811，所述載體被配置為穿過PWB800中的孔接 合DWG820。反射器結(jié)構(gòu)818形成于載體襯底中，其鄰近偶極天線812并且與接口表面811 相對。在此實施例中，反射器結(jié)構(gòu)818可以是安置在偶極天線812上方的金屬板。使金屬 反射器結(jié)構(gòu)與偶極天線間隔約一半波長可提供最佳反射量?？商娲兀瓷淦鹘Y(jié)構(gòu)可以放 置在距偶極天線1. 5倍波長、2. 5倍波長等距離處。雖然一半波長的距離是最佳的，但是在 其0. 3-0. 7倍或多倍范圍內(nèi)的距離可提供適用的反射量。反射器板818可以接地，或者可 以保持浮接。
[0061] 圖8B是示出基于此配置的模擬的偶極天線812和反射器814的插入損耗的曲線 圖。應注意到，插入損耗小于約_2db直到約166GHz。
[0062] 可以看出，與偶極天線組合的反射器結(jié)構(gòu)提供了一種良好的方式來發(fā)射或接收由 集成電路產(chǎn)生或接收的亞太赫茲信號。本文所描述的兩個實施例提供了低插入損耗并且易 于實施。其為需要介電波導相對于PCB平行或垂直定向的應用提供了實施選項。
[0063] 圖9-10示出用于將DWG直接接合到1C的實施例。芯片規(guī)模封裝（CSP)是一類集 成電路芯片載體。為了使芯片規(guī)模合格，封裝體的面積通常不超過管芯面積的1.2倍并且 該封裝體是一種單一管芯、直接表面可安裝的封裝體。通常適用于確保這些封裝體作為CSP 的另一個準則是其球間距應該不超過1mm。管芯可以安裝在上面形成有焊盤或球的內(nèi)插器 上，如同倒裝芯片球柵陣列（BGA)封裝一樣，或者焊盤可以直接蝕刻或印刷到硅晶片上，產(chǎn) 生與硅管芯的大小極其相近的封裝。此類封裝體稱作晶片級芯片規(guī)模封裝（WL-CSP)或晶 片級封裝(WLP)。
[0064] 現(xiàn)在將描述用于使微電子器件與用于THz RF通信的介電波導直接接合的技術(shù)。 在高于亞太赫茲的頻率下，不能使用銅來傳導電磁信號，這是由于由已知的"趨膚深度效應 (skin depth effect)"所導致的阻抗極度增加所致。如上文所討論，電磁RF信號可以使用 介電波導來輸送，所述介電波導的尺寸類似于上文所描述的用于亞太赫茲頻率下的信號的 DWG。
[0065] 參看圖9,在此示例中，芯片規(guī)模封裝940構(gòu)成微電子器件。在CSP器件中，可以產(chǎn) 生或接收亞太赫茲RF信號的半導體邏輯和電路形成于外延層（epi_layer)943中。在此示 例中，CSP940安裝在PCB900上，所述PCB可以具有安裝到其上的額外裝置。在此示例中， 焊料凸塊941將SCP940緊固到PCB900 ;然而，在其它實施例中，可以使用目前已知的或以 后研發(fā)的不同類型的安裝方案。
[0066] 可以使用硅穿孔（TSV)技術(shù)將RF信號傳導到芯片的相對側(cè)。硅穿孔是完全穿過硅 晶片或管芯的垂直電連接(垂直互連接入（Vertical Interconnect Access))。TSV是用于 產(chǎn)生3D封裝和3D集成電路的高性能技術(shù)。相比例如層疊封裝（package-on-package)的 可替換方式，TSV提供可能實質(zhì)上更高的通孔密度，并且提供可能更短的連接長度。
[0067] 在芯片的與外延層943相對的一側(cè)上，圖案化金屬化物構(gòu)成天線944以發(fā)射和/ 或接收來自介電波導920的RF信號。在此示例中，DWG920垂直地安裝到（即垂直于)芯片。 圖10示出DWG水平地安裝到（即平行于)芯片的示例。金屬化天線可以按若干種方式形成， 例如通過使用溉射、熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)（e-gun evaporation)技術(shù)。此金屬化物可以使 用各種已知的或以后研發(fā)的金屬化工藝來實現(xiàn)，例如形成與Si接觸的鈦層來充當粘結(jié)層， 在鈦的頂部上形成Ni層來充當阻擋層（從而避免Si管芯的污染)，以及在此最后一層的上 方形成一層鋁、銅、金或具有高電導率的任何其它金屬。
[0068] 例如，可以使用硬掩?；蚴褂霉饪坦に噷⑻炀€圖案化到硅管芯的背側(cè)中。例如，所 述天線可以是簡單的偶極天線、馬可尼天線（Marconi antenna)或更精心制作的貼片天線。 在此示例中，兩個硅穿孔945、946提供了到天線或從天線到外延層943的差分RF信號。
[0069] 嵌入在PCB900中的地平面942用作電磁反射器，從而將天線可能沿與介電波導相 反方向發(fā)送的信號朝向介電波導反射回來?？梢园惭b底部填充材料941以將DWG920附接 到 SCP940。
[0070] 此技術(shù)產(chǎn)生了 SCP940與DWG920之間的低插入損耗，易于實施，并且使用了標準制 造材料和加工技術(shù)。
[0071] 圖10示出一個示例性系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括PCB1000,在所述PCB上面安裝有 SCP1040-1和1040-2。SCP1040-1包括產(chǎn)生亞太赫茲或太赫茲信號的電路系統(tǒng)，如上所 述，使用通向背面安裝的天線的硅穿孔將所述信號經(jīng)由DWG1020傳送到SCP1040-2。類似 地，SCP1040-2包括接收亞太赫茲或太赫茲信號的電路系統(tǒng)，如上所述，使用耦合到背面安 裝的天線的硅穿孔經(jīng)由DWG1020傳送所述信號。PCB1000類似于PCB900并且包括用于將 由SCP1040-1中的偶極天線輻射的能量朝向DSG1020反射回來的地平面。在此示例中， DWG1020在其側(cè)面上每一個末端處具有接口表面，所述接口表面用于接合在SCP1040-1和 1040-2的背側(cè)上的天線，其允許DWG1020從芯片到芯片水平地安裝。
[0072] 在一些實施例中，DWG的短段可以永久地附接到CSP或其它類型的封裝1C，如上文 關(guān)于圖2A、圖8A、圖9或圖10所示，從而形成模塊。然后將模塊中所包括的DWG區(qū)段耦合 到另一個DWG區(qū)段會變得有必要?，F(xiàn)將描述用于接合DWG區(qū)段的各種方案。
[0073] 圖11-13示出用于各種DWG接口配置的輻射能量的模擬。例如，此接口可以用于 連接兩個相同波導以延伸長度，或在其中一個可能是電子器件的一部分的情況下用于連接 兩個不同波導，所述電子器件例如為：計算機、服務器、智能電話、平板計算機或任何其它通 信裝置等。例如，作為1C模塊的一部分的DWG區(qū)段可以耦合到另一個DWG區(qū)段。
[0074] 當兩個介電波導耦合在一起時，在兩個DWG之間可能存在間隙。此間隙產(chǎn)生阻抗 失配，所述阻抗失配會產(chǎn)生由于阻抗失配所產(chǎn)生的輻射能量所導致的顯著損耗。損耗程度 取決于間隙的幾何形狀和間隙中的材料?；谀M，角切對接（square cut butt joint)似 乎提供了顯著的阻抗失配。
[0075] 圖11示出兩個DWG區(qū)段1101U102之間的傾斜切割接口的模擬結(jié)果。核心構(gòu)件 在1125處示出并且包層在1126處示出。在此示例中，間隙1104是約1. 2mm。應注意到，存 在大量福射能量，如陰影區(qū)1106所指示。在圖14中，曲線1401示出傾斜切割接口的插入 損耗對比間隙長度。
[0076] 圖12示出兩個DWG區(qū)段1201U202之間的矛頭狀切割接口的模擬結(jié)果。核心構(gòu) 件在1225處示出并且包層在1226處示出。在此示例中，間隙1204是約1.2mm。應注意到， 存在更少量的輻射能量，如陰影區(qū)1206所指示。在圖14中，曲線1402示出矛頭狀接口的 插入損耗對比間隙長度。
[0077] 如果在DWG的僅兩個側(cè)面中完成錐形/漸縮（taper)，那么此矛頭狀是有效的，但 是當在DWG的四個側(cè)面中完成錐形從而形成角錐形時更好。此錐形也可以用在四個側(cè)面上 的圓錐形或在兩個側(cè)面上的拱形或通過相對側(cè)切割偏轉(zhuǎn)而使能量從信號偏轉(zhuǎn)回到DWG的 任何其它形狀替代。
[0078] 矛頭形、角錐形、圓錐形、拱形或類似類型的形狀提供了具有極低插入損耗的接 口，易于實施，機械自對準，并且對于微小的失準是靈活并穩(wěn)健的。這些形狀都可以使用標 準制造材料和加工技術(shù)產(chǎn)生。
[0079] 被稱為"高頻模擬器結(jié)構(gòu)（High Frequency Simulator Structure ;HFSS)"的模擬 器(可從ANSYS公司獲得)被用來分析上文所討論的各種形狀。HFSS是一種用于任意3D立 體無源裝置建模的高性能全波電磁（EM)場模擬器。它使用有限元方法（FEM)和積分方程方 法來整合模擬、可視化、實體建模以及自動化。HFSS可以提取散射矩陣參數(shù)（S，Y，Z參數(shù))， 可視化3-D電磁場(近場和遠場)，并且產(chǎn)生鏈接到電路模擬的全波SPICE模型。
[0080] 間隙中的材料
[0081] 在上文所討論的示例中，填充間隙的材料僅僅是空氣，其介電常數(shù)是約1. 0。如先 前所討論，核心材料的介電常數(shù)通常將在3-12的范圍內(nèi)，而包層材料的介電常數(shù)通常將在 2. 5-4. 5的范圍內(nèi)。失配阻抗與DWG和間隙內(nèi)的材料之間的介電常數(shù)的差異成比例。這意 味著即使在插座的幾何形狀最佳化的情況下，DWG之間的氣隙仍然不是最佳配置。為了最 小化阻抗失配，可以用橡膠狀材料來設計DWG插座，所述橡膠狀材料的介電常數(shù)與DWG核心 和包層的介電常數(shù)極其相近。需要柔性材料來容納并且填充間隙中的所有空間。介電常數(shù) 為2. 5到3. 5的橡膠狀材料的示例是硅酮?？梢允褂玫木哂蓄愃铺匦缘钠渌牧蠈儆谝韵?兩種類型：不飽和橡膠以及飽和橡膠。
[0082] 不飽和橡膠包括例如:合成聚異戊二烯、聚丁二烯、氯丁二烯橡膠、丁基橡膠、鹵化 丁基橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠等。
[0083] 飽和橡膠何括例如:EPM (乙烯丙烯橡膠)、EPDM橡膠（乙烯丙烯二烯橡膠)、表氯醇 橡膠（ECO)、聚丙烯酸橡膠(ACM、ABR)、硅酮橡膠（SI、Q、VMQ)、氟硅酮橡膠（FVMQ)、氟彈性體 (FKM和FEPM)維通（Viton)、特諾福?。═ecnoflon)、福羅瑞（Fluorel)、全氟彈性體（FFKM) 特諾福隆PFR、卡樂瑞（Kalrez )、科拉茲（Chemraz )、佩拉斯塔（Per last)、聚醚嵌段酰胺 (PEBA)、氯磺化聚乙烯（CSM)、（海帕?。℉ypalon))、乙烯-乙酸乙烯酯（EVA)等。
[0084] 圖13示出兩個DWG區(qū)段1301U302之間的矛頭狀切割接口的模擬結(jié)果。核心構(gòu) 件在1325處示出并且包層在1326處示出。在此示例中，間隙1304是約1. 2mm并且用硅材 料填充。應注意到，輻射能量的量可忽略不計。
[0085] 圖14是示出各種接口配置的插入損耗對比間隙長度的曲線圖。曲線1403示出具 有硅橡膠間隙填充劑的矛頭狀切割接口的插入損耗對比間隙長度。曲線1401示出傾斜切 割接口的插入損耗對比間隙長度。曲線1402示出矛頭狀切割接口的插入損耗對比間隙長 度。
[0086] 可以看出，使用具有矛頭幾何形狀的最佳設計并且用硅酮材料填充間隙對于大到 1. 5mm的間隙產(chǎn)生了 ldB以下的衰減，如曲線1403所示。
[0087] 隨著間隙變得更窄，接近0. 0mm，任一配置的插入損耗降低到約為零；然而，當使 用經(jīng)濟的非精密DWG時，0. 0的間隙通常難以維持。
[0088] 雖然圖13中所示的模擬使用了具有2. 5-3. 5的均勻介電常數(shù)的硅間隙填充劑，但 是在另一實施例中，可以制造出一種可變形的間隙填充劑，所述可變形的間隙填充劑在中 心區(qū)中具有較高介電常數(shù)以更好地匹配核心材料的介電常數(shù)，同時在外部區(qū)中具有較低介 電常數(shù)以匹配DWG的包層。
[0089] 圖15示出用具有硅間隙填充劑材料1512的搭扣連接器耦合的兩個DWG1501、 1502。搭扣連接器的一個片件1510安裝在DWG1510的末端上。搭扣連接器的另一個片件 1511安裝在DWG1511的末端上。控制搭扣連接器片件的安裝位置，使得當配合時，可變形的 間隙填充劑材料1512被壓縮以從DWG1501與DWG1502之間的間隙中消除大部分(如果不是 所有的）空氣。
[0090] 雖然在圖15中示出了連接器的特定配置，但是其它實施例可以使用任何數(shù)目的 目前已知的或以后設計的連接器設計以將兩個DWG耦合在一起，同時維持機械對準并且提 供足以維持間隙填充劑材料上的變形壓力的耦合力。
[0091] 例如，可變形材料通?？梢哉掣降紻WG1501的公端或粘附到DWG1502的母端?？?變形材料可以使用膠水、熱熔融或其它鍵合技術(shù)以永久性方式粘附。然而，可以將較薄的一 層可變形材料粘附到DWG1501的末端和DWG1502的末端，以使得間隙被兩層可變形材料填 充。
[0092] 返回參看圖8A，例如，具有直角轉(zhuǎn)角的DWG可以用來連接到1C模塊的底側(cè)。另一 用途可以是從背板連接到以垂直方式插入到背板中的PWB?？梢钥闯觯哂兄苯寝D(zhuǎn)角的DWG 有許多用途。問題是在介電波導內(nèi)行進的電磁信號在穿越銳角轉(zhuǎn)角時會遭受顯著的損耗。 這是一個極其嚴重的問題，因為介電波導應用通常需要介電波導能夠在90度轉(zhuǎn)角中彎曲 并且可能需要在短曲率半徑的情況下這樣做。
[0093] 圖16A和圖16B示出來自DWG1601的直角轉(zhuǎn)角的輻射能量的模擬。此模擬示例示 出在截面為ix2mm的介電波導中曲率半徑為2mm的90度轉(zhuǎn)角處的信號損耗。如圖16A的 1610和圖16B的1612所指示，在DWG的外半徑處存在從DWG輻射出來的大量能量。
[0094] 圖17是直角轉(zhuǎn)角被屏蔽1702以最小化輻射泄漏的DWG1701的圖示。DWG1701是 在銳角轉(zhuǎn)角的外半徑壁中進行金屬鍍覆從而減少/消除如果不存在經(jīng)鍍覆的反射器將逸 出介電波導的電磁波的介電波導的示例。一般來說，介電波導1701可以用塑料制造，如聚 丙烯、聚乙烯、PMMA (聚（甲基丙烯酸甲酯），通常被稱為普列克斯玻璃（Plexiglass))等。 PMMA可以具有高介電常數(shù)值，尤其在用例如陶瓷填充劑處理時，并且可以用于形成DWG的 核心構(gòu)件。聚丙烯和聚乙烯具有較低的介電常數(shù)并且可以用于包覆在DWG上。金屬鍍覆 1702可以用各種金屬成分來完成，如銅、鋁、金、銀等。
[0095] 金屬屏蔽件1702可以施加到轉(zhuǎn)角外半徑上的包層的外部。在另一實施例中，金屬 屏蔽件可以安置在核心構(gòu)件與核心構(gòu)件的轉(zhuǎn)角外半徑上的包層之間。金屬屏蔽件可以通過 各種方法形成，如：選擇性鍍覆工藝、通過粘附金屬膠帶、通過粘附使用膠水或其它鍵合技 術(shù)預先形成的金屬部件等。
[0096] 例如，表面1704可以表不電路板并且表面1706可以表禹合到電路板1704的另 一電路板。電路板1704可以具有各種集成電路和安裝在其上的其它組件。例如，類似于圖 2A的210、240的1C封裝體可以安裝在其上并且耦合到DWG1701。在另一配置中，電子器件 如900、940可以安裝在電路板1706上并且耦合到DWG1701。類似地，電路板1706可以具有 安裝在其上并耦合到DWG1701的電子器件。例如，在另一配置中，電路板1706可以是將信 號從DWG 1701轉(zhuǎn)移到另一電路板的背板。
[0097] 在另一示例中，圖8A的直角DWG820可以被配置為具有如本文所述的轉(zhuǎn)角反射器。 因此，電路板、襯底以及電子器件的許多組合可以被配置為利用直角DWG，如DWG1701。
[0098] 圖18A-18B示出來自DWG的被屏蔽的直角轉(zhuǎn)角的輻射能量的模擬。此模擬示例示 出在截面為1 X 2mm的介電波導中曲率半徑為2. 5mm的90度轉(zhuǎn)角處的信號損耗。應注意到， 在轉(zhuǎn)角的外半徑上的輻射能量的缺乏是由于存在屏蔽1702所致。
[0099] 圖19是示出在所模擬的系統(tǒng)的末端之間具有直角彎曲段的DWG的插入損耗對比 頻率的曲線圖。曲線1902示出在轉(zhuǎn)角的外半徑上具有反射器的DWG區(qū)段的插入損耗，而曲 線1904示出不具有反射器的DWG區(qū)段的插入損耗。
[0100] 鍍覆也可以在介電波導的側(cè)面上延伸，但是如果所有四個側(cè)面都被鍍覆，那么就 產(chǎn)生了具有由介電波導的大小所決定的截止頻率的金屬波導。在低于截止頻率的情況下不 存在電磁場的傳播。
[0101] 雖然在此示例中示出形成約90度彎曲的轉(zhuǎn)角，但是相同的原理可以適用于大于 或小于90度的彎曲。例如，在一些情況下，可能需要180度的彎曲，而在其它情況下，可能 需要僅45度的彎曲。
[0102] 以此方式，可以使用標準DWG材料和已知的加工技術(shù)制造提供低插入損耗的具有 急彎曲的DWG。
[0103] 圖20是示例性柔性DWG2000的圖示。如上文所討論，對于使用調(diào)制射頻（RF)技 術(shù)的點對點通信，介電波導提供了用于將能量從發(fā)射器（TX)引導到接收器（RX)的低損耗 方法。對于波導本身來說許多配置是可能的。例如，上文關(guān)于圖2A描述了固體DWG。固體 DWG -般適用于固定系統(tǒng)中的短互連或較長互連。然而，其剛度會限制其在互連組件可能需 要相對于彼此移動的情況中的用途。柔性波導配置可以具有核心構(gòu)件，該核心構(gòu)件由高介 電常數(shù)（ε kl)的柔性電介電材料制成并且被由低介電常數(shù)（ε k2)的柔性電介質(zhì)材料制成 的包層包圍。雖然理論上可以使用空氣代替包層，因為空氣具有約1. 〇的介電常數(shù)，但是人 類或其它物體的任何接觸都會引入可能導致信號損耗或訛誤的嚴重阻抗失配效應。因此， 自由空氣通常不提供合適的包層。
[0104] 圖20示出柔性DWG2000,其被配置成由包層材料包圍的核心材料細條狀物。在此 示例中，核心材料2010的細矩形條狀物被包層材料2012包圍。對于亞太赫茲信號，如在 130-150千兆赫茲范圍內(nèi)，約0. 5mmX 1. 0mm的核心尺寸效果良好。例如，可以使用已知的擠 壓技術(shù)制造 DWG2000。
[0105] 圖21A-21D示出多通道柔性DWG的各種配置。存在單一 DWG通道不足夠的許多情 況。例如，雙向通信可能需要兩個DWG通道。簡單的雙通道DWG2100配置在圖21A中示出。 在此示例中，具有較高ekl值的兩個核心構(gòu)件210U2102被具有較低ek2值的包層2108 包圍。此條型電纜狀配置可以容易地擴展以提供任何數(shù)目的多通道。
[0106] 然而，此類配置并不總是所希望的。隨著DWG "通道"的數(shù)目增加，條狀物的寬度 傾向于增加，這對一些應用來說可能是不希望的。另外，條型配置中的波導本身以相鄰波導 通道之間的串擾可能侵入的排列形式配置，因為所有波導基本上在同一個平面中。為了緩 解潛在的串擾問題，可以增大通道間隔或可能需要添加屏蔽。
[0107] 現(xiàn)在將描述解決串擾的另一方式。此解決方案為如何在電纜組合件中構(gòu)建多個波 導的問題提供了便利的幾何解決方案。雖然在此所示的實施方式旨在用于柔性電纜應用， 但是這些幾何解決方案也可以用在剛性波導組合件中。
[0108] 圖21B示出一種條型電纜2110,其中將多個通道安排得盡可能地靠近以減小電纜 的實體大小，從而降低制造成本并且增加互連密度。在此示例中，相鄰的DWG核心構(gòu)件(如 211U2112)以被包層材料2118包圍的高ekl條狀物的交替水平和垂直圖案形式安排。雖 然在此示出四個通道，但是可以在同一個條狀物中通過將多通道如圖21B所示彼此垂直地 安置來實施兩個、三個或四個以上的通道。此"極化"條狀物配置提供了相鄰通道之間的最 大隔離而不需要增加通道間隔或在通道之間添加任何屏蔽。
[0109] 圖21C示出堆疊的多通道DWG電纜2120。在此示例中，兩行核心構(gòu)件被堆疊(如 在2121-2123處示出)并且被包層2128包圍。所有核心構(gòu)件彼此垂直地安置以使串擾最小 化。在此示例中，包層具有大致矩形的截面形狀。
[0110] 圖21D示出多通道DWG電纜2130,其中包層2138具有大致圓形的截面形狀。在這 種情況下，使用圓的電纜組合件并且高ekl材料條狀物完全被低ekl材料包層包圍。應 注意到，多個核心構(gòu)件條狀物(如2131)彼此垂直安置以減少串擾。
[0111] 在上述示例中，波導本身彼此垂直配置并且以使高ε kr'通道"之間的間隔最大化 的形式安排。此配置使通道之間的串擾最小化，這是因為每個波導上的RF能量已被極化。 90度極化的RF能量不干擾另一通道。因此，通過旋轉(zhuǎn)通道使彼此呈90度排列，具有相同極 性的通道之間的間隔被最大化。具有相反極化模式的通道可以間隔得更緊密，因為其干擾 被最小化。
[0112] 圖21D也示出可以充當鍵（key)的扁平區(qū)2139。在任一上述實施方式中，電纜可 以被"鍵控"以便提供正對準。例如，在矩形條狀物的情況下，可以通過使轉(zhuǎn)角變平來添加 鍵。可以施用其它常見的鍵控技術(shù)，如鋸齒狀電纜、向外部包層中添加棱紋等。
[0113] 雖然多個電介質(zhì)核心被顯不為具有大致相同的大小，但是在一些實施例中，一個 或更多核心的大小可以存在差異，以便優(yōu)化具有顯著不同波長的RF信號的傳輸效率。隨著 頻率增加，波長減小并且電介質(zhì)核心的實體大小也會被減小以用于更高頻率的信號。
[0114] 上述柔性電纜可以使用標準制造材料和加工技術(shù)制造。這些電纜的幾何形狀可以 使用拉伸、擠壓或熔融工藝建構(gòu)，這些對于制造塑料來說都是司空見慣的事。
[0115] 然而，存在單獨柔性DWG對兩個組件之間的接口來說并不足夠的許多情況。例如， DWG本質(zhì)是一種絕緣體。雖然其可以有效地引導高頻RF信號，但是傳遞可觀的功率水平是 不可能。在許多情況下可能期望提供DC或低頻傳統(tǒng)導電線解決方案與由一個或更多柔性 DWG負擔的高頻通信路徑的組合。
[0116] 在另一示例中，可能期望在現(xiàn)有類型的敷設電纜系統(tǒng)內(nèi)包括DWG。例如，USB是常 見的互連，其使用高速導電敷設電纜以12MBps (USB1. l)、480Mbps (USB2. 0)以及5. OGbps (USB3. 0)的速度提供數(shù)據(jù)并且另外從主機裝置向外圍裝置提供功率。在USB中包含DWG將 使得相同電纜能夠用于MBps (兆位/秒)和用于亞太赫茲數(shù)據(jù)通信。另一示例是將PC (膝 上型計算機、掌上計算機、平板計算機、電話等）連接到電源的常見電源線。這可以是AC線 (在PC的情況下）或DC電源。例如，用電力電纜包含DWG可以允許使用電力電纜來供應電 力并且還提供高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到建筑物的電力系統(tǒng)所包含的網(wǎng)絡連接。
[0117] 這些示例都共同具有的方面是現(xiàn)有電纜或其它所需的電纜總是由電介質(zhì)材料覆 蓋以隔絕和屏蔽內(nèi)部金屬導體。組合的電纜系統(tǒng)可以利用外部絕緣體作為DWG的包層材料 的一部分。通過選擇適當?shù)牡蚭k2材料，此絕緣體將提供內(nèi)部敷設電纜所需的屏蔽以及在 高介電常數(shù)核心材料中限制RF能量所需的適當介電常數(shù)。
[0118] 圖22-25示出將柔性DWG與柔性金屬電纜組合的各種方式。圖22示出具有由電 介質(zhì)護套2204包圍的一個或更多導電線2202的通信電纜2200。護套部件具有低介電常 數(shù)值，例如在2. 5-4. 5范圍內(nèi)。電介質(zhì)核心構(gòu)件2206鄰近并接觸護套部件2204的外表 面縱向放置。核心構(gòu)件具有高于第一介電常數(shù)值的較高介電常數(shù)值，例如在3-12范圍內(nèi)。 在此示例中，電介質(zhì)核心構(gòu)件可以具有適用于亞太赫茲波(例如近似80-200GHZ)的大約 0. 5mmX 1. 0mm的矩形截面。
[0119] 包層2208包圍護套部件2204和電介質(zhì)核心構(gòu)件2206。該包層的介電常數(shù)（ε k) 值低于核心介電常數(shù)值，并且可以類似于護套介電常數(shù)的值。以此方式，介電波導通過電介 質(zhì)核心構(gòu)件形成。可以存在包括空氣的在2210處顯示的區(qū)域，或者此區(qū)域可以通過包層的 變形或通過具有低介電常數(shù)的其它填充劑材料來填充。
[0120] 圖23示出具有由電介質(zhì)護套2304包圍的一個或更多導電線2302的通信電纜 2300。在此示例中，金屬電纜上的單層絕緣體被外部的三層"夾層"替代。例如，護套構(gòu)件具 有低ε k2值，例如在2. 5-4. 5范圍內(nèi)。電介質(zhì)核心構(gòu)件2306鄰近并接觸護套構(gòu)件2304的 外表面縱向放置。核心構(gòu)件具有高于第一介電常數(shù)值的較高ekl值，例如在3-12范圍內(nèi)。 在此示例中，電介質(zhì)核心構(gòu)件2306完全包圍電介質(zhì)護套2304。約0. 5mm厚的厚度適用于亞 太赫茲波，例如約80-200GHZ。包層2308的第三層包圍護套構(gòu)件2204和電介質(zhì)核心構(gòu)件 2306。包層具有低于核心介電常數(shù)值的較低ek3值，并且可以類似于護套介電常數(shù)的值。 以此方式,介電波導通過電介質(zhì)核心構(gòu)件形成。此技術(shù)可以擴展以包括ek2和ekl材料 的額外交替層，從而提供額外波導。
[0121] 圖24示出另一種柔性通信電纜2400。在此示例中，許多介電波導可以嵌入在包圍 導體電纜2402的絕緣體中。具有較高ekl值的多個電介質(zhì)核心構(gòu)件2406鄰近并接觸具 有低ek2值的護套部件2404的外表面放置。多個電介質(zhì)核心構(gòu)件彼此間隔開并且每一個 具有近似矩形的截面形狀。具有較低ek3值的填充劑2407可以放置在核心構(gòu)件之間。然 后具有低ε k4值的外部包層2408被放置在多個核心構(gòu)件周圍。ε k2、ε k3以及ε k4可 以具有在例如2. 5-4. 5范圍內(nèi)的類似值。以此方式，可以形成多個介電波導。
[0122] 圖25示出鍵控電纜2500。在任一上述解決方案中，電纜可以被"鍵控"以便提供 正對準。在此示例中，電纜的一側(cè)具有扁平輪廓2520。可以施用其它常見的鍵控技術(shù)，如鋸 齒狀電纜、向外部包層中添加棱紋等。
[0123] 例如，導體電纜如2202、2302和2402可以是金屬線，或者其可以是用于傳導數(shù)據(jù) 或能量的另一種類型的電纜，如：一個或更多光纖電纜、一個或更多雙絞線(如用于CAT5布 線)、同軸電纜等。
[0124] 上述電纜中的柔性DWG可以使用標準制造材料和加工技術(shù)制造。這些電纜的幾何 形狀可以使用拉伸、擠壓或熔融工藝建構(gòu)，這些對于制造塑料來說都是司空見慣的事。
[0125] 圖26示出微電子封裝體2610,其中偶極天線2612耦合到具有引導元件2622的 DWG2620以改良由偶極天線2612所發(fā)射的輻射信號的耦合。電磁RF波(調(diào)制射頻載波信號） 由安裝在襯底2610上的IC2640內(nèi)包含的電子電路系統(tǒng)產(chǎn)生。RF信號耦合到與襯底2610 機械對準的波導2620中。例如，襯底2610和DWG區(qū)段2620可以都安裝在PCB2600上以將 其對準固持。
[0126] 如上所述，偶極天線是用于將輻射能量發(fā)射到介電波導中的良好媒介。如關(guān)于 圖2A、圖5、圖6以及圖8A更詳細地描述，反射器元件可以用來將方向不定的能量朝向 DWG2620反射回來。
[0127] 為了進一步改進輻射能量耦合到DWG2620中，可以在DWG2620內(nèi)包括一個或更多 引導元件。偶極子具有相對于偶極子的軸線對稱的環(huán)形輻射圖。為了提高方向性并且因此 降低插入損耗，可以添加反射器和引導元件。例如，偶極子和反射器可以存在于同一個襯底 2610上作為產(chǎn)生電磁波的電路系統(tǒng)2640,如圖2A、圖5、圖6和圖8A中更詳細地描述。例 如，偶極子和饋電線可以在多層襯底的金屬層中實施。
[0128] 反射器可以實施為襯底中的交錯通孔陣列，例如參考圖5、6更詳細地描述。可替 換地，反射器可以實施為例如平行于偶極天線定向的金屬帶狀物。反射器帶狀物可以接地 或其可以電浮接。反射器帶狀物通?？梢栽趯嵤┡紭O天線的同一個金屬層上實施。使金屬 反射器結(jié)構(gòu)與偶極天線間隔約一半波長可提供最佳反射量。可替換地，反射器結(jié)構(gòu)可以放 置在距偶極天線1. 5倍波長、2. 5倍波長等距離處。雖然一半波長的距離是最佳的，但是在 其0. 3-0. 7倍或多倍范圍內(nèi)的距離提供了適用的反射量。因為在亞太赫茲頻率下趨膚效應 占主導地位，所以金屬反射器元件的厚度不是關(guān)鍵的。
[0129] 例如，引導元件在操作上類似于八木-宇田陣列（Yagi-Uda array),所述八木-宇 田陣列通常用于通信無線電頻帶和業(yè)余無線電頻帶的波束天線。八木-宇田天線沿著垂直 于元件平面中的偶極子的軸線從反射器朝向受驅(qū)動元件和引導件定向。取決于特定設計， 元件之間的典型間隔可以在約1/10波長到1/4波長的范圍內(nèi)變化。根據(jù)已知的天線設計 原理，引導件的長度通常小于受驅(qū)動元件的長度，受驅(qū)動元件的長度小于反射器的長度。這 些元件通常在一個平面中平行。
[0130] 八木-宇田天線的帶寬是指使其定向增益和阻抗匹配維持在規(guī)定的標準內(nèi)的頻 率范圍。以其基本形式呈現(xiàn)的八木-宇田陣列是極其窄帶的，其性能在高于或低于其設計 頻率僅若干個百分比的頻率下就降低。然而，除了其它技術(shù)之外，通過使用較大直徑的導 體，帶寬可以實質(zhì)上延伸。
[0131] 因為引導件是無源元件，所以它們可以被嵌入在介電波導本身上。元件2622的長 度和間隔被選擇以針對所發(fā)射或接收的電磁信號的指定波長(被稱為RF載波頻率）優(yōu)化結(jié) 構(gòu)的方向性和帶寬。例如，偶極子與引導件之間的適當間隔通過由PCB2600提供的機械對 準來維持。
[0132] 引導元件的間隔和長度取決于所用引導元件的波長和總量。一般來講，隨著使用 更多的元件，增益和方向性增加但帶寬降低。該設計通常使用來自教科書或指南的已知天 線設計技術(shù)從近似數(shù)目開始。例如，"天線理論分析和設計（Antenna Theory Analysis and Design)"，1997,第513頁-第532頁以引用的方式并入本文中。
[0133] 使用已知模擬工具的數(shù)值建?？梢杂脕韮?yōu)化性能直到滿足特定應用的要求為止。 以0. 2-0. 3倍波長間隔的引導件通常運作良好。每個引導元件的長度在0. 5-0. 3倍波長范 圍內(nèi)運作良好。引導件陣列2612通常可以包括十二個或更少的元件。
[0134] 表1列舉了用于引導件2622的示例性陣列的元件間隔和數(shù)目。由于高載波頻率 OlOOGHz)，故表1中所指定的元件尺寸相當小。然而，那些尺寸是基于一階共振(接近于 入/2)并且天線也可以利用更高階共振(例如λ、（3/2) λ等）來設計，這允許更寬松的制造 公差。

【權(quán)利要求】
1. 一種系統(tǒng)，其包含： 用于安裝集成電路的多層襯底； 形成于所述多層襯底的一個層中的微帶線，其中所述微帶線平行于位于所述多層襯底 的另一個層中的地平面元件形成；以及 形成于所述多層襯底內(nèi)的喇叭天線，其中所述喇叭天線包含形成于所述多層襯底的不 同層中的大致梯形的頂板和底板，其中多個密集間隔的通孔通過耦合所述頂板和所述底板 的相鄰邊緣形成所述喇叭天線的兩個側(cè)壁，其中所述喇叭天線具有狹窄的輸入端和較寬的 擴口端，其中在所述喇叭天線的所述輸入端處，所述微帶線耦合到所述頂板并且所述地平 面元件耦合到所述底板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包含形成于所述多層襯底內(nèi)的矩形波導，其 中所述矩形波導包含大致矩形的所述頂板的波導部分和所述底板的波導部分，其中多個密 集間隔的通孔通過耦合所述頂板的所述波導部分和所述底板的所述波導部分的相鄰邊緣 形成所述矩形波導的兩個側(cè)壁，其中所述矩形波導安置在所述微帶線與所述喇叭天線之 間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述微帶線的寬度增加，然后耦合到所述頂板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包含形成于所述多層襯底的一個或更多層中 的一個或更多細絲線，其中每個所述細絲線耦合到所述喇叭天線的一側(cè)上的所述多個通孔 的一部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中一個或更多所述細絲線以平面方式延伸超過所述 喇叭天線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包含安裝在所述多層襯底上的集成電路即 1C，其中所述1C內(nèi)的射頻電路耦合到所述微帶線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其進一步包含具有與所述喇叭天線的所述擴口端相鄰 的接口表面的介電波導即DWG。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其進一步包含系統(tǒng)襯底，其中所述多層襯底和所述DWG 安裝在所述系統(tǒng)襯底上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述微帶線和所述頂板形成于所述多層襯底的不 同層中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述DWG的相對配合末端被配置成非平面形狀以 便與具有匹配的非平面形狀的配合末端的第二DWG配合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述非平面形狀選自由V形、角錐形、圓錐形以 及拱形組成的群組。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述DWG的相對配合末端的表面用可變形材料覆 蓋。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其進一步包含附接到所述DWG的相對配合末端的耦合 機構(gòu)，其中所述耦合機構(gòu)被配置為保持第二DWG的配合末端上的互補耦合機構(gòu)，其中所述 耦合機構(gòu)是RJ45兼容連接器。
14. 一種操作電子器件的方法，所述方法包含： 在所述電子器件內(nèi)的集成電路中產(chǎn)生亞太赫茲信號； 將所述亞太赫茲信號輸送到形成于所述電子器件的多層襯底內(nèi)的喇叭天線；以及 將所述亞太赫茲信號的一部分從所述喇叭天線輻射到介電波導中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述亞太赫茲信號由形成于所述多層襯底的一 個層中的微帶線輸送，其中所述微帶線平行于位于所述多層襯底的另一個層中的地平面元 件形成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述喇叭天線包含形成于所述多層襯底的不同 層中的大致梯形的頂板和底板，其中多個密集間隔的通孔通過耦合所述頂板和所述底板的 相鄰邊緣形成所述喇叭天線的兩個側(cè)壁，其中所述喇叭天線具有狹窄的輸入端和較寬的擴 口端，其中在所述喇叭天線的所述輸入端處，所述微帶線耦合到所述頂板并且所述地平面 元件耦合到所述底板。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進一步包含形成于所述多層襯底內(nèi)的矩形波導， 其中所述矩形波導包含大致矩形的所述頂板的波導部分和所述底板的波導部分，其中多個 密集間隔的通孔通過耦合所述頂板的所述波導部分和所述底板的所述波導部分的相鄰邊 緣形成所述矩形波導的兩個側(cè)壁，其中所述矩形波導安置在所述微帶線與所述喇叭天線之 間。
【文檔編號】H01L23/66GK104064852SQ201410103295
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月19日
【發(fā)明者】J·A·赫布薩摩, H·阿里 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司