[发明专利]在多层陶瓷结构中制造波导的方法以及一种波导

说明书

本发明涉及一种在以多层陶瓷技术制造的电路板单元中制造波导的方法，在此方法中可借助于互相正交的X、Y与Z轴确定单元的尺寸与结构方向，电路板单元由独立的陶瓷层装配而成，陶瓷层的介电常数ε_r高于空气的相应值，在这些层中可做成要求形状的腔与孔，且在这些陶瓷层表面上的要求位置处通过丝网印制法印制导电材料，然后通过将单元暴露于高温中而完成电路板单元。

本发明还涉及一种集成在以多层陶瓷制造的电路单元之中的波导，其中可借助于互相正交的X、Y与Z轴确定电路板单元的尺寸与结构方向，电路板单元可由独立的陶瓷层装配而成，陶瓷层的介电常数ε_r高于空气的相应值，在这些层中做成要求形状的空腔与孔，且在这些陶瓷层上的要求位置处通过丝网印制法印制一层导电材料。

在电子器件的结构中使用不同的导电结构。器件中使用的频率越高，使用的导电结构的要求越高，以便由导体结构引起的衰减不变为过高或使用的导体结构不通过辐射而干扰装置的其它部分。器件的设计者可从许多可能的导体结构中选择。依据应用，例如可使用由金属制成的充空气的波导。基本结构、尺寸、波导中可传播的波形及波导的频率特性为众所周知(参看例如Simon Ramo等、John Wiley & Sons，inc.，USA的Field and Waves in Communication Electronics第8章)。作为波导尺寸的一个例子，图1表示一个由导电材料制成的矩形波导，其宽度为沿图中表示的坐标系统的X轴方向的a，其高度为沿Y轴方向的b，且波导内充满空气，从而使它的介电常数ε_r为数值1。在图1表示的充空气波导中，能沿Z轴方向传播的第一(最低)波形是所谓的TE₁₀(横电)波形。此波形的电场强度E完全没有沿Z轴方向的分量。而磁场强度H有一个沿Z轴方向传播的分量。指示波导中能传播的最低频率的波形TE₁₀的所谓截止频率fc从方程：

fc_TE10＝C/2a得到，式中字母a表示沿X轴方向的波导宽度，而C是真空中的光速。通常，可使用的波导频率范围为所讨论的波形的截止频率的1.2至1.9倍。通过当从上面趋近截止频率fc时通过衰减增长确定可使用的下限频率。上限频率也可以如下事实确定，通过在高于要求波形的截止频率fc两倍的频率下在波导中还产生能传播的其它波形，而这应加以避免。

波导的结构也为大家熟知，其中波导由一个用电介质材料制成的并用一薄层导电材料覆盖的芯子部分构成。然而，这些波导总是制成独立的元件。上述波导提供一个小的每单位长度衰减，且它们不对周围环境发射许多干扰辐射。然而，这些波导的问题是同制造的电路单元的其它部分相比有较大的物理尺寸，与难以整个地把它们的制造集成在电路单元的制造中。这些波导必须在一个单独步骤中通过焊接或某种其它机械连接同电路单元机械连接。这增加了成本并有失败的危险。

电子装置中也应用较好地集成在结构中的导体结构。这些包括带状线、微带与共面导体。当电路单元制成陶瓷结构时，它们的制造可整个地集成在电路单元的制造中。此制造技术称为多层陶瓷技术，它以HTCC(高温共烧陶瓷)(High Temperature Cofired Cerumics)或LTCC(低温共烧陶瓷)(Low Temperature Cofired Ceramics)技术为基础。电路结构以这些由多层陶瓷材料(绿带)构成的制造技术之任一完成，这些陶瓷材料为100μm厚且当装配电路结构时互相层叠放置。在作为最后处理进行的热处理之前，陶瓷材料仍是软的，因此可在陶瓷层内做成要求形状的空腔与通孔。也可制成各种无源元件与在要求点上用丝网印制法印制上述导体。当要求的电路单元结构完成时，在适当温度下烧制陶瓷多层结构。LTCC技术中使用的温度约为850℃而HTCC技术中使用的温度约为1600℃。然而，以这些技术制成的微带、带状线与共面导体的问题是每单位长度的高衰减、低的功率裕度与较低的电磁兼容性(EMC)。这些问题限制了这些导体结构在需要上述性能的应用中的使用。

本发明的目的是实现一种以多层陶瓷实现的波导结构。通过它可减弱现有技术波导结构的上述缺点。

根据本发明的方法，其特征在于制造一个沿Z轴方向的波导：

-在结构内形成至少两个沿结构的YZ平面方向的阻抗不连续以限制波导芯子沿X轴方向的长度a，与