可縮回的介電波導(dǎo)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述一種用于介電波導(dǎo)的可旋轉(zhuǎn)耦合器。第一介電波導(dǎo)（DWG）具有在所述DWG的一個(gè)末端處的接口表面。第二DWG具有在所述第二DWG的末端處的匹配接口表面。可旋轉(zhuǎn)耦合機(jī)構(gòu)耦合到所述兩個(gè)DWG末端并且被配置為保持所述第一DWG的所述接口表面與所述第二DWG的所述接口表面軸向?qū)?zhǔn)，同時(shí)允許所述第一DWG的所述接口表面相對(duì)于所述第二DWG的所述接口表面軸向旋轉(zhuǎn)。
【專利說(shuō)明】可縮回的介電波導(dǎo)
[0001] 根據(jù)35U. S. C. 119 (e)主張優(yōu)先權(quán)
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年3月19日提交的題為"Dielectric Waveguides"的美國(guó)臨時(shí) 申請(qǐng)第61/803, 435號(hào)(代理人案號(hào)TI-73114PS)的優(yōu)先權(quán)并且通過(guò)引用將其并入本申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明總體涉及用于高頻信號(hào)的介電波導(dǎo)，并且特別涉及可縮回的介電波導(dǎo)和可 旋轉(zhuǎn)的耦合。

【背景技術(shù)】
[0004] 在電磁和通信工程中，術(shù)語(yǔ)"波導(dǎo)"可以是指在端點(diǎn)之間傳送電磁波的任何線狀結(jié) 構(gòu)。原始的和最常見(jiàn)的含義是一種用于運(yùn)載無(wú)線電波的中空金屬管。這類波導(dǎo)被用作傳輸 線以實(shí)現(xiàn)在例如微波爐、雷達(dá)裝置、衛(wèi)星通信以及微波無(wú)線鏈路的設(shè)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(dǎo)通常采用固體電介電核心而不是中空管。電介質(zhì)是一種可以被所施加的 電場(chǎng)極化的電絕緣體。當(dāng)電介質(zhì)被放置在電場(chǎng)中時(shí)，電荷不會(huì)像其在導(dǎo)體中那樣流過(guò)所述 材料，而是僅從其平均平衡位置略微地移動(dòng)，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(chǎng)移位而負(fù)電荷沿相反方向移動(dòng)。這產(chǎn)生了內(nèi)部電場(chǎng)，所述內(nèi)部電場(chǎng)使在電介質(zhì) 本身內(nèi)的總體場(chǎng)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(duì)稱軸對(duì)準(zhǔn)所述場(chǎng)。雖然術(shù)語(yǔ)"絕緣體"意味著低電導(dǎo)，但是"電介質(zhì)"通常 用來(lái)描述具有高極化率的材料；這由被稱作介電常數(shù)（ε k)的數(shù)字來(lái)表示。術(shù)語(yǔ)"絕緣體" 主要用來(lái)指示電阻礙，而術(shù)語(yǔ)"電介質(zhì)"則用來(lái)指示材料通過(guò)極化得到的能量存儲(chǔ)能力。
[0006] 金屬管波導(dǎo)中的電磁波可以想像成以Z形路徑沿著引導(dǎo)件向前行進(jìn)，在引導(dǎo)件的 相對(duì)側(cè)壁之間反復(fù)地反射。對(duì)于矩形波導(dǎo)的特定情況，有可能基于這一觀察進(jìn)行準(zhǔn)確分析。 可以用相同方式觀察介電波導(dǎo)中的傳播，其中波被介電波導(dǎo)表面處的全內(nèi)反射限制于電介 質(zhì)中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007] 現(xiàn)將僅以示例方式參考附圖來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例：
[0008] 圖1是穿過(guò)具有各種介電常數(shù)的材料的波長(zhǎng)對(duì)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(dǎo)（DWG)的各種配置；
[0010] 圖3A-3C -起是示例性介電波導(dǎo)的正投影；
[0011] 圖4是示出用于制造介電波導(dǎo)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(shí)施例；
[0016] 圖9-10示出用于將DWG直接接合到1C的實(shí)施例；
[0017] 圖11-13示出來(lái)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(gè)DWG ;
[0020] 圖16A-16B示出來(lái)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(lái)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(duì)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(dǎo)元件以 改進(jìn)輻射信號(hào)的耦合；
[0028] 圖27A-27C是用于將信號(hào)從帶狀線發(fā)射到DWG的結(jié)構(gòu)的多個(gè)視圖；
[0029] 圖28示出各種長(zhǎng)度的金屬波導(dǎo)過(guò)渡段的模擬結(jié)果；
[0030] 圖29是用于將信號(hào)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(lái)自圖29的喇叭天線的信號(hào)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(yīng)用；
[0035] 圖35是示出DWG在系統(tǒng)中的用途的流程圖；
[0036] 圖36是用DWG互連的兩個(gè)系統(tǒng)的圖示；
[0037] 圖37A-37C示出具有使用旋轉(zhuǎn)耦合器的可縮回的DWG的電子裝置；
[0038] 圖38-40示出旋轉(zhuǎn)耦合器的各種實(shí)施例；
[0039] 圖41A-41D示出旋轉(zhuǎn)耦合器的對(duì)準(zhǔn)方面；以及
[0040] 圖42示出旋轉(zhuǎn)耦合器的鎖定機(jī)構(gòu)。
[0041] 本發(fā)明實(shí)施例的其它特征將通過(guò)附圖和以下詳細(xì)描述而變得顯而易知。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 現(xiàn)將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的特定實(shí)施例。出于一致性，在各個(gè)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(xì)描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便更徹底 地理解本發(fā)明。然而，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯然易見(jiàn)的是，可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié) 的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在其它情況下，眾所周知的特征不再詳細(xì)描述，從而避免了不必要地 使描述變復(fù)雜。
[0043] 隨著電子組件和系統(tǒng)中的頻率增加，波長(zhǎng)以相應(yīng)的方式減小。例如，許多計(jì)算機(jī)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(zhǎng)變得 足夠短，從而超過(guò)短距離的信號(hào)線可以充當(dāng)天線并且可以發(fā)生信號(hào)輻射。圖1是穿過(guò)具有 各種介電常數(shù)的材料的波長(zhǎng)對(duì)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(hào)將具有約1. 7mm的波長(zhǎng)。因此，長(zhǎng)度僅1. 7mm 的信號(hào)線可以充當(dāng)全波天線并且輻射出相當(dāng)比例的信號(hào)能量。
[0044] 波在開(kāi)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R 2。在相對(duì)長(zhǎng)的距離上，可以 使用波導(dǎo)來(lái)輸送高頻信號(hào)。波導(dǎo)將波限制在沿著一個(gè)維度傳播，因此在理想條件下，波在傳 播時(shí)不損耗功率。電磁波沿著波導(dǎo)的軸線的傳播由波動(dòng)方程來(lái)描述，所述波動(dòng)方程來(lái)源于 麥克斯韋方程（Maxwell's equation),并且其中波長(zhǎng)取決于波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)以及波導(dǎo)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(dǎo)只有幾類。最常見(jiàn)的一類波導(dǎo)是具 有矩形橫截面的波導(dǎo)，所述矩形橫截面通常不是正方形。這種橫截面的長(zhǎng)邊通常是其短邊 的兩倍長(zhǎng)。這些特征對(duì)于承載水平極化或垂直極化的電磁波是有用的。
[0045] 對(duì)于亞太赫茲射頻（RF)信號(hào)所遇到的極小波長(zhǎng)，介電波導(dǎo)表現(xiàn)良好，并且相比于 中空金屬波導(dǎo)來(lái)說(shuō)，制造更加便宜。此外，金屬波導(dǎo)具有由波導(dǎo)的大小決定的截止頻率。低 于截止頻率，不存在電磁場(chǎng)的傳播。介電波導(dǎo)（DWG)具有較寬的操作范圍，而無(wú)固定的截止 點(diǎn)。在本文中描述了各種類型的介電波導(dǎo)和用于將介電波導(dǎo)耦合到集成電路或耦合到另一 介電波導(dǎo)的技術(shù)。
[0046] DWG電纜可以提供用高帶寬互連來(lái)連接兩個(gè)裝置的有效方式?？梢杂每煽s回的介 電波導(dǎo)電纜來(lái)構(gòu)造固定的或移動(dòng)的電子裝置，所述可縮回的介電波導(dǎo)電纜可以用來(lái)耦合到 另一裝置并且提供安全的高速數(shù)據(jù)連接。如下文中將更詳細(xì)地描述，旋轉(zhuǎn)耦合件可以使得 介電波導(dǎo)電纜易于延伸以便耦合到遠(yuǎn)程裝置并且然后在不再需要連接時(shí)縮回，所述介電波 導(dǎo)電纜以螺旋式或線軸上的配置形式安排在電子裝置內(nèi)。DWG的一個(gè)末端連接到裝置內(nèi)的 通信芯片，而DWG電纜的另一個(gè)末端可以具有插座連接器以便耦合到遠(yuǎn)程裝置。介電波導(dǎo) 線軸可以由彈簧加載機(jī)構(gòu)（spring loaded mechanism)致動(dòng)，所述彈簧加載機(jī)構(gòu)允許使用 最小的拉力展開(kāi)DWG電纜?？梢蕴峁╂i定特征將DWG電纜鎖定在各種長(zhǎng)度。關(guān)于圖37-42 更詳細(xì)地描述了具有旋轉(zhuǎn)耦合件的具有可縮回的DWG電纜的裝置的細(xì)節(jié)。關(guān)于圖2-36描 述了可以在所述裝置內(nèi)使用的各種類型DWG電纜和信號(hào)接口結(jié)構(gòu)。
[0047] 圖2A-2D示出使用印刷電路板技術(shù)產(chǎn)生的介電波導(dǎo)的各種配置。介電波導(dǎo)可以用 作印刷電路板（PCB)上的芯片對(duì)芯片的高數(shù)據(jù)速率通信的互連。這一介電波導(dǎo)的實(shí)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(wú)鉛焊料回流 工藝。
[0048] 圖2A示出多層PCB200,其含有由絕緣層隔開(kāi)的若干個(gè)導(dǎo)電層。眾所周知，各個(gè)導(dǎo) 電層可以被圖案化成互連圖案并且通過(guò)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(pán)。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(pán)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(hào)的電路系統(tǒng)。
[0049] IC210包括連接到偶極天線212的產(chǎn)生信號(hào)的高頻電路系統(tǒng)。介電波導(dǎo)220通過(guò) 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(dǎo)的一部分。介電波導(dǎo) (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。
[0050] 介電波導(dǎo)220可以使用標(biāo)準(zhǔn)PCB制造技術(shù)來(lái)制造。PCB制造商有能力通過(guò)例如使 用微填充劑作為摻雜劑來(lái)生產(chǎn)具有不同介電常數(shù)的板材。介電波導(dǎo)可以通過(guò)以下操作來(lái)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(lái)接合DWG220與微電子器件襯底210的三個(gè)接口選項(xiàng)。圖2B 示出由金屬波導(dǎo)形成的接口區(qū)222,所述金屬波導(dǎo)使用垂直的銅壁和頂部與底部銅層(未圖 示)來(lái)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(lái)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(dǎo)的方案。僅在1C載體 襯底210的偶極天線212與波導(dǎo)220的電介質(zhì)配合邊緣224之間形成接口。這三種波導(dǎo)設(shè) 計(jì)中的任一者都可以通過(guò)以下操作來(lái)制造：在PCB中重復(fù)進(jìn)行多次并且然后將PCB板鋸成 可以用作單獨(dú)表面安裝零件的單獨(dú)波導(dǎo)。
[0051] 圖3A-3C是示例性介電波導(dǎo)300的正投影，該示例性介電波導(dǎo)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(gè)PCB切出的三個(gè)DWG300-302 ;然而，這僅僅是為了圖示說(shuō)明，并且通?？梢栽谝粋€(gè)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(dú)的DWG。應(yīng)注意到， DWG302包括兩個(gè)通道；可以按相同方式制造更大數(shù)量的通道。
[0052] 圖4是示出用于制造介電波導(dǎo)的工藝的流程圖。也參看圖3A-3C，PCB初始襯底 層310包括銅層或其它導(dǎo)電層311，所述導(dǎo)電層被蝕刻以形成金屬波導(dǎo)部分222或223的底 偵牝再次參看圖2B、圖2C。在制造如圖2D所示的DWG時(shí)省略銅層311。在襯底層310中為 每一個(gè)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?知的波導(dǎo)理論，基于DWG意欲輸送的頻率和所得波長(zhǎng)來(lái)選擇尺寸。所述通道可以通過(guò)各種 已知技術(shù)來(lái)形成，如：機(jī)械布線或研磨，通過(guò)用沖擊式鉆頭刮削，通過(guò)使用化學(xué)蝕刻劑蝕刻 穿透掩模或介質(zhì)噴射等。
[0053] 再次參看圖2B、圖2C，用于金屬波導(dǎo)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(lái)形成。類似于形成用于通孔的孔，為每一個(gè)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(dǎo)部分的尺寸可以類似于 電介電核心部分的尺寸，或者一個(gè)可以略微大于另一個(gè)。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。
[0054] -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?？梢栽诩s2. 5-4. 5的范圍內(nèi)。可 以使用微填充劑作為摻雜劑來(lái)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(lái)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。
[0055] 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(shí)施例中，頂層314可以省略并且切開(kāi)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(shí)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(shí)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(hù)層。通常，當(dāng)DWG將不被人類或其它附近 物體接觸時(shí)，可以省略頂層來(lái)節(jié)省費(fèi)用。
[0056] 然后平面層310被切開(kāi)408以產(chǎn)生例如單獨(dú)的DWG300-302。每一個(gè)單獨(dú)的DWG可 以含有一個(gè)通道，或者其可以含有兩個(gè)或更多個(gè)通道，這取決于平面層310是如何被切開(kāi) 的。
[0057] 然后單獨(dú)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(hào)。
[0058] 再次參看圖2A，偶極天線212和反射器214提供了一種將信號(hào)從微電子器件發(fā)射 到介電波導(dǎo)中的結(jié)構(gòu)。在介電波導(dǎo)互連的另一個(gè)末端上，類似結(jié)構(gòu)可以用來(lái)將信號(hào)從波導(dǎo) 采集到微電子器件中。
[0059] 偶極天線212可以被微電子器件用來(lái)將信號(hào)輻射到介電波導(dǎo)220中，所述介電波 導(dǎo)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(dǎo)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(huì)將朝向封裝中心輻射的輻射沿著介電波導(dǎo)的方向反射回來(lái)。
[0060] 現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述兩種不同的發(fā)射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一種設(shè)計(jì)適用于沿著與PCB共面 的方向與介電波導(dǎo)接合，而第二種設(shè)計(jì)適用于與由PCB界定的平面垂直放置的介電波導(dǎo)接 合。
[0061] 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(yīng)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(duì)。
[0062] 再次參看圖5,差分信號(hào)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(hào)的IC240。地平面（ground plane)505使從偶極天線512發(fā)射的信號(hào)定向在朝向DWG520 的方向，但是也定向在遠(yuǎn)離DWG520的方向。具有指定橫截面的差分信號(hào)線與地平面505間 隔開(kāi)一受控量，從而形成特性阻抗。特性阻抗通常設(shè)計(jì)為約50歐姆；然而，其它實(shí)施例可以 使用針對(duì)特定應(yīng)用最佳化的不同的特性阻抗。
[0063] 反射器514是兩個(gè)共面反射器板515、516之間的金屬化通孔陣列，這兩個(gè)共面反 射器板在固持偶極天線512的平面的上方和下方。在一些實(shí)施例中，可以存在一個(gè)或更多 額外的反射器板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板。目的是使基本上垂直 的金屬"壁"堅(jiān)立，所述金屬壁將輻射能量從偶極天線512朝向DWG520反射回來(lái)。通孔可 以接地，或者可以保持浮接。所述金屬結(jié)構(gòu)充當(dāng)從偶極天線到輻射場(chǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)、2. 5倍波長(zhǎng)等距離處。雖然一半波長(zhǎng)的距離是最佳的，但是在 其0. 3-0. 7倍或多倍范圍內(nèi)的距離提供適用的反射量。
[0064] 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(yīng)注意到，插入損耗相當(dāng)恒定地保持在約-2. 6db直到約168GHz。
[0065] 圖8A和圖8B示出耦合到集成電路240的DWG820的另一實(shí)施例。在此實(shí)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(guò)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(duì)。在此實(shí)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(zhǎng)可提供最佳反射量。可替代地，反射器結(jié)構(gòu)可以放 置在距偶極天線1. 5倍波長(zhǎng)、2. 5倍波長(zhǎng)等距離處。雖然一半波長(zhǎng)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。
[0066] 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(yīng)注意到，插入損耗小于約_2db直到約166GHz。
[0067] 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(lái)發(fā)射或接收由 集成電路產(chǎn)生或接收的亞太赫茲信號(hào)。本文所描述的兩個(gè)實(shí)施例提供了低插入損耗并且易 于實(shí)施。其為需要介電波導(dǎo)相對(duì)于PCB平行或垂直定向的應(yīng)用提供了實(shí)施選項(xiàng)。
[0068] 圖9-10示出用于將DWG直接接合到1C的實(shí)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(guò)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(gè)準(zhǔn)則是其球間距應(yīng)該不超過(guò)1mm。管芯可以安裝在上面形成有焊盤(pán)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(pán)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(jí)芯片規(guī)模封裝（WL-CSP)或晶 片級(jí)封裝(WLP)。
[0069] 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(dǎo)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(lái)傳導(dǎo)電磁信號(hào)，這是由于由已知的"趨膚深度效應(yīng) (skin depth effect)"所導(dǎo)致的阻抗極度增加所致。如上文所討論，電磁RF信號(hào)可以使用 介電波導(dǎo)來(lái)輸送，所述介電波導(dǎo)的尺寸類似于上文所描述的用于亞太赫茲頻率下的信號(hào)的 DWG。
[0070] 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(hào)的半導(dǎo)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(shí)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。
[0071] 可以使用硅穿孔（TSV)技術(shù)將RF信號(hào)傳導(dǎo)到芯片的相對(duì)側(cè)。硅穿孔是完全穿過(guò)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(shí)質(zhì)上更高的通孔密度，并且提供可能更短的連接長(zhǎng)度。
[0072] 在芯片的與外延層943相對(duì)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(lái)自介電波導(dǎo)920的RF信號(hào)。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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)，例如形成與Si接觸的鈦層來(lái)充當(dāng)粘結(jié)層， 在鈦的頂部上形成Ni層來(lái)充當(dāng)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(dǎo)率的任何其它金屬。
[0073] 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(jiǎn)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(gè)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(hào)。
[0074] 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(dǎo)相 反方向發(fā)送的信號(hào)朝向介電波導(dǎo)反射回來(lái)。可以安裝底部填充材料941以將DWG920附接 到 SCP940。
[0075] 此技術(shù)產(chǎn)生了 SCP940與DWG920之間的低插入損耗，易于實(shí)施，并且使用了標(biāo)準(zhǔn)制 造材料和加工技術(shù)。
[0076] 圖10示出一個(gè)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)。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(lái)的地平面。在此示例中， DWG1020在其側(cè)面上每一個(gè)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。
[0077] 在一些實(shí)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(gè)DWG區(qū)段會(huì)變得有必要。現(xiàn)將描述用于接合DWG區(qū)段的各種方案。
[0078] 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(gè)相同波導(dǎo)以延伸長(zhǎng)度，或在其中一個(gè)可能是電子器件的一部分的情況下用于連接 兩個(gè)不同波導(dǎo)，所述電子器件例如為：計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、智能電話、平板計(jì)算機(jī)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(gè)DWG區(qū)段。
[0079] 當(dāng)兩個(gè)介電波導(dǎo)耦合在一起時(shí)，在兩個(gè)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(huì)產(chǎn)生由于阻抗失配所產(chǎn)生的輻射能量所導(dǎo)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。基于模擬，角切對(duì)接（square cut butt joint)似 乎提供了顯著的阻抗失配。
[0080] 圖11示出兩個(gè)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(yīng)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(duì)比間隙長(zhǎng)度。
[0081] 圖12示出兩個(gè)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(yīng)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(duì)比間隙長(zhǎng)度。
[0082] 如果在DWG的僅兩個(gè)側(cè)面中完成錐形/漸縮（taper)，那么此矛頭狀是有效的，但 是當(dāng)在DWG的四個(gè)側(cè)面中完成錐形從而形成角錐形時(shí)更好。此錐形也可以用在四個(gè)側(cè)面上 的圓錐形或在兩個(gè)側(cè)面上的拱形或通過(guò)相對(duì)側(cè)切割偏轉(zhuǎn)而使能量從信號(hào)偏轉(zhuǎn)回到DWG的 任何其它形狀替代。
[0083] 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(shí)施，機(jī)械自對(duì)準(zhǔn)，并且對(duì)于微小的失準(zhǔn)是靈活并穩(wěn)健的。這些形狀都可以使用標(biāo) 準(zhǔn)制造材料和加工技術(shù)產(chǎn)生。
[0084] 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(lái)分析上文所討論的各種形狀。HFSS是一種用于任意3D立 體無(wú)源裝置建模的高性能全波電磁（EM)場(chǎng)模擬器。它使用有限元方法（FEM)和積分方程方 法來(lái)整合模擬、可視化、實(shí)體建模以及自動(dòng)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(chǎng)(近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng))，并且產(chǎn)生鏈接到電路模擬的全波SPICE模型。
[0085] 間隙中的材料
[0086] 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(lái)設(shè)計(jì)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(lái)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。
[0087] 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。
[0088] 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(lè)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。
[0089] 圖13示出兩個(gè)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(yīng)注意到，輻射能量的量可忽略不計(jì)。
[0090] 圖14是示出各種接口配置的插入損耗對(duì)比間隙長(zhǎng)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(duì)比間隙長(zhǎng)度。曲線1401示出傾斜切 割接口的插入損耗對(duì)比間隙長(zhǎng)度。曲線1402示出矛頭狀切割接口的插入損耗對(duì)比間隙長(zhǎng) 度。
[0091] 可以看出，使用具有矛頭幾何形狀的最佳設(shè)計(jì)并且用硅酮材料填充間隙對(duì)于大到 1. 5mm的間隙產(chǎn)生了 ldB以下的衰減，如曲線1403所示。
[0092] 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(dāng)使 用經(jīng)濟(jì)的非精密DWG時(shí)，0. 0的間隙通常難以維持。
[0093] 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(shí)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(shí)在外部區(qū)中具有較低介 電常數(shù)以匹配DWG的包層。
[0094] 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(gè)DWG1501、 1502。搭扣連接器的一個(gè)片件1510安裝在DWG1510的末端上。搭扣連接器的另一個(gè)片件 1511安裝在DWG1511的末端上?？刂拼羁圻B接器片件的安裝位置，使得當(dāng)配合時(shí)，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。
[0095] 雖然在圖15中示出了連接器的特定配置，但是其它實(shí)施例可以使用任何數(shù)目的 目前已知的或以后設(shè)計(jì)的連接器設(shè)計(jì)以將兩個(gè)DWG耦合在一起，同時(shí)維持機(jī)械對(duì)準(zhǔn)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。
[0096] 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。
[0097] 返回參看圖8A，例如，具有直角轉(zhuǎn)角的DWG可以用來(lái)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?，具有直角轉(zhuǎn)角的DWG 有許多用途。問(wèn)題是在介電波導(dǎo)內(nèi)行進(jìn)的電磁信號(hào)在穿越銳角轉(zhuǎn)角時(shí)會(huì)遭受顯著的損耗。 這是一個(gè)極其嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)榻殡姴▽?dǎo)應(yīng)用通常需要介電波導(dǎo)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。
[0098] 圖16A和圖16B示出來(lái)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lx2mm的介電波導(dǎo)中曲率半徑為2mm的90度轉(zhuǎn)角處的信號(hào)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(lái)的大量能量。
[0099] 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(jìn)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(dǎo)的電磁波的介電波導(dǎo)的示例。一般來(lái)說(shuō)，介電波導(dǎo)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(shí)，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(lái)完成，如銅、鋁、金、銀等。
[0100] 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(shí)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(guò) 各種方法形成，如：選擇性鍍覆工藝、通過(guò)粘附金屬膠帶、通過(guò)粘附使用膠水或其它鍵合技 術(shù)預(yù)先形成的金屬部件等。
[0101] 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(hào)從DWG1701轉(zhuǎn)移到另一電路板的背板。
[0102] 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。
[0103] 圖18A-18B示出來(lái)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(dǎo)中曲率半徑為2. 5mm的90度轉(zhuǎn)角處的信號(hào)損耗。應(yīng)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。
[0104] 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(duì)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。
[0105] 鍍覆也可以在介電波導(dǎo)的側(cè)面上延伸，但是如果所有四個(gè)側(cè)面都被鍍覆，那么就 產(chǎn)生了具有由介電波導(dǎo)的大小所決定的截止頻率的金屬波導(dǎo)。在低于截止頻率的情況下不 存在電磁場(chǎng)的傳播。
[0106] 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。
[0107] 以此方式，可以使用標(biāo)準(zhǔn)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。
[0108] 圖20是示例性柔性DWG2000的圖示。如上文所討論，對(duì)于使用調(diào)制射頻（RF)技 術(shù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，介電波導(dǎo)提供了用于將能量從發(fā)射器（TX)引導(dǎo)到接收器（RX)的低損耗 方法。對(duì)于波導(dǎo)本身來(lái)說(shuō)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(zhǎng)互連。然而，其剛度會(huì)限制其在互連組件可能需 要相對(duì)于彼此移動(dòng)的情況中的用途。柔性波導(dǎo)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?yàn)榭諝饩哂屑s1. 〇的介電常數(shù)，但是人 類或其它物體的任何接觸都會(huì)引入可能導(dǎo)致信號(hào)損耗或訛誤的嚴(yán)重阻抗失配效應(yīng)。因此， 自由空氣通常不提供合適的包層。
[0109] 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(xì)條狀物。在此 示例中，核心材料2010的細(xì)矩形條狀物被包層材料2012包圍。對(duì)于亞太赫茲信號(hào)，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。
[0110] 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(gè)DWG通道。簡(jiǎn)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(gè)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?cái)U(kuò)展以提供任何數(shù)目的多通道。
[0111] 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(duì)一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)可能是不希望的。另外，條型配置中的波導(dǎo)本身以相鄰波導(dǎo) 通道之間的串?dāng)_可能侵入的排列形式配置，因?yàn)樗胁▽?dǎo)基本上在同一個(gè)平面中。為了緩 解潛在的串?dāng)_問(wèn)題，可以增大通道間隔或可能需要添加屏蔽。
[0112] 現(xiàn)在將描述解決串?dāng)_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(gè)波 導(dǎo)的問(wèn)題提供了便利的幾何解決方案。雖然在此所示的實(shí)施方式旨在用于柔性電纜應(yīng)用， 但是這些幾何解決方案也可以用在剛性波導(dǎo)組合件中。
[0113] 圖21B示出一種條型電纜2110,其中將多個(gè)通道安排得盡可能地靠近以減小電纜 的實(shí)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(gè)通道，但是可以在同一個(gè)條狀物中通過(guò)將多通道如圖21B所示彼此垂直地 安置來(lái)實(shí)施兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)以上的通道。此"極化"條狀物配置提供了相鄰?fù)ǖ乐g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。
[0114] 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?dāng)_最小 化。在此示例中，包層具有大致矩形的截面形狀。
[0115] 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(yīng) 注意到，多個(gè)核心構(gòu)件條狀物(如2131)彼此垂直安置以減少串?dāng)_。
[0116] 在上述示例中，波導(dǎo)本身彼此垂直配置并且以使高ε kl''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?dāng)_最小化，這是因?yàn)槊總€(gè)波導(dǎo)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(guò)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?yàn)槠涓蓴_ 被最小化。
[0117] 圖21D也示出可以充當(dāng)鍵（key)的扁平區(qū)2139。在任一上述實(shí)施方式中，電纜可 以被"鍵控"以便提供正對(duì)準(zhǔn)。例如，在矩形條狀物的情況下，可以通過(guò)使轉(zhuǎn)角變平來(lái)添加 鍵?？梢允┯闷渌Ｒ?jiàn)的鍵控技術(shù)，如鋸齒狀電纜、向外部包層中添加棱紋等。
[0118] 雖然多個(gè)電介電核心被顯不為具有大致相同的大小，但是在一些實(shí)施例中，一個(gè) 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(zhǎng)的RF信號(hào)的傳輸效率。隨著 頻率增加，波長(zhǎng)減小并且電介電核心的實(shí)體大小也會(huì)被減小以用于更高頻率的信號(hào)。
[0119] 上述柔性電纜可以使用標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于制造塑料來(lái)說(shuō)都是司空見(jiàn)慣的事。
[0120] 然而，存在單獨(dú)柔性DWG對(duì)兩個(gè)組件之間的接口來(lái)說(shuō)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(dǎo)高頻RF信號(hào)，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(dǎo)電線解決方案與由一個(gè)或更多柔性 DWG負(fù)擔(dān)的高頻通信路徑的組合。
[0121] 在另一示例中，可能期望在現(xiàn)有類型的敷設(shè)電纜系統(tǒng)內(nèi)包括DWG。例如，USB是常 見(jiàn)的互連，其使用高速導(dǎo)電敷設(shè)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(jī)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(jì)算機(jī)、掌上計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、電話等）連接到電源的常見(jiàn)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(lái)供應(yīng)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(luò)連接。
[0122] 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(dǎo)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(guò)選擇適當(dāng)?shù)牡蚭k2材料，此絕緣體將提供內(nèi)部敷設(shè)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(dāng)介電常數(shù)。
[0123] 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(hù)套2204包圍的一個(gè)或更多導(dǎo)電線2202的通信電纜2200。護(hù)套部件具有低介電常 數(shù)值，例如在2. 5-4. 5范圍內(nèi)。電介電核心構(gòu)件2206鄰近并接觸護(hù)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，電介電核心構(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。
[0124] 包層2208包圍護(hù)套部件2204和電介電核心構(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(hù)套介電常數(shù)的值。以此方式，介電波導(dǎo)通過(guò)電介 電核心構(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(guò)包層的 變形或通過(guò)具有低介電常數(shù)的其它填充劑材料來(lái)填充。
[0125] 圖23示出具有由電介質(zhì)護(hù)套2304包圍的一個(gè)或更多導(dǎo)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(hù)套構(gòu)件具 有低ε k2值，例如在2. 5-4. 5范圍內(nèi)。電介電核心構(gòu)件2306鄰近并接觸護(hù)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，電介電核心構(gòu)件2306完全包圍電介質(zhì)護(hù)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(hù)套構(gòu)件2204和電介電核心構(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(hù)套介電常數(shù)的值。 以此方式，介電波導(dǎo)通過(guò)電介電核心構(gòu)件形成。此技術(shù)可以擴(kuò)展以包括ek2和ekl材料 的額外交替層，從而提供額外波導(dǎo)。
[0126] 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(dǎo)可以嵌入在包圍 導(dǎo)體電纜2402的絕緣體中。具有較高ekl值的多個(gè)電介電核心構(gòu)件2406鄰近并接觸具 有低ek2值的護(hù)套部件2404的外表面放置。多個(gè)電介電核心構(gòu)件彼此間隔開(kāi)并且每一個(gè) 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(gè)核心構(gòu)件周?chē)＆?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(gè)介電波導(dǎo)。
[0127] 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(duì)準(zhǔn)。在此示例中，電纜的一側(cè)具有扁平輪廓2520?？梢允┯闷渌Ｒ?jiàn)的鍵控技術(shù)，如鋸 齒狀電纜、向外部包層中添加棱紋等。
[0128] 例如，導(dǎo)體電纜如2202、2302和2402可以是金屬線，或者其可以是用于傳導(dǎo)數(shù)據(jù) 或能量的另一種類型的電纜，如：一個(gè)或更多光纖電纜、一個(gè)或更多雙絞線(如用于CAT5布 線)、同軸電纜等。
[0129] 上述電纜中的柔性DWG可以使用標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于制造塑料來(lái)說(shuō)都是司空見(jiàn)慣的事。
[0130] 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(dǎo)元件2622的 DWG2620以改良由偶極天線2612所發(fā)射的輻射信號(hào)的耦合。電磁RF波(調(diào)制射頻載波信號(hào)） 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(hào)耦合到與襯底2610 機(jī)械對(duì)準(zhǔn)的波導(dǎo)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(duì)準(zhǔn)固持。
[0131] 如上所述，偶極天線是用于將輻射能量發(fā)射到介電波導(dǎo)中的良好媒介。如關(guān)于 圖2A、圖5、圖6以及圖8A更詳細(xì)地描述，反射器元件可以用來(lái)將方向不定的能量朝向 DWG2620反射回來(lái)。
[0132] 為了進(jìn)一步改進(jìn)輻射能量耦合到DWG2620中，可以在DWG2620內(nèi)包括一個(gè)或更多 引導(dǎo)元件。偶極子具有相對(duì)于偶極子的軸線對(duì)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(dǎo)元件。例如，偶極子和反射器可以存在于同一個(gè)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(xì)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(shí)施。
[0133] 反射器可以實(shí)施為襯底中的交錯(cuò)通孔陣列，例如參考圖5、6更詳細(xì)地描述。可替 換地，反射器可以實(shí)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。反射器帶狀物通常可以在實(shí)施偶極天線的同一個(gè)金屬層上實(shí)施。使金屬 反射器結(jié)構(gòu)與偶極天線間隔約一半波長(zhǎng)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(zhǎng)、2. 5倍波長(zhǎng)等距離處。雖然一半波長(zhǎng)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?yàn)樵趤喬掌濐l率下趨膚效應(yīng) 占主導(dǎo)地位，所以金屬反射器元件的厚度不是關(guān)鍵的。
[0134] 例如，引導(dǎo)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(wú)線電頻帶和業(yè)余無(wú)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(dòng)元件和引導(dǎo)件定向。取決于特定設(shè)計(jì)， 元件之間的典型間隔可以在約1/10波長(zhǎng)到1/4波長(zhǎng)的范圍內(nèi)變化。根據(jù)已知的天線設(shè)計(jì) 原理，引導(dǎo)件的長(zhǎng)度通常小于受驅(qū)動(dòng)元件的長(zhǎng)度，受驅(qū)動(dòng)元件的長(zhǎng)度小于反射器的長(zhǎng)度。這 些元件通常在一個(gè)平面中平行。
[0135] 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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì) 頻率僅若干個(gè)百分比的頻率下就降低。然而，除了其它技術(shù)之外，通過(guò)使用較大直徑的導(dǎo) 體，帶寬可以實(shí)質(zhì)上延伸。
[0136] 因?yàn)橐龑?dǎo)件是無(wú)源元件，所以它們可以被嵌入在介電波導(dǎo)本身上。元件2622的長(zhǎng) 度和間隔被選擇以針對(duì)所發(fā)射或接收的電磁信號(hào)的指定波長(zhǎng)(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(dǎo)件之間的適當(dāng)間隔通過(guò)由PCB2600提供的機(jī)械對(duì) 準(zhǔn)來(lái)維持。
[0137] 引導(dǎo)元件的間隔和長(zhǎng)度取決于所用引導(dǎo)元件的波長(zhǎng)和總量。一般來(lái)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(shè)計(jì)通常使用來(lái)自教科書(shū)或指南的已知天 線設(shè)計(jì)技術(shù)從近似數(shù)目開(kāi)始。例如，"天線理論分析和設(shè)計(jì)（Antenna Theory Analysis and Design)"，1997,第513頁(yè)-第532頁(yè)以引用的方式并入本文中。
[0138] 使用已知模擬工具的數(shù)值建?？梢杂脕?lái)優(yōu)化性能直到滿足特定應(yīng)用的要求為止。 以0. 2-0. 3倍波長(zhǎng)間隔的引導(dǎo)件通常運(yùn)作良好。每個(gè)引導(dǎo)元件的長(zhǎng)度在0. 5-0. 3倍波長(zhǎng)范 圍內(nèi)運(yùn)作良好。引導(dǎo)件陣列2612通?？梢园ㄊ€(gè)或更少的元件。
[0139] 表1列舉了用于引導(dǎo)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(dāng)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(lái)設(shè)計(jì)，這允許更寬松的制造 公差。
[0140]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于介電波導(dǎo)的可旋轉(zhuǎn)耦合器，所述耦合器包含： 第一介電波導(dǎo)即DWG，在所述第一 DWG的第一末端處具有接口表面； 第二DWG，在所述第二DWG的第一末端處具有接口表面；以及 耦合到所述第一 DWG和所述第二DWG的可旋轉(zhuǎn)耦合機(jī)構(gòu)，所述耦合機(jī)構(gòu)被配置為保持 所述第一 DWG的所述接口表面與所述第二DWG的所述接口表面軸向?qū)?zhǔn)，同時(shí)允許所述第 一 DWG的所述接口表面相對(duì)于所述第二DWG的所述接口表面軸向旋轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其中所述第一 DWG的核心具有截面形狀并且所述第 二DWG的核心具有兼容的截面形狀，其中所述可旋轉(zhuǎn)耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包含對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，所述 對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)被配置為使得在所述耦合機(jī)構(gòu)不旋轉(zhuǎn)時(shí)所述第一 DWG的所述核心與所述第二DWG 的所述核心對(duì)準(zhǔn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其中所述第一 DWG的所述接口表面是錐形形狀，并且 所述第二DWG的所述接口表面是匹配的錐形形狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其中所述第一 DWG的所述接口表面是角錐形狀，并且 所述第二DWG的所述接口表面是匹配的角錐形狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其中所述第一 DWG的所述接口表面是扁平表面，并且 所述第二DWG的所述接口表面是匹配的扁平表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其進(jìn)一步包含在所述第一 DWG的所述接口表面與所 述第二DWG的所述接口表面之間的潤(rùn)滑劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的耦合器，其中所述潤(rùn)滑劑的介電常數(shù)約等于所述第一 DWG和 所述第二DWG的核心的介電常數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其進(jìn)一步包含耦合到所述可旋轉(zhuǎn)耦合器的彈簧動(dòng)力 式縮回器機(jī)構(gòu)，所述縮回器機(jī)構(gòu)可操作以促使所述第一 DWG卷繞成圍繞所述可旋轉(zhuǎn)耦合件 的線圈。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其進(jìn)一步包含耦合到所述可旋轉(zhuǎn)耦合器的手動(dòng)操作 的縮回器機(jī)構(gòu)，所述縮回器機(jī)構(gòu)可操作以促使所述第一 DWG卷繞成圍繞所述可旋轉(zhuǎn)耦合件 的線圈。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其進(jìn)一步包含耦合到所述第一 DWG的相反末端的連 接器。
11. 一種具有可縮回的介電波導(dǎo)電纜的系統(tǒng)，其包含： 具有耦合到可旋轉(zhuǎn)耦合機(jī)構(gòu)的一個(gè)末端的第一介電波導(dǎo)即DWG ; 固定到襯底的具有耦合到所述可旋轉(zhuǎn)耦合機(jī)構(gòu)的末端的第二DWG ; 圍繞襯底和所述可旋轉(zhuǎn)耦合機(jī)構(gòu)的外殼，其被配置為使所述第一 DWG在所述耦合機(jī)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)時(shí)縮回到所述外殼中；以及 其中所述可旋轉(zhuǎn)耦合機(jī)構(gòu)被配置為保持所述第一 DWG的接口表面與所述第二DWG的接 口表面軸向?qū)?zhǔn)，同時(shí)允許所述第一 DWG的所述接口表面相對(duì)于所述第二DWG的所述接口 表面軸向旋轉(zhuǎn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含安裝在所述襯底上并且耦合到所述 第二DWG的相反末端的集成電路，其中所述集成電路可操作以形成用于傳輸穿過(guò)所述第二 DWG的亞太赫茲信號(hào)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一 DWG的核心具有截面形狀并且所述第 二DWG的核心具有兼容的截面形狀，其中所述可旋轉(zhuǎn)耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包含對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，所述 對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)被配置為使得在所述耦合機(jī)構(gòu)不旋轉(zhuǎn)時(shí)所述第一 DWG的所述核心與所述第二DWG 的所述核心對(duì)準(zhǔn)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一DWG的所述接口表面是錐形形狀，并且 所述第二DWG的所述接口表面是匹配的錐形形狀。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含在所述第一 DWG的所述接口表面與所 述第二DWG的所述接口表面之間的潤(rùn)滑劑。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述潤(rùn)滑劑的介電常數(shù)約等于所述第一 DWG和 所述第二DWG的核心的介電常數(shù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含耦合到所述可旋轉(zhuǎn)耦合器的彈簧動(dòng)力 式縮回器機(jī)構(gòu)，所述縮回器機(jī)構(gòu)可操作以促使所述第一 DWG卷繞成圍繞所述可旋轉(zhuǎn)耦合件 的線圈。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含耦合到所述可旋轉(zhuǎn)耦合器的手動(dòng)操作 的縮回器機(jī)構(gòu)，所述縮回器機(jī)構(gòu)可操作以促使所述第一 DWG卷繞成圍繞所述可旋轉(zhuǎn)耦合件 的線圈。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含耦合到所述第一 DWG的相反末端的連 接器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其為移動(dòng)式消費(fèi)類電子裝置。
【文檔編號(hào)】H01P5/00GK104064844SQ201410103538
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月19日
【發(fā)明者】B·哈倫, J·A·赫布薩摩 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司