用于将信号发射到介质波导管中的系统技术方案

本申请涉及一种将信号发射至介质波导管的系统，提供一种用于使用介质波导管(DWG)传输亚太赫兹电磁射频(RF)信号的系统，该介质波导管具有由介电包层包围的介电核心部件。RF发射器耦合到位于第一基板上的天线，其中天线邻近基板的边缘。第一基板安装在第二基板上。导电反射片在第二基板的顶部表面上形成。DWG的端部安装在第二基板上反射片的上方，以便DWG的端部处的核心部件的暴露面邻近天线。DWG的端部处的核心部件与第二基板形成倾斜的角度，其中所述角度是在大约10度‑30度的范围内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及用于高频信号的波导管，以及特别地涉及用于将信号发射到介质波导管(dielectricwaveguide)中的结构。
技术介绍
在电磁和通信工程中，术语波导管可指的是在其端点之间传送电磁波的任何线性结构。原始的和最普遍的意义是用于运载无线电波的空心金属管。出于诸如将微波发射器和接收器连接到它们的天线的目的，这种类型的波导管在诸如微波炉、雷达设备、卫星通信以及微波无线电链路的设备中被用做传输线。介质波导管采用固体介电核心，而不使用空心管。介电质是能够被施加的电场极化的电绝缘体。当介电质被放置在电场中时，电荷不像它们在导体中那样流过材料，而仅从引起介电极化的平均平衡位置轻微地移位。由于介电极化，正电荷被朝向场移动位置并且负电荷在相反的方向上移位。这创建了减小介电质自身内的整体场的内部电场。如果介电质是由弱结合的分子组成，那些分子不仅被极化，而且重定向，以便它们的对称轴与场对齐。而术语“绝缘体”意指低电传导，“介电质”一般用于描述具有高极化率的材料；其用被称为相对电容率(εk)的数表示。术语绝缘体通常用于指示电阻塞，而术语介电质用于指示凭借极化的材料的储能容量。电容率是一种材料性质，其表示材料由于电极化(J/V^2)/(m)的每单位米储能的一种度量。相对电容率是因数，电荷之间的电场通过该因数相对于真空减小或增大。电容率一般用希腊字母ε表示。相对电容率也通常被称为介电常数。电容率是材料响应于施加的磁场而支持自身内磁场形成的能力的一种度量。磁导率一般用希腊字母μ表示。金属管波导管中的电磁波可被认为成以之字形路径沿导管行进，在导管相对的壁之间被反复地反射。对于矩形波导的特定情况，可以以该视图为基础精确分析。在介质波导管中的传播也可以同样的方式观察，其中，波被介电质表面的全内反射局限于介电质。附图说明根据本专利技术的特定实施例现将仅通过示例的方式并且参考附图被说明：图1是通过多种介电常数的材料的波长对比频率的曲线图；图2是一种示例介质波导管的图示；图3是一种在基板上的维瓦尔第(Vivaldi)天线的三维视图；图4是一种接合到包含天线的封装的介质波导管(DWG)的侧视图；图5是锥形DWG另一个实施例的图示；图6-8是发射到图4的DWG中的信号的仿真图；图9-13是一种DWG插座和插头的图示；图14是一种具有DWG插座的系统的图示；图15是一种具有维瓦尔第天线的示例基板；图16是说明一种具有信号发射结构的系统的框图；以及图17是说明信号发射到倾斜的DWG的流程图。从随后的附图和详细说明，本实施例的其他特征将变得明显。具体实施方式现在将参考附图详细说明本专利技术的特定实施例。为了一致，各种附图中的相同元件用相同参考数字表示。为了提供对本专利技术的更彻底的理解，在随后的具体实施方式中，阐述了多个特定细节。但是，本专利技术可以在没有这些特定细节的情况下实施对本领域的一般技术人员来说是明显的。在其他情况下，众所周知的特征没有被详细说明，以避免使说明不必要的复杂化。介质波导管(DWG)可以用作(例如，系统中芯片到芯片或系统到系统进行通信的)媒介。将DWG线缆直接接合到发射和/或接收模块可以提供低成本互连方案。本公开的实施例提供一种将DWG直接接合到系统模块的方法，如将在下面更加详细地说明地。随着电子元件和系统中的频率增大，波长以相应的方式减小。例如，现在许多计算机处理器在千兆赫兹领域内运行。随着运行频率增加到亚太赫兹领域内，波长变得足够短，使得超过一段短距离的信号线可以充当天线，并且可以发生信号辐射。图1是通过多种介电常数的材料的波长对比频率的曲线图。如曲线102所示，其表示具有低介电常数3的材料，诸如一般的印刷电路板，100GHz的信号将具有大约1.7mm的波长。因此，仅1.7mm长的信号线可充当全波天线并且辐射显著百分比的信号能量。事实上，甚至λ/10的线也是好的辐射器，因此在印刷电路板上与170μm一样短的线可以在此频率下充当好的天线。波长一般在具有较高介电常数的材料中减小，例如，如介电常数为4的曲线104和介电常数为10的曲线106所示。开放空间中的波在所有方向上传播，如球面波。以此方式，它们与距离的平方成比例地损失它们的功率；即，在离信源距离为R处，功率是信源功率除以R^2。低损耗波导管可用于越过相对较长的距离运输高频信号。波导管将波限制在一维中传播，以便波在理想条件下在传播时不损失功率。沿着波导管的轴的电磁波传播用波动方程描述，其由麦克斯韦方程得出，并且其中波长取决于波导管的结构以及其中的材料(空气、塑料、真空等)，也取决于波的频率。常用的波导管仅有几种类别。波导管最常用的种类一种是具有矩形横截面，一种通常不是正方形。通常这种横截面的长边的长度是其短边长度的两倍。这些对于运载被水平或垂直极化的电磁波是有用的。波导管配置可以具有由高介电常数的介电材料制成并且被由较低介电常数的介电材料制成的包层包围的核心部件。尽管理论上，空气能够用来代替包层，但是因为空气具有大约1.0的介电常数，所以被人或其他物体接触可引入严重的不连续，其可导致信号损失或讹误。因此，一般地自由空气不提供合适的包层。对于遭遇亚太赫兹无线电频率(RF)信号的极小的波长，介质波导管表现优异并且其建造比空心金属波导管更便宜。另外，金属波导管具有由波导管的横截面尺寸决定的频率截止。在截止频率以下，没有电磁场的传播。介质波导管可具有更宽的运行范围，而没有固定的截止点。但是，纯粹的介质波导管可受制于由手指或手，或由其他导电物体的碰触所引起的干扰。金属波导管限制所有的场，且因此不遭受EMI(电磁干扰)和串扰问题；因此，具有金属包层的介质波导管可提供与外部干扰源的有效隔离。2013年4月1日申请的题为“针对介质波导管具有偶极子天线接口的集成电路”(“IntegratedCircuitwithDipoleAntennaInterfaceforDielectricWaveguide”)的美国专利申请公布号US2014-0287701A1(代理人案号TI-73115)以参考的方式被合并于此。在其中描述了介质波导管(DWG)和互连方案的多种配置。在其中也描述了用于向DWG发射和从DWG接收无线电频率信号的多种天线配置。2013年4月1日申请的题为“具有非平面接口表面的介质波导管”(“DielectricWaveguidewithNon-planarInterfaceSurface”)的美国专利申请公布号US2014-0240187A1(代理人案号TI-73537)以参考的方式被合并于此。在其中描述了DWG插座和接口的多种配置。使用3D打印制造DWG在BenjaminS.Cook等人的题为“具有介电核心的金属波导管”(“MetallicWaveguidewithDielectricCore，”)的美国专利申请14/498,837中更详细地描述，其以参考的方式被合并于此。图2说明被配置为由介电包层材料包围的核心介电材料的薄带的DWG200。核心介电材料具有介电常数值ε1，而包层具有介电常数值ε2，其中ε1大于ε2。在此示例中，核心材料212的薄矩形带被包层材料211包围。对于亚太赫兹信号，诸如在130-150千兆赫兹的范围内，大约0.5mm×1.0mm的核本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号发射系统，其包括：第一基板，所述第一基板具有第一表面和相反的第二表面；第二多层基板，所述第二多层基板具有第一表面和相反的第二表面，其中，在所述第一表面和所述第二表面之间具有近似垂直地布置的边缘表面；发射器电路，其位于所述第二多层基板上，所述发射器具有射频输出端口即RF输出端口，其中所述发射器被配置为生成具有波长的RF信号；天线，其在所述第二多层基板上或在所述第二多层基板内形成，并且邻近所述边缘表面且耦合到所述第一发射器的所述输出端口；其中所述第二多层基板安装在所述第一基板的所述第一表面上；以及导电反射片，其在所述第一基板上或在所述第一基板内形成，以便所述导电反射片大约从邻近所述天线的所述第一多层基板的边缘延伸的距离大于离所述第一多层基板的所述边缘的所述RF信号的大约五个波长的距离。

【技术特征摘要】
2015.09.28 US 14/867,6621.一种信号发射系统，其包括：第一基板，所述第一基板具有第一表面和相反的第二表面；第二多层基板，所述第二多层基板具有第一表面和相反的第二表面，其中，在所述第一表面和所述第二表面之间具有近似垂直地布置的边缘表面；发射器电路，其位于所述第二多层基板上，所述发射器具有射频输出端口即RF输出端口，其中所述发射器被配置为生成具有波长的RF信号；天线，其在所述第二多层基板上或在所述第二多层基板内形成，并且邻近所述边缘表面且耦合到所述第一发射器的所述输出端口；其中所述第二多层基板安装在所述第一基板的所述第一表面上；以及导电反射片，其在所述第一基板上或在所述第一基板内形成，以便所述导电反射片大约从邻近所述天线的所述第一多层基板的边缘延伸的距离大于离所述第一多层基板的所述边缘的所述RF信号的大约五个波长的距离。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：介质波导管即DWG，其具有由介电包层包围的介电核心部件，其中所述DWG的端部安装在所述反射片上方，以便在所述DWG的端部处的所述核心部件的暴露面邻近所述天线，并且以便在DWG的端部处的所述核心部件与所述第一基板形成倾斜的角度，其中所述角度是在大约10-30度的范围内。3.根据权利要求2所述的系统，其中在所述DWG的端部处的所述介电包层被锥形化以近似地匹配在所述DWG的端部处的所述核心的所述倾斜的角度。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述包层的锥形化部分被抛光。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述天线是维瓦尔第天线。6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括安装在所述第一基板上的介质波导管插座即DWG插座，其中所述DWG插座包括：介质波导管短截线即DWG短截线，其具有由介电包层包围的介电核心部件，所述DWG短截线具有接合端部和相反的配合端部；插座体，其耦合到所述DWG短截线，以便所述插座体的安装表面被配置为将所述插座体安装在所述第一基板上，以便DWG短截线的所述核心部件与所述第一基板形成倾斜的角度；以及其中所述插座体被配置为与DWG线缆的所述端部耦合，以便所述DWG线缆的所述端部保持与所述DWG短截线的所述配合端部对准。7.根据权利要求6所述的系统，其中在所述DWG短截线的所述接合端部处的介电包层的一部分被锥形化以近似地匹配所述DWG短截线的所述核心的倾斜的角度。8.根据权利要求6所述的系统，进一步包括耦合到所述插座体的护圈，所述护圈被配置为当所述DWG线缆的端部插入所述插座体中时保持所述DWG线缆的所述端部。9.根据权利要求6所述的系统，其中所述插座体和所述短截线的包层是单片的。10.根据权利要求6所述的系统，其中所述DWG短截线的配合端部被配置成非平面形状，用于与具有匹配的非平面形状的配合端部的DWG线缆配合。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述非平面形状是尖头的形状。12.根据权利要求10所述的系统，进一步包括可形变...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·赫本萨梅尔，B·A·克雷默，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US