[發明專利]精確波導接口

有效

• 申請號: 201080047037.X
• 申請日: 2010-08-19
• 公開（公告）號: CN102625962A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 邁克爾·格雷戈里·佩特斯;詹姆士·羅伯特·阿摩司·巴丁
• 申請（專利權）人: 伍比克公司
• 主分類號: H01P5/08
• 分類號: H01P5/08;H01P1/161
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 孟桂超;張穎玲

技術領域

本發明一般涉及微波和毫米波射頻波導接口技術。

背景技術

隨著半導體工業通過降低工藝節點幾何形狀而持續增加電路復雜性和密度，操作信號頻率持續增加。如今有可能獲得在無線電頻譜的毫米波區域(30GHz到300GHz)中操作良好的半導體。典型而言，所使用的半導體類型屬于“III-V”型的類別，意味著該半導體化合物是從元素周期表中的第三和第四列衍生的。這些半導體化合物的實例是砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)。近些年來，在硅CMOS(互補金屬氧化物半導體)和硅鍺(SiGe)化合物中已經產生來自第四列(如硅和鍺，Si和Ge)的較低廉的半導體工藝。其結果是將低成本硅的操作頻率良好地延伸到60到80GHz的頻率范圍。低成本半導體技術的出現，給毫米波制造商帶了降低啟動這些半導體設備的機電支持機制的總成本的壓力。

商用波導結構允許毫米波頻率上的低損耗能量傳遞，具有大小和機械耦合法蘭設計已被標準化的附加益處。通過具有標準化的大小和耦合法蘭，允許不同設備與不同制造商之間的協作，為毫米波系統設計提供最大的彈性。用于接口在機械波導中半導體設備的常規方法要么提供具有昂貴的精度機械加工要求的分離腔式組件，要么將來自正交平面印刷電路發射探頭的能量與相關聯的損失能量傳輸耦合。另外，隨著新半導體設計提供平衡的傳輸線輸出，不存在用于將來自平衡輸出的毫米波能量直接耦合到波導而無需附加電路(例如平衡-不平衡變壓器)的直接機電方法，該附加電路也隨著操作頻率范圍的增加而顯示出過量的損失。

用于將能量耦合到半導體設備內和外的現有技術方法可以分為兩類。第一類是使用分離腔金屬結構，其允許將半導體芯片放置在其中一個腔體中，使得該腔體的另一半然后與第一半精確適合地組合在一起。毫米波波導的內部維度所要求的典型的精度約為±.001”(.025mm)。通過加工來在上腔體半部和下腔體半部的構造中保持該精度并且維持組件的配合校準是價格昂貴的。

第二種已用方法是提供具有樁形或漿形能量發射的印刷電路板。該樁形或漿形發射與波導腔體正交，并且要求分離腔式組裝方法。

在每個情況中都需要定制的高精度機械加工工藝來維持內部波導維度要求。通過鑄造法可以提供一些成本降低，但是仍然需要第二機械加工操作來實現所需要的精度。

上述方法也僅僅是針對單端電路配置設計的。有必要提供用于單端電路和差分電路兩者的低成本并且有效的耦合方法。毫米波半導體電路設計通常利用差分放大器和輸出級配置來實現高增益和功率效率。

需要一種用于去向和來自標準波導結構的半導體微波、毫米波和次毫米波設備能量傳遞的低成本并且高效率的耦合技術。

發明內容

在一個方面，一種精準波導接口包括具有矩形凹槽的圓形接口板，使得該凹槽的長度容納印刷電路板和發射轉換器子組件。該印刷電路板和發射轉換器子組件形成在所述接口板的該矩形凹槽中的短波導段的底半部。由于該凹槽寬度或狹窄維度，從該印刷電路板組件到該凹槽寬度上邊界的距離限制該短波導段的波導截止頻率使其大于該波導接口的總的期望操作頻率范圍。通過限制該接口板中的短波導段的波導截止頻率為比該波導接口的期望操作頻率范圍更高的值，在該區域中不發生電磁輻射轉換，并且僅允許電氣傳導的能量流經該發射轉換器的傳輸線部分。

在另一個方面，該印刷電路板上包括作為高頻微波、毫米波或次毫米波能量的發射器或者源頭的半導體芯片。

在另一個方面，該印刷電路板上包括作為高頻微波、毫米波或次毫米波能量的接收器的半導體芯片。

在另一個方面，該發射轉換器包括低損耗電介質材料，如具有諸如金的沉積金屬的石英或氧化鋁，用于形成傳輸線和輻射天線元件。

在本領域中已知波導內部維度的標示對應于作為E場維度的電場向量的方向并且對應于作為H場維度的磁場向量的方向。

在另一個方面，該接口板緊靠標準波導法蘭放置，使得該接口板中的凹槽的狹窄維度與該標準波導法蘭的較長的或H場維度(在本領域中被稱為“a”波導維度)正交。同樣地，該接口板凹槽寬度沿著由該接口板凹槽和該印刷電路和該發射轉換器子組件形成的分段限制該波導段截止頻率，直到該標準波導法蘭遇到傳導能量。在該接口板與該標準波導法蘭之間的接點的位置的正前方，允許在與該輻射元件接合的發射轉換器的傳輸線中傳導的能量自由地轉換成標準波導信道容積中的導向電磁輻射。