聚合物基谐振器天线的制作方法

聚合物基谐振器天线的制作方法
【专利摘要】介质谐振器天线适合用于小型射频（RF）天线和装置以及它们的制造方法。描述的是使用聚合物基材料制造的介质谐振器天线，如在集成电路和微系统的光刻制造中常用的那些材料。因此，制造时可以使用光刻制造技术。可以使用高的金属垂直结构激发聚合物基的介质谐振器天线，其还利用适合集成电路和微系统制造的技术来制造。
【专利说明】聚合物基谐振器天线
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2011年7月29日提交的美国临时申请N0.61/513，354的权益。美国临时申请N0.61/513，354的整体作为参考包含在这里。
【技术领域】
[0003]本文描述的实施例涉及射频(RF)天线及其制造方法。具体地，描述的实施例涉及介质谐振器天线。
【背景技术】
[0004]当前的集成电路天线通常基于薄金属微带“贴片”结构，其占用大的侧面积。微带天线由布置在接地基板上的并且通常通过同轴探针或孔馈电的金属带或贴片组成。
[0005]最近，为了在微波和毫米波频段的小型化无线和传感器应用，介质谐振器天线(DRA)已经吸引了越来越多的关注。DRA是具有横向尺寸的三维结构，可以比传统的平面贴片天线小几倍，并且在辐射效率和带宽方面其可以提供优越性能。
[0006]从军事到医学用途，从低频到非常高的频段，并且从片上到大阵列应用，在各种各样的无线应用的设计中，DRA正变得越来越重要。相对于其它低增益或小的金属结构的天线，DRA提供更高的辐射效率(由于没有表面波和导体损耗)、较大的阻抗带宽和紧凑尺寸。DRA还提供了设计灵活性和通用性。可以利用各种几何形状或谐振模式实现不同的辐射图案，可以通过不同的介电常数提供宽带或小型天线，并且可以使用各种各样的馈电结构实现DRA的激励。
[0007]尽管DRA的电磁性能优良，微带天线仍广泛用于低增益微波和毫米波应用。广泛使用的微带天线可能主要基于用于制造这些天线的现代印刷电路技术的相对低的制造成本考虑。通过比较，陶瓷基DRA可能涉及更复杂和昂贵的制造工艺，部分原因是其三维结构，部分原因是陶瓷材料加工的难度。
[0008]这些制造困难限制了 DRA的广泛使用，尤其是对于大批量商业应用。
[0009]另外，虽然微带贴片天线可以很容易地由光刻工艺制造成在各种复杂形状，但是DRA主要限于简单的结构(如矩形和圆形/圆柱形状)。
[0010]事实上，已知的DRA的制造特别具有挑战性，因为它们传统上使用高相对介电常数的陶瓷制造，这些陶瓷是天然硬且非常难加工。批量加工制造会很困难，因为陶瓷材料的硬度要求金刚石切割工具，由于陶瓷材料的研磨性质，切割工具可能磨损相对较快。另外，陶瓷通常是在900-2000°C范围内的高温下烧结，制造过程更复杂并且可能限制DRA其它元件的可获得材料的范围。由于独立元件放置以及与基板接合的要求，阵列结构会更加难以制造。因此，它们不能容易地用已知的自动化生产工艺制造。
[0011]另外的问题出现在毫米波频率，其中DRA的尺寸减小到毫米或亚毫米范围内，并且相应减小制造公差。这些制造困难迄今为止限制了 DRA的广泛使用，尤其是用于大批量商业应用。
【发明内容】

[0012]在第一主要方面，提供一种介质谐振器天线，包括:基板，其具有至少第一平坦表面；馈线，其形成在基板的第一平坦表面上；聚合物基谐振器，其包括布置在基板的第一坦平表面上且至少部分在馈线上的至少第一本体部分，其中第一本体部分至少部分限定在基本平行于第一平坦表面的平面上延伸的腔，其中腔暴露馈线的第一馈线部分；传导馈电结构(conductive feed structure),其布置在腔内，该馈电结构电稱合到第一馈线部分并远离馈线延伸通过腔。
[0013]在一些实施例中，该馈电结构远离馈线延伸通过腔的量在腔高度的10%_100%之间。
[0014]在一些实施例中，第一本体部分介质材料构成，该介质材料在制造之后保留。
[0015]在一些实施例中，聚合物基谐振器本体包括紧邻第一本体部分提供的第二本体部分。
[0016]在一些实施例中，第二本体部分紧邻第一本体部分的外壁，并且馈电结构合适地接合在第一本体部分和第二本体部分之间。
[0017]在一些实施例中，第二本体部分提供在腔内，并且馈电结构合适地接合在第二本体部分的外壁和第一本体部分的内壁之间。
[0018]在一些实施例中，第二本体部分由与第一本体部分不同的材料构成。
[0019]在一些实施例中，第一本体部分具有小于10的相对介电常数。
[0020]在一些实施例中，聚合物基谐振器本体由纯聚合物光致抗蚀剂材料构成。
[0021 ] 在一些实施例中，聚合物基谐振器本体由复合聚合物基光致抗蚀剂材料构成。
[0022]在一些实施例中，介质谐振器天线可以进一步包括锥形馈线部分，该锥形馈线部分具有带有第一宽度的第一侧和带有第二宽度的第二侧，其中第二宽度比第一宽度宽，其中传导馈电结构经由第二侧的锥形馈线部分电耦合到馈线，并且其中馈线经由第一侧的锥形馈线部分电耦合到传导馈电结构。
[0023]在可选实施例中，提供一种介质谐振器天线，包括:基板，其具有至少第一平坦表面；馈线，其形成在基板的第一平坦表面上；聚合物基谐振器本体，其包括:第一本体部分，布置在基板的第一平坦表面上且至少部分在馈线上，其中第一本体部分限定在基本垂直于第一平坦表面的平面上延伸的第一腔和第一腔的壁与第一本体部分的外壁之间的第二腔，其中第二腔暴露馈线的第一馈线部分；和第二本体部分，其提供在第一本体部分内；和传导馈电结构，其布置在第二腔内，该馈电结构电耦合到第一馈线部分并远离馈线延伸通过第二腔。
[0024]在更广泛的方面，提供一种制造介质谐振器天线的方法，该方法包括:形成具有至少第一平坦表面的基板；在基板的第一平坦表面上沉积并图案化馈线；形成聚合物基谐振器本体，包括在基板的第一平坦表面上且至少部分在馈线上的至少第一本体部分；经由图案掩模将聚合物基谐振器本体暴露于光刻源，其中图案掩模限定将要形成在聚合物基谐振器本体中的腔，该腔在基本垂直于第一平坦表面的平面中延伸并至少部分暴露出馈线的第一馈线部分；显影聚合物基谐振器本体的至少一个暴露部分并移除至少一个暴露部分以呈现出腔；在腔内沉积传导馈电结构，该馈电结构电耦合到第一馈线部分并远离馈线延伸通过腔。
[0025]在一些实施例中，进行多次所述形成，以逐渐增加聚合物基谐振器本体的厚度。
[0026]在一些实施例中，所述形成包括接合至少一个聚合物基材料薄片。
[0027]在一些实施例中，所述形成包括模铸聚合物基谐振器本体并在200°C以下的温度下烘焙。
[0028]在一些实施例中，光刻源是X射线源。
[0029]在一些实施例中，光刻光源是紫外光源。
[0030]在一些实施例中，该显影是在250°C以下的温度下进行的。
[0031 ] 在一些实施例中，馈电结构是用电镀沉积的。
[0032]在一些实施例中，馈电结构远离馈线延伸通过腔，并且馈电结构具有在腔高度的10-100%之间的高度。
[0033]在一些实施例中，该方法进一步包括通过在沉积期间控制馈电结构高度调谐介质谐振器天线。
[0034]在一些实施例中，第一主体部分由介质材料构成，该介质材料在制造之后保留。
[0035]在一些实施例中，形成聚合物基谐振器本体还包括形成邻接第一本体部分的至少第二本体部分。
[0036]在一些实施例中，第二本体部分邻接于第一本体部分的外壁，且馈电结构合适地接合在第一本体部分和第二本体部分之间。
[0037]在一些实施例中，该方法进一步包括在腔内形成第二本体部分，并且馈电结构合适地接合在第二本体部分的外壁和第一本体部分的内壁之间。
[0038]在一些实施例中，该方法进一步包括在形成第二本体部分后去除第一本体部分。
[0039]在一些实施例中，第二本体部分由与第一本体部分不同的材料构成。
[0040]在一些实施例中，聚合物基谐振器本体由纯聚合物光致抗蚀剂材料制成。
[0041 ] 在一些实施方案中，聚合物基谐振器本体由复合聚合物基光致抗蚀剂材料制成。
[0042]在可选实施例中，提供一种制造介质谐振器天线的方法，该方法包括:形成具有至少第一平坦表面的基板；沉积并图案化在基板的第一平坦表面上形成的馈线；形成聚合物基谐振器本体，包括:形成布置在基板的第一平坦表面上和至少部分在馈线上的第一本体部分；经由图案掩模将聚合物基谐振器本体暴露于光刻源，其中图案掩模限定将要形成在在基本垂直于第一平坦表面的平面中延伸的第一本体部分中的第一腔，并且该图案掩模进一步限定将要形成在第一腔的壁和第一本体部分的外壁之间的第二腔，其中第二腔暴露馈线的第一馈线部分；和显影聚合物基谐振器本体的至少一个暴露部分并移除至少暴露部分，以呈现出第一腔；进一步形成提供在第一腔内的第二本体部分；和沉积布置在第二腔内的传导馈电结构，该馈电结构电稱合到第一馈线部分并远离馈线延伸通过第二腔。
[0043]在又一个广泛的方面，提供了一种介质谐振器天线，包括:具有至少第一平坦表面的基板；聚合物基谐振器本体；和激励结构，其用于激励聚合物基谐振器本体，其中聚合物基谐振器本体在大致垂直于基板的方向上包括延伸通过聚合物基谐振器本体的多个金属内含物，并且其中以规则的图案提供多个金属内含物，以增强聚合物基谐振器本体的有效相对介电常数。
[0044]在一些实施例中，多个金属内含物具有大致H形的轮廓。[0045]在又一个广泛的方面，提供一种介质谐振器天线，包括:具有至少第一平坦表面的基板；耦合到基板的谐振器本体；在基板的第一平坦表面上的馈线，该馈线具有第一宽度；至少部分定位在基板和谐振器本体之间的传导馈电结构，该传导馈电结构具有比馈线的第一宽度宽的第二宽度；锥形馈线部分，该锥形馈线部分具有带有第一宽度的第一侧和带有第二宽度的第二侧，第一侧电耦合到馈线，第二侧电耦合到传导馈电结构；锥形馈线部分可以具有梯形形状。
[0046]在又一个广泛的方面，提供一种介质谐振器天线，包括:具有至少第一平坦表面的基板；耦合到该基板的谐振器本体；至少部分在谐振器本体和基板之间延伸的微带馈线，其中馈线离在距基板表面第一距离处邻接谐振器本体，并且其中馈线具有被选择来提供预定阻抗的宽度和厚度。
[0047]馈线的厚度可以基本上超过平面金属波导厚度。在一些情况下，该厚度在100 μ m和1000 μ m之间。
[0048]天线可以进一步包括布置在馈线和基板之间的介质支撑。该介质支撑可以具有低的相对介电常数，例如小于10。
[0049]在一些情况下，馈线的宽度对应于介质支撑的宽度。在一些情况下，第一距离等于馈线的厚度和介质支撑的厚度。
[0050]该预定阻抗可以是50 Ω。
[0051]在又一个广泛的方面，提供一种介质谐振器天线，包括:具有至少第一平坦表面的基板；形成于基板的第一平坦表面上的馈线；包括布置在基板的第一平表面上和至少部分馈线上的至少第一本体部分的谐振器本体；其中第一本体部分至少部分地限定在基本上垂直于第一平坦表面的平面内延伸的腔，其中该腔暴露出馈线的第一馈线部分；设置在腔内的馈电结构，该馈电结构电耦合到第一馈线部分并远离馈线延伸通过腔；具有内壁、外壁、顶壁和底壁的介质馈电部分，底壁与顶壁相对，介质馈电部分沿着其底壁至少部分布置在馈线上并沿着内壁邻接谐振器本体；和沿着介质馈电部分的外壁布置的外部带，外部带基本垂直于第一平坦表面从介质馈线部分的顶壁向底壁延伸。
[0052]在一些情况下，馈电结构远离馈线延伸通过该腔的量在腔高度的10-100%之间。
[0053]在一些情况下，外部带远离顶壁延伸的量在介质馈电部分高度的10-100%之间。
[0054]介质馈电部分可以由与谐振器本体不同的材料构成。谐振器本体可以具有小于10的相对介电常数。
【专利附图】

【附图说明】
[0055]为了更好地理解本文描述的实施例以及更清楚地示出它们可以如何实现，现在将仅借助实例参考其中示出了至少一个示例性实施例的附图，并且其中:
[0056]图1A示出了用深X射线光刻制造的第三阶科赫岛分形结构的聚合物基天线元件；
[0057]图1B示出了以更高的放大倍数显示侧壁细节的图1A的天线元件；
[0058]图2A和2B示出了纯PMMA的相对介电常数和介质损耗角正切作为频率的函数的示例性图；
[0059]图3A和3B示出了 SU_8的相对介电常数和介质损耗角正切作为频率的函数的示例性图；
[0060]图4A和4B示出了基于具有包括48% (重量)复合材料的氧化铝微粉末的PMMA的复合材料的相对介电常数和介质损耗角正切作为频率的函数的示例性图；
[0061]图5A和5B示出了基于具有包括48% (重量)复合材料的氧化铝微粉末的SU_8的复合材料的相对介电常数和介质损耗角正切作为频率的函数的示例性图；
[0062]图6A示出了示例性的PRA ；
[0063]图6B示出了图6A的PRA的反射系数作为频率的函数；
[0064]图6C示出了对应于图6A的PRA的E面图案；
[0065]图6D和6E示出了带馈电的PRA的反射系数的图；
[0066]图7A至7C示出了具有嵌入式垂直金属带的示例性PRA ；
[0067]图7D示出了图7A至7C的PRA的反射系数的图；
[0068]图8A示出了具有嵌入式高金属垂直馈电结构的另一示例性PRA的分解立体图；
[0069]图8B示出了图8A的PRA的反射系数的图；
[0070]图9A示出了具有嵌入式高金属垂直馈电结构的另一示例性PRA的分解立体图；
[0071]图9B示出了图9A的PRA的备选框架的等距视图；
[0072]图9C示出了图9A的PRA的反射系数的图；
[0073]图1OA示出了具有嵌入式高金属垂直馈电结构的另一示例性PRA的分解立体图；
[0074]图1OB示出了图1OA的PRA的反射系数的图；
[0075]图1OC和IOD示出了图1OA的PRA的辐射图案的图；
[0076]图1lA示出了具有嵌入式垂直金属元件阵列的示例性谐振器本体的分解立体图；
[0077]图1lB示出了具有嵌入式金属增强谐振器的另一示例性PRA的图；
[0078]图1lC示出了图1lB的PRA的反射系数的图；
[0079]图1lD示出了具有包括嵌入式垂直金属元件阵列的谐振器本体的另一示例性PRA的等距视图；
[0080]图12示出了示例性的光刻制造工艺；
[0081]图13示出了具有改进的馈线的示例性介质谐振器天线的等距视图；
[0082]图14A示出了比较图13的DRA和常规DRA的反射系数的极坐标中的史密斯圆图；
[0083]图14B示出了对应于图14A的史密斯圆图的反射系数的图；
[0084]图14C和14D示出了图14A和14B的示例性实施例的谐振器本体内部的电近场分布；
[0085]图14E和14F分别示出了在图14A至14D的示例性实施例中天线的归一化辐射图案在25GHz的E面和H面；
[0086]图14G示出了在图14A的示例性实施例的反射系数的图上改变谐振器侧宽度的效果;
[0087]图14H示出了对于各种馈线形状的反射系数的图；
[0088]图15A和15B分别示出了双垂直馈电结构的示例性实施例的等距视图和平面图；
[0089]图16A示出了对于图15A和15B的示例性实施例的对于变化长度Li的反射系数变化的图；
[0090]图16B示出了图15A和15B的示例性实施例的对于变化长度Le的反射系数变化的图；
[0091]图17A至17F示出了图15A的DRA的一个结构的E面和H面切割中的辐射图案；
[0092]图18示出了在一个结构中没有外部带的DRA的E面切割中的辐射图案；
[0093]图19示出了在一个结构中没有外部带的DRA的H面切割中的辐射图案；
[0094]图20A示出了具有改进的馈线的示例性DRA实施例的侧视图；
[0095]图20B示出了图20A的DRA的平面图；
[0096]图20C示出了对于各个馈线厚度的反射系数的图；
[0097]图21A示出了具有改进的馈线和介质支撑的示例性DRA实施例的侧视图；
[0098]图21B示出了图21A的DRA的平面图；和
[0099]图21C示出了对于各种介质支撑厚度的反射系数的图。
[0100]本领域技术人员将理解，下面描述的附图是仅用于说明目的。将意识到，为了说明简单和清楚，附图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，可以相对于其它元件夸大一些元件的尺寸。此外，在认为适当时，可以在多个图中重复附图标记以指示相应或类似的元件。
【具体实施方式】
[0101]使用聚合物基的材料制造DRA可能有助于在商业应用中更多地使用这类天线。聚合物的自然柔软性可以大大简化制造并且它们的低的相对介电常数可以进一步增强DRA的阻抗带宽。
[0102]本文描述的是小型射频(RF)天线和使用非传统的聚合物基材料的装置及其制造方法。所描述的小型RF天线能够实现对于各种出现的无线通信和传感器装置(例如，微型接收器/发送器、个人/耐磨/嵌入式无线设备等)、汽车雷达系统、小卫星、RFID、传感器和传感器阵列网络、生物相容的无线装置和生物传感器)的提高的性能和增加的功能。尤其是，这些聚合物基的天线装置可以称为聚合物或聚合物基的谐振器天线(PRA)。
[0103]目前，对RF无线装置的持续小型化的最大障碍之一是天线结构，该结构占总器件尺寸的很大一部分。近来，陶瓷基介质谐振器天线(DRA)已吸引了对小型化无线和在微波和毫米波频率的传感器应用的增加的关注。DRA是具有横向尺寸的三维结构，其可以比传统的天线小几倍并且其可以提供优良的性能。尽管陶瓷基的DRA有优良的性能，但由于关系到它们的三维结构引起的复杂的和昂贵的制造工艺以及制造并成形硬质陶瓷材料的困难，它们没有被广泛用于商业无线应用。
[0104]与此相反，本文描述的聚合物基的DRA会促进更容易制造，同时保留陶瓷基DRA的很多好处。尤其是，例如，聚合物的固有的柔软性可以通过使用光刻批量制造或其它3D印刷或微机械加工工艺显著简化介质元件的制造。然而，必须有效地激发聚合物基的DRA以在微波和晕米波频率共振和福射。
[0105]由于聚合物基材料的固有的柔软性，使用这些材料可以显著地简化制造。在一些情况下，可以使用纯的光致抗蚀剂的聚合物用于直接曝光。在其它情况下，复合的光致抗蚀剂的聚合物(例如，混合有例如陶瓷粉末或其它材料的聚合物)用于直接接触。也可以使用例如本文参考图9A和9B所描述的其它材料。而且，假如使用的聚合物材料有非常低的相对介电常数，使用聚合物基的材料可以提供宽的阻抗带宽。尤其是，可以使用具有所选参数的各种不同的聚合物类型来满足特定应用的要求或达到所希望的性能特性。例如，使用光刻工艺，光致抗蚀剂的聚合物(例如PMMA)可以有利于DRA的制造并且可以使用弹性聚合物(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))来制得柔韧的低轮廓的PRA。
[0106]聚合物材料还可以与各种填充材料混合以制造复合材料。如果适当地混合，工程复合材料可以提供非凡的性能。可以使用的复合材料包括自供电复合材料、铁电的复合材料和铁磁的复合材料。
[0107]自供电复合材料是能够将太阳能转换为电能的材料，从而提供电力以供微波电路使用。这类材料的例子包括碳纳米管和CdS纳米棒或纳米线。
[0108]铁电复合材料是可以响应于所施加的(例如DC)电压改变天线特性的材料，从而在微波电路的设计和操作方面引入灵活性。这种材料的例子是BST (钛酸锶钡)，其是一种类型的陶瓷材料。
[0109]铁磁复合材料与铁电材料类似，不同之处在于它们通常响应于施加的磁场改变天线特性。这种材料的例子包括聚合物-金属(铁和镍)纳米复合材料。
[0110]也可以使用高相对介电常数的陶瓷来提供特定的性能特征。
[0111]这种填料可以允许设计可以动态适应的(例如，频率或极化灵活，或者具有可重新配置的辐射图案)“智能”的PRA。这种PRA例如在适应的无线系统中是特别有用的。
[0112]正如上面提到的，光致抗蚀剂和/或光敏聚合物可以与光刻制备工艺组合使用来实现具有精确特征的天线结构。尤其是，发展已知的光刻技术能够实现具有小特征的无源器件的制造。
[0113]然而，延长这些光刻技术来制造高性能的无源微波部件-其通常占超过无线收发器中的电路元件的75% -以前已经受到阻碍，因为UV光的渗透深度对于图案化高层结构通常是不够的，常见的是厚的光致抗蚀`剂材料。通常，厚的结构可以提高各种金属部件(例如，通过制作高的、低损耗的小型结构)的性能，由于没有表面电流和金属损耗，并且还由于制造微小的三维结构的难度，特别希望厚结构的制造用于合适在毫米波频率使用的介质元件。
[0114]在一些实施例中，发现X射线光刻是用合适的精度和批量制造能力在厚材料中实现高结构的图案化的合适的制造技术。
[0115]X射线光刻是一种可以利用同步加速器辐射来制造三维结构的技术。结构可以被制造为具有高度可达数毫米(例如，目前的技术典型地最多为3至4_)，以及在微米或亚微米范围内具有最小的横向结构特征(即，布局图案)。相对于诸如UV光刻的其它制造技术，X射线光刻可以产生具有更好侧壁垂直度和更精细特征的高得多的结构(可达数毫米)。
[0116]现在参考图1A和1B，示出了聚合物基天线元件100的示例性扫描电子显微镜(SEM)图像，在闻品质微型结构的制造中显不出X射线光刻技术的能力。图1Atj^出了用深X射线光刻制造的第三阶科赫岛分形结构的聚合物基天线元件100。如所示的，天线元件100的厚度为1.8mm，优良的侧壁垂直度大于89.7°，粗糙度为26± 12nm量级。图1B示出了以较高的放大倍数示出侧壁细节的相同的天线元件100。
[0117]X射线光刻技术也可以用于制造高的金属结构(例如，电容器、滤波器、传输线、腔谐振器和耦合器等)，因此可以允许在一个共用基板上制造集成的PRA电路(例如，阵列结构、馈电网络和其它微波部件)。[0118]X射线光刻技术可以使用比传统的光学光刻技术更多能量和更高频率的辐射，以产生具有最小尺寸大小小于I微米的非常高的结构。X射线光刻制造包括在基板上涂覆光致抗蚀剂材料，通过掩模曝光同步加速器辐射，并使用合适的溶剂或显影剂显影该材料的步骤。
[0119]X射线光刻技术也可以是所谓的LIGA工艺的初始阶段，其中LIGA是LithographiesGalvanoformung和Abformung (光刻、电沉积和模塑)的德文缩写。LIGA工艺还可以包括金属的电铸和塑料的模塑，其没有严格要求生产介电结构。
[0120]可以修改和优化X射线光刻制造，用于不同的材料和结构要求。可以选择X射线光刻制造中使用的材料，以满足X射线光刻制造本身所需的光刻性能和所制造的天线的随之产生的电性能。
[0121]尤其是，将被选择用于合适材料的电气特性包括相对介电常数和介电损耗。在介质天线的应用中，可以选择的材料具有低的介电损耗(例如，损耗角正切高达约0.05，或可能更高，这取决于应用)。例如，值小于约0.03的损耗角正切会导致天线的大于90%的辐射效率。
[0122]在一些实施例中，材料的相对介电常数可以选择为在8和100之间。在其它实施例中，相对介电常数可以小于约10。在一些具体实施例中，相对介电常数可以为约4或更低。
[0123]可以选择用于X射线光刻微细加工的合适的聚合物基材料，使得简化沉积工艺，并且显示出对X射线的灵敏性以便于图案化。因此，在一些实施例中，使用纯的光致抗蚀剂材料。在一些其它实施例中，也可以使用光致抗蚀剂的复合材料。
[0124]纯光致抗蚀剂的聚合物材料可以最有效地促进X射线光刻制造，但也可以在天线性能方面不太理想。适于X射线光刻的光致抗蚀剂材料的例子包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和 Epon SU-8。
[0125]PMMA是常用在电子束和X射线光刻中的单组分正抗蚀剂。它可能表现出相对差的敏感性，因此要求高曝光剂量进行构图。然而，用专用显影剂实现的选择性(即对比度)可以非常高，从而导致优良的结构质量。有时通过胶将非常厚的PMMA层涂布在基板上。然而，图案化厚层可能需要非常深的X射线和用于光束线反射镜和过滤器的特殊调整。
[0126]PMMA在紫外线光谱表现出相对较小的吸收，这使得它作为光学光刻的候选不太理想。然而，PMMA在可见光范围内表现出优良的光学透明性，这使得它在微光学应用中是有用的。
[0127]现在参考图2A和图2B，示出了纯PMMA的相对介电常数和介质损耗角正切作为频率的函数的图。PMMA的这些电特性是用两层微带环形谐振器的技术测定的。在IOGHz时，相对介电常数和介质损耗角正切经测定分别为2.65和0.005。相对介电常数随着频率的增加而减小，在40GHz达到2.45。相反，介质损耗角正切随着频率的增加而增加，在40GHz达到 0.02。
[0128]纯PMMA的低的相对介电常数可能使得其不太适合某些介质天线的应用。
[0129]Epon SU-8是一种适合于紫外线和X射线光刻的三组分负抗蚀剂。SU-8在350-400nm之间的波长表现出最大的灵敏度。然而，使用化学放大允许非常低的曝光剂量。因此，其它波长，包括0.0l-1Onm之间的X射线波长，也可以使用SU-8。[0130]SU-8的高粘度允许在多个步骤模铸或旋涂非常厚的层。然而，副作用，如T型套圈，可能会导致诸如不想要的剂量贡献于抗蚀剂顶部、交联过程中由收缩引起的应力和与电镀的不兼容的缺陷。
[0131]在已知的技术中已经报道了用于SU-8的介电特性的各种数值。例如，SU-8的介电常数已被报告为在2.8和4之间。这些报道的电性能的变化可能是由于多种因素，包括使用不同的商业类型的SU-8 (例如SU-8 (5)、SU-8 (10)、SU_8 (100)等等)、预烘焙和后烘焙条件(例如时间和温度)以及曝光剂量。因此，使用SU-8可能需要仔细的表征特别选定类型的SU-8的电性能和制造步骤的相应调整。
[0132]现在参考图3A和3B，示出了 SU_8的相对介电常数和介质损耗角正切作为频率的函数的图。SU-8的这些电性能是使用两层微带环形谐振器的技术独立测量的。在IOGHz时，相对介电常数和介质损耗角正切分别测定为3.3和0.012。相对介电常数随着频率的增加而减小，在40GHz达到3.1。相反，介质损耗角正切随着频率的增加而增加，在40GHz达到
0.04。
[0133]如本文所示，纯的光致抗蚀剂材料对于微波和天线应用不是最佳的。因此，希望改善它们的电性能。在一些实施例中，增强毫米波和微波波长的期望性质的材料，如陶瓷粉末和微粉末，可以被加入到低粘度的光致抗蚀剂材料。其它填料可以包括碳纳米管和CdS纳米线，活性铁电材料和高相对介电常数的陶瓷，它们可以被选择以形成具有所需性能的材料，如增强的可调谐性或自供电能力。所得到的光致抗蚀剂的复合材料可以提供适合于介质天线应用的更宽组的可实施材料。在某些情况下，使用这样的复合材料会改变光致抗蚀剂性能，需要调整光刻加工或制造过程中的附加步骤。
[0134]这种光致抗蚀剂的复合材料的例子包括并入氧化铝微粉末的PMMA复合物，以及还并入氧化铝微粉末的SU-8复合物。
[0135]现在参考图4A和4B，示出了基于具有含复合物的48% (重量)的氧化铝微粉末的PMMA的复合物的相对介电常数和介质损耗角正切作为频率的函数的图。PMMA复合物的这些电特性是用两层微带环形谐振器的技术测定的。
[0136]与纯PMMA的相对介电常数和损耗角正切相比，可观察到有改善，而复合物仍然适合用于光刻制造中。例如，相比纯PMMA在30GHz约2.5的相对介电常数，PMMA复合物的相对介电常数在30GHz为约3.9。类似地，相比纯PMMA在30GHz约0.015的损耗角正切，复合物的损耗角正切在30GHz为约0.01。
[0137]现在参考图5A和5B，示出了基于具有含复合物的48% (重量)的氧化铝微粉末的SU-8的复合物的相对介电常数和介质损耗角正切作为频率的函数的图。SU-8复合物的这些电特性是用两层微带环形谐振器的技术测定的。
[0138]再有，可以观察到SU-8复合物的电性能的改进。例如，相比纯SU-8在30GHz约
3.2的相对介电常数，SU-8复合物的相对介电常数在30GHz为约5。类似地，相比纯SU-8在30GHz约0.03的损耗角正切，复合物的损耗角正切在30GHz为约0.02。
[0139]可以使用各种复合物，其可以包括其它基的光致抗蚀剂材料或增强填料的其它电特性。光致抗蚀剂材料和增强填料的电特性可以以各种比例组合，这取决于所需的电性能和制造工艺。
[0140]因此，将意识到，该描述的实施例不限于光致抗蚀剂基的聚合物材料(例如，纯光致抗蚀剂材料，如SU-8和PMMA，和光致抗蚀剂的复合材料，如混合有陶瓷或其它填料的SU-8和PMMA)。然而，光致抗蚀剂基的材料适合于在厚层中具有精确特征的天线结构的光刻制造，尤其是如果它们便于使用深穿透光刻技术，如厚抗蚀剂UV光刻或深X射线光刻(XRL)0
[0141]非常低的相对介电常数的PRA的激发会存在问题，但是在某些情况下仍然可以使用已知的方法来实现。例如，可以使用缝隙馈电机构或微带馈线机构。在这种布置中，谐振器本体是从下方供给的，例如沿基板的表面。
[0142]然而，可以使用高金属垂直结构实现更有效的耦合，其中该垂直结构通常垂直延伸远离底座或基板。这样高的金属垂直结构可以利用深X射线光刻制造技术图案化并制造。在这样的布置中，缝隙馈电或微带馈送激励机制可以用垂直结构激励机制替换。
[0143]具有高金属垂直结构的天线的一个例子是垂直开放端的带状结构，如图6A所示。现在参考图6A，示出了包括聚合物谐振器605的PRA600，其是由金属垂直带610馈送的。垂直带610具有约2mmX 1.4mm的尺寸，并且电稱合到微带馈线620。
[0144]现在参考图6B，示出了 PRA600的反射系数作为频率的函数。将意识到，超宽带操作可以使用PRA600实现。
[0145]然而，现在参考图6C，示出了对应于PRA600的E面图案。E面图案由于在谐振器605的侧壁上存在金属结构(例如垂直带610)而倾斜。因此，存在相对于y-ζ面在E面图案结构中可观察到的不对称性。在更高的频率更容易观察到这种不对称的效果。
[0146]通过比较缝隙馈电天线，主模的共振可以从对于对应的缝隙馈电天线的约
32.5GHz降低到对于天线600的23GHz。因此，天线尺寸可以由于使用金属带而小型化。
[0147]可以在接近主模的谐振频率的频率处激励具有类似辐射图案的PRA的高阶模式(例如在37GHz的TE131和在更高频率的TE151 )。结果是，超宽带天线的操作可以由于在不同频率存在多种模式来实现。
[0148]也可以使用带馈电结构(如天线600)来馈送具有相对介电常数小于4的纯SU-8结构。现在参考图6D和6E，示出了带馈电的PRA的反射系数的图。图6D示出了具有相对介电常数为3.5的PRA的反射系数。图6E示出了相对介电常数为3.2的PRA的反射系数。
[0149]因此，可以观察到，即使是对于相对介电常数为3.2的天线，主模的谐振频率为
25.5GHz并且保持天线的-1OdB的超宽带宽。
[0150]虽然希望垂直带馈电机构提供上面描述的超宽带宽性能，但在实践中很难有效地激发这种低相对介电常数的聚合物基DRA。甚至金属带和光致抗蚀剂聚合物之间的相对小的间隙也会对PRA的性能产生严重的负面影响。而且，外部的垂直带难以制造。例如，由于材料的差的粘合性能，将垂直的金属带永久性地粘贴到光致抗蚀剂聚合物材料是有挑战性的。
[0151]因此，为了缓解这一问题，在本文中描述了嵌入在PRA的聚合物谐振器内的高垂直金属结构。可以制造这种嵌入式高垂直金属结构以避免需要将该带粘贴于聚合物谐振器的外表面。有利的是，相比具有粘贴于外部侧壁的带的PRA，以上述方式制造的PRA的反射系数显示出良好的性能。
[0152]通过并入高的垂直嵌入式金属馈电结构，PRA可以设计成相比传统的DRA具有约50%的缩小尺寸。另外，具有嵌入式高的金属馈电结构的PRA能够实现提供附加的控制带宽和频率响应的模式。
[0153]现在参考图7A至7C，示出了具有嵌入式垂直金属带的示例性PRA700的三个不同视图。图7A示出了 PRA700的等距视图，其包括具有嵌入孔710的谐振器本体705。谐振器本体705位于基板790和馈线780的顶上。
[0154]图7B示出了 PRA700的等距剖视图，揭示了嵌入在孔710内的高的垂直金属结构720。最后，图7C示出了 PRA700的平面图。
[0155]高的金属垂直结构720可以是例如在100-200之间微米厚，并且可以在聚合物谐振器内形成的孔中制造几毫米的宽和高。另外，高的金属垂直结构可以定位在距离侧壁100-200微米之间。高的金属垂直结构的精确定位可以通过仿真和试验来确定，特别是通过分析该聚合物结构内部的电磁场图案来确定。
[0156]嵌入式高金属馈电结构的高度可以被确定为PRA谐振器本体高度的一小部分，并且基于该本体材料的相对介电常数。典型地，金属馈电结构具有在PRA谐振器本体高度的10-100%的高度，并且对于较高相对介电常数的PRA通常是较短的。可以使用具有各种横向拓扑结构(例如，矩形、正方形、圆形或任意复杂的横向形状)的馈电元件，并且可以使用PRA内的各种布置位置来实现期望的天线和耦合性能。
[0157]也可以选择嵌入式高金属馈电结构的高度，以控制PRA中的高阶谐振模式的谐振频率。这些模式可以通过嵌入式垂直金属馈电结构的大小及成形小心控制，以实现超宽带天线的性能。尤其是，这些模式的谐振频率可以通过改变嵌入式垂直金属馈电结构的高度(例如，PRA谐振器本体高度的10-100%之间)来调节。
[0158]现在参考图7D，示出了 PRA700的反射系数的图，其中聚合物谐振器本体705的相对介电常数为3.2。反射系数可以与图6E的外部带馈电的PRA作比较。
[0159]嵌入式馈电的PRA如PRA700，包括馈电结构，可以使用光刻技术来制造。
[0160]在用光致抗蚀剂模板电镀的常见应用中，在形成金属体之后移除模板或框架。然而，在本文描述的至少一些实施例中，可以在电镀之后保持聚合物或聚合物基的模板(例如光致抗蚀剂)，以用作包围金属馈电结构的功能性介质材料。
[0161]因此，在一些实施例中，可以使用聚合物材料作为电镀模板，并且另外形成PRA(例如谐振器本体)的实际结构。然而，在变形的实施例中，可以移除至少一些电镀模板。
[0162]例如，为了制造PRA700，可以使用UV光刻技术在微波基板上制造馈线。聚合物基光致抗蚀剂可以被模铸或形成(如果需要的话，多次)并且在250°C (如95°C)以下的温度下烘焙。在一些备选实施例中，光致抗蚀剂可以通过例如粘合或胶合多个预铸造的聚合物基材料片形成。接下来可以使用X射线或超深UV曝光图案化天线边缘附近的窄间隙或孔并显影，通常在室温下进行。最后，将得到的间隙随后填充金属(通过电镀或其它方式)到所要求的高度，以产生嵌入式垂直带。
[0163]明显地，这些制造工艺可以在相对低的温度下进行并且没有烧结，这将限制可使用的聚合物材料的范围以及特征尺寸。
[0164]当使用金属电镀时，可以使用微带线780作为电镀基底来启动电镀工艺。在LIGA工艺中证明了微观结构的电镀用于具有几个毫米高度的复杂结构。
[0165]对于2mm高的结构，垂直于最小横向尺寸的纵横比在10_20的范围内，从而很好的在已知的制造技术的能力范围内。[0166]增加的表面粗糙度可以对应于增加的金属损失。然而，使用X射线光刻工艺，金属带的侧壁可以制造为非常光滑，具有几十纳米量级的粗糙度。这允许在毫米波频率增加天线的效率，其对于高频阵列的应用特别有吸引力的，其中损耗的主要部分可以归因于馈电网络。
[0167]制造复杂形状的PRA的能力允许谐振器本体和其它元件根据需要成形。例如，PRA元件的横向形状可以是正方形、矩形、圆形或具有任意的横向几何形状，包括不规则碎片形状。因此，谐振器本体可以具有对应于立方体(对于正方形横向几何形状)、圆柱体(用于圆形的横向几何形状)等的三维结构。
[0168]如上所述，利用深穿透光刻技术，如厚抗蚀剂的UV光刻或深X射线光刻(XRL)，可以用厚的聚合物或聚合物复合层制造PRA元件，可达数毫米的厚度。在一些备选实施例中，可以使用其它3D打印或微机械加工工艺。
[0169]也可以使用多种制造方法，包括直接制造、或者通过将介质材料注入到由光致抗蚀剂材料形成的光刻制造的框架或模板中。使用这种框架能够使用具有宽范围介质材料的复杂形状，否则使用其它制造技术制造可能是非常困难的。
[0170]现在参考图8A，示出了具有嵌入式高的金属垂直馈电结构的例子PRA的分解立体图。PRA800包括接地层810、基板825、馈线815、高的金属垂直馈电结构820和谐振器本体830。
[0171]基板825可以是微波或毫米波基板材料，接地层810可以粘附到该基板材料。
[0172]根据所使用的制造工艺，例如，基板825可以是根据工艺要求掺杂的一层氧化铝、玻璃或硅。
[0173]谐振器本体830可以由如本文描述的聚合物或聚合物基材料形成，并且具有在其中限定的孔或腔840。在一些实施例中，谐振器本体830可以具有方形或矩形的拓扑结构。在其它实施例中，可以使用不同的形状，如圆形、不规则碎片或其它复杂的形状。
[0174]例如，使用如本文所述的X射线或深UV光刻，可以将孔840形成为与馈电结构820紧密接合。在一些实施例中，可以使用孔840作为模具(例如使用电镀等)制造馈电结构820，以保证金属紧密接合到孔壁。
[0175]馈电结构820和孔840可以具有基本平坦的矩形形状，并且通常布置为接近谐振器本体830的外壁，使得该细长边缘基本平行于该外壁。在一个实施例中，馈电结构820和孔840可以被布置有距离谐振器本体830的外壁在100-300微米的细长边缘。
[0176]在一些其它实施例中，馈电结构820和孔840可以具有不同的横向形状的拓扑结构，例如，圆形、不规则碎片或其它复杂的形状。
[0177]馈电结构820由导电材料(例如金属)制成，并且基本垂直地从基板825的表面延伸进入孔840。优选地，馈电结构820具有对应于谐振器本体830的厚度的10-100%之间的高度。也就是说，馈电结构820可以是孔840的高度的10-100%。
[0178]馈电结构820被电耦合到馈线815，并且在矩形形状的情况下，可以具有通常对应馈线815的宽度的宽度。馈线815的宽度可以基于基板的厚度和相对介电常数，并且通常可以被设计用于典型的系统阻抗(即:50欧姆)。
[0179]在第一个具体实施例中，谐振器本体830具有正方形横向拓扑结构(6mmX 6mm的顶视图尺寸)和2mm的高度。在本实施例中，馈电结构820具有细长边为2.4mm宽、短边为200微米和馈电结构的高度为1.4_ (即，谐振器本体厚度的70%)的矩形横向拓扑结构。馈电结构820被布置为距离谐振器本体830的边缘300微米。
[0180]在本实施例中，谐振器本体830由相对介电常数为5的聚合物基材料形成。在图SB中示出了用于该特定实施例的反射系数的图。
[0181]现在参考图8B，示出了当馈电结构的高度被制造成分别为1.1mm、1.4mm和1.7mm时用于上述第一特定实施例的反射系数的图。可以观察到，PRA800可以被有效地激发并且能够实现16.5GHz至29.5GHz的范围内的宽带性能。
[0182]也可以观察到改变馈电结构高度的影响。尤其是，两种谐振模式之间的频率距离可以随着不同的馈电结构的高度而改变，从而产生不同的阻抗带宽和双或宽频带工作。
[0183]现在参考图9A，示出了具有嵌入式高的金属垂直馈电结构的另一例子PRA的分解立体图。PRA900的一些元件通常可以与PRA800类似。例如，接地层910、基板925和馈线915通常可以分别与接地层810、基板825和馈线815类似，并且对于进一步的细节，读者可参考关于图8A的前面的描述。
[0184]框架950可以是第一主体部分，可以由光致抗蚀剂材料形成并且可以在其中定义孔或腔952。孔952可以填充有谐振器本体932或第二主体部分，其可以由聚合物或聚合物基介质材料组成。优选地，谐振器本体932具有比框架950高的相对介电常数。在一些备选实施例中，谐振器本体932可以由其它介质材料组成。与PRA800相反，孔952基本上可以比孔840大。
[0185]在一些实施例中，框架950可以在制造的较后阶段去除。
[0186]谐振器本体932可以具有方形或矩形的拓扑结构。在其它实施例中，可以使用不同的形状，如圆形、不规则碎片或其它复杂的形状。由于使用了框架950和用于形成谐振器本体932的填充技术，也可以使用复合的非光致抗蚀剂聚合物来形成谐振器本体932，另外或备选地，纯的光致抗蚀剂聚合物和复合的光致抗蚀剂聚合物。
[0187]在一些实施例中，可以在谐振器本体932和框架950的一个内壁之间形成对应于馈电结构920的形状的窄间隙。因此，馈电结构920可以紧紧且适合地接合在谐振腔体932和框架950的一个壁之间的该窄间隙中。因此，馈电结构920可以紧紧且适合地接合在框架950的壁内部的该窄间隙中。
[0188]现在参考图9B，示出了备选框架950’的等距视图。在框架950’中，可以在框架950’的一个内壁内部形成对应于馈电结构920的形状的孔940或第二腔。孔940可以以与孔840类似的方式形成。同样地，馈电结构920可以通过电镀来制造。
[0189]孔952或940可以使用例如如本文所述的X射线或深紫外线光刻来形成。孔940被示出具有矩形的拓扑结构，但是也可以使用其它的横向形状(例如，梯形、椭圆形等)。在某些情况下，孔940可以包括多个孔。
[0190]馈电结构920可以具有基本平坦的矩形形状并且被定位得接近谐振器本体932的外壁，以及框架950内壁的外部或内部，使得馈电结构920的细长边缘基本上平行于外壁。在一些备选实施例中，馈电结构920可以具有其它的横向形状和定位，如本文所述。
[0191]框架950’不一定有如图9B所述的“瘦”或“窄”的壁结构，并且在一些实施例中框架950’的壁可以是相对厚的，在一个或多个方向上延伸大的距离。在某些情况下，框架950’可以包括较大片的光致抗蚀剂材料(例如“孔模板”)，其中“孔模板”可以填充聚合物复合材料(并且，其中低介电常数的光致抗蚀剂的模板片可以保持下面的制造)。
[0192]馈电结构920由导电材料(例如金属)形成，并且基本垂直地从基板925的表面延伸。优选地，馈电结构920具有对应于谐振器本体932和框架950的厚度的10-100%之间的高度。也就是，馈电结构920可以是框架950的高度的10-100%。
[0193]馈电结构920被电耦合到馈线915，并且可以具有通常对应于馈线915的宽度的宽度。
[0194]在第二个特定实施例中，谐振器本体932具有矩形横向拓扑(4mmX6m的顶视图尺寸)和2mm的高度，并且框架950具有500微米厚度的壁。在本实施例中，谐振器本体932由相对介电常数为4的聚合物基材料形成，并且框架950由相对介电常数为2.3的光致抗蚀剂聚合物材料形成。在图9B中示出了用于该特定实施例的反射系数的图。
[0195]在本实施例中，馈电结构920具有细长边缘为4mm宽、短边缘为50微米和馈电结构的高度为1.5mm (即，谐振器本体厚度的75%)的横向带状拓扑结构。
[0196]现在参考图9C，示出了上面提到的第二个具体实施例的反射系数的图。可以观察至lj，PRA900可以被有效地激发并且也能够实现宽带性能。
[0197]现在参考图10A，示出了具有高的金属垂直馈电结构的另一个例子PRA的分解等距视图。PRA1000的一些元件通常与PRA800的类似。例如，接地层1010、基板1025和馈线1015通常分别与接地层810、基板825和馈线815类似，并且对于进一步的细节，读者可参考关于图8A的前面的描述。
[0198]第一谐振器本体1032可以由如本文所述的聚合物或聚合物基的材料形成。在一些实施例中，谐振器本体1032可以具有方形或矩形的拓扑结构。在其它实施例中，可以使用不同的形状，如圆形、不规则碎片或其它复杂的形状。
[0199]类似地，第二谐振器本体1034还可以由如本文所述的聚合物或聚合物基材料形成。在一些实施例中，聚合物材料可以与用于第一谐振器本体1032的材料相同。在其它实施例中，可以使用不同的聚合物或聚合物基材料。
[0200]在一些实施例中，第二谐振器本体1032可以是一侧上具有金属层的聚合物或聚合物基的基板，并且在该侧上馈电结构1022是通过机械加工或光刻金属层制造的。
[0201]馈电结构1022由导电材料(例如金属)形成,并且基本垂直地从基板1025的表面以及在第一和第二谐振器本体1032和1034之间延伸。优选地，馈电结构1022具有对应于一个或两个谐振器本体的厚度的10-100%之间的高度。也就是，馈电结构1022可以是第一谐振器本体1032或第二谐振器本体1034的高度的10-100%。
[0202]馈电结构1022电耦合到馈线1015，并且可以具有通常对应于馈线1015的宽度的览度。
[0203]在第三个具体实施例中，第一谐振器本体1032具有矩形横向拓扑(2.8mmX7mm顶视图尺寸)和2mm的高度,第二谐振器本体1034具有矩形横向拓扑结构(2.8mmX 0.4mm的顶视图尺寸)和2mm的高度。在本实施例中，第一谐振器本体1032和第二谐振器本体1034由相对介电常数为10的聚合物基材料形成。馈电结构1022具有2mm的高度(即，谐振器本体厚度的100 % )，并且是20微米厚和150mm宽。因此，在这种配置中，第一和第二谐振器本体1032和1034可以被认为是形成具有嵌入馈电结构1022的PRA。在图1OB中示出了用于该特定实施例的反射系数的图，以及在图1OC和IOD中示出了该具体实施例的辐射图案。[0204]现在参考图10B，示出了上面提到的第三个具体实施例的反射系数的图。可以观察至lj，PRA1000可以被有效地激发并且也能够实现宽带性能。
[0205]现在参考图1OC和10D，示出了上面提到的第三个具体实施例的辐射图案的图。在图1OC中可以观察到天线在第一共振模式中的辐射图案，在图1OD中可以观察天线在第二谐振模式中的辐射图案。为清楚起见，用粗线表示E面图。尤其是，对于第一和第二谐振模式，最大增益分别为5.95和7.75dB。如图所示，第二模式具有比第一共振模式的增益大接近2分贝。
[0206]也可以使用嵌入在谐振器本体中的垂直金属结构，用于除了供给PRA外的其它目的。例如，H形垂直金属元件的阵列可以嵌入在PRA谐振器本体中以提供本体的有效相对介电常数的增加。
[0207]现在参考图11A，示出了具有嵌入式垂直金属元件的阵列的示例性谐振器本体1100的分解立体图。
[0208]谐振器本体1132可以具有方形或矩形的拓扑结构。在其它实施例中，可以使用不同的形状，如圆形、不规则碎片或其它复杂的形状。
[0209]可以使用本文描述的技术制造垂直金属嵌入式元件1128并以阵列将其布置在谐振器本体1132中。在一些实施例中，嵌入式元件1128具有从上方观察时的“H”(或I柱)形。
[0210]元件1128可以由导电材料(例如金属)形成并且通过谐振器本体1132基本垂直地从基板的表面延伸。
[0211]现在参考图11B，示出了具有嵌入式金属增强的谐振器的PRA的第四具体实施例。PRA1100具有谐振器本体1132，其具有H形嵌入式金属元件1128的3X5阵列，如在图1lA所示的。谐振器本体1132由SU-8聚合物材料形成并且具有2.2mmX2.4mm的横向尺寸、其高度为0.6mm。H形的嵌入式金属兀件1128具有0.6mmX 0.4mm的横向尺寸和0.5mm的高度。金属元件1128的厚度为0.05mm。
[0212]与PRA800、900和1000相反，可以使用常用的缝隙馈电结构，如图所示。谐振器本体1132提供在8mmX 8mm基板1174上，在其相对侧上具有微带馈线1172。基板1176具有面向谐振器本体1132的0.6mmX 2.4mm的稱合缝。
[0213]现在参考图11C，示出了与其中谐振器本体1132已被相对介电常数为17、具有相同的尺寸、但没有任何金属内含物的简单矩形介电体替换的类似的PRA相比的PRA1100的反射系数的图。
[0214]可以观察到，PRA1100具有与常规的DRA非常相似的阻抗特性。PRA1100也具有相似的辐射特性，如增益和辐射效率。因此，嵌入式金属元件可以用作相对介电常数放大器，并且可以实现高相对介电常数超材料的合成，而不需要并入陶瓷粉末。因此，谐振器本体的尺寸-并且因此PRA的尺寸可以减小，同时保持相似的辐射特性。
[0215]现在参考图11D，示出了具有包括嵌入式垂直金属元件阵列的谐振器本体的变形PRAllOO'的等距视图。PRA1100’与PRA1100大致类似，除了其可以经由微带馈线1191而不是缝隙激发。
[0216]正如本文所提到的，通过改变阵列中的嵌入式金属内含物的数量、大小和间距，可以控制和改变PRA谐振器本体的有效相对介电常数。可控的相对介电常数的范围可以从纯聚合物或聚合物基材料(例如，约2或3)达17或更多。
[0217]类似地，通过采用这种可控制性，具有不同特性的多个PRA可以在单个工艺中一起制造，甚至在单个晶片或芯片上。这可能尤其希望用于多频带应用或反射阵列。
[0218]如本文所提到的，可以使用深光刻制造工艺，如X射线光刻，来制造嵌入式垂直金属结构。可以使用聚合物和聚合物基材料作为电镀的模板以及还作为最终的PRA结构。
[0219]现在参考图12，示出了示例性的光刻制造工艺1200。
[0220]工艺1200开始于1210，形成微波基板层1212和微带线或馈线1214。接着，在1220将聚合物层1222(例如，SU-8氧化铝复合物)建立在基板和馈线上。可以在低温下(如95°C)模铸并烘焙聚合物层1222多次，以建立所需厚度的层。
[0221]在1230，经由图案掩模1232将聚合物层1222暴露于准直的X射线源。在一些其它实施例中，可以使用其它光刻源，如深UV光刻。
[0222]在1240，随后显影(例如，在室温)聚合物层1222的暴露部分并去除暴露的部分，仅留下具有嵌入孔1244的最终的谐振器本体结构。
[0223]最后，在1250，孔1244填充有金属直至预定的高度，以产生垂直的嵌入式金属馈电结构1252。这可以使用受控的金属电镀来进行，馈线用作电镀基体以启动电镀工艺。
[0224]实验证实使用深X射线光刻工艺可使微结构的电镀用于具有几毫米高度的复杂结构。
[0225]除了制造方便和熟悉，可以通过具有嵌入式垂直金属馈电结构的PRA提供多个性能优点。
[0226]例如，嵌入式垂直金属结构可以有效地馈电具有相对介电常数小于4的PRA，能够使用纯的聚合物和光致抗蚀剂(如PMMA和SU-8)。
[0227]嵌入式垂直金属馈电结构提供了 PRA的谐振频率的显著降低，在一些例子中，能够使谐振器本体小型化约50%。
[0228]嵌入式垂直金属结构可能会在PRA中建立更高阶谐振模式，同时保持相似的辐射图案(例如，在更高频率的TE131和TE151)。这些模式的谐振频率可以通过嵌入式垂直金属馈电结构的大小和成形而被小心地控制，以实现超宽带天线的性能。尤其是，这些模式的谐振频率可以通过改变嵌入式垂直金属馈电结构的高度进行调谐，提供一种有效方式来控制PRA的频率响应。
[0229]另一个有用的特性是PRA的高阶谐振模式可以表现出较高的天线增益。这个特性可以被利用来增加PRA天线的增益，而无需使用阵列结构。
[0230]最后，如上面提到的，高的嵌入式金属结构可以分布在聚合物基的谐振器本体内，以增加有效天线的相对介电常数并显著小型化天线结构。
[0231]馈线形状
[0232]直接的微带馈线是用于激发DRA (和PRA)的有吸引力的备选方案，因为它便于天线与其它微波电路集成，并提供平面馈电分布网络阵列用于阵列配置。从微带馈线耦合至DRA的电磁能的量取决于许多参数，包括基板特性和介质谐振器相对于微带馈线的位置。然而，对于低介电常数介质谐振器(例如，介电常数ε/12)，即使调整这些参数，耦合一般也是很低的。
[0233]这种低介电常数的介质谐振器一般是希望用于宽带应用。传统上，为了提高耦合，可以在低介电常数的介质谐振器和微带馈线之间插入具有预定特性(例如，介电常数和厚度)的高介电常数材料的薄层，以增加电磁能的耦合。
[0234]本文描述的是可以使用改进的馈线，例如，具有低和非常低的介电常数的宽带DRA0改进的馈线可能尤其适合于供圆柱形谐振器本体使用。现在参考图13，示出了具有改进的馈线的示例性介质谐振器天线的等距视图。
[0235]DRA1300包括接地层1310、基板1325、馈线1315、锥形馈线部分1317、馈电结构1320和谐振器本体1330 (在一些实施例中，其可以是圆柱形的)。DRA1300 (包括接地层1310、基板1325、馈线1315和谐振器本体1330) —般与本文所描述的其它DRA和的PRA类似，例如，PRA800或PRA900，在这种情况下DRA1300可以进一步结合这些实施例中的附加元件(例如，馈电结构820和孔840)，尽管这些没有示于图13中。以免使锥形馈线部分1317的说明变得难理解。
[0236]馈线1315可以具有用于其长度的大致宽度《I。类似地，馈电结构1320，其可以是水平或垂直的馈电结构，具有大致宽度w2。
[0237]锥形馈线部分1317的厚度一般可与馈线1315相比，并且具有基本的梯形形状，其中面向馈线侧(即，馈线侧)，具有耦合到馈线1315的长度《I。锥形馈线部分1317的相对侧(即，谐振器侧)，具有宽度w2，被耦合到馈电结构1320。锥形馈线部分1317具有长度(SP，其平行边之间的距离)11。
[0238]现在参考图14A，示出了对于DRA1300和传统DRA的示例性实施例的比较反射系数的极坐标中的史密斯圆图。在该示例性实施例中，DRA1300被设计成在25GHz在厚度为0.79mm和介电常数为2.2的介质基板上谐振。选择介质谐振器具有~=5的介电常数和tan δ =0.02的损耗角正切值，以及具有5mmX5mmX 1.5mm的尺寸。DRA由锥形馈线部分馈电，该锥形馈线部分宽度wl=2.4mm, Il=Imm,以在宽带配置中有效地激发DRA的主模(TElll)0锥形馈线部分1317在匹配阻抗中的效果可以从图14A的反射系数观察到。
[0239]对于传统的50 Ω微带线馈电的DRA的反射系数是由主线1410示出的，而对于DRA1300的示例性实施例的反射系数是由主线1420示出的。可以观察到，传统的DRA的谐振回路布置在图14A的上侧。锥形馈线部分1317的引入使得反射系数的轨迹向史密斯圆图的中心移动。
[0240]现在参考图14B，示出了对应于图14A的史密斯圆图的反射系数的图。可以观察至丨J，获得了优良的阻抗匹配，并且从约21GHz到30GHz获得了 35%的-1OdB宽阻抗带宽。因此，通过增加阻抗匹配传输线(《2)的宽度，增加了耦合的量。
[0241]现在参考图14C和14D，示出了在图14A和14B的示例性实施例中的谐振器本体1330内的电近场分布。低介电常数DRA的主模是用适当的极化和方位激发的，并且在DRA内产生了强电场。
[0242]现在参考图14E和14F，分别示出了在图14A至14D的示例性实施例中的天线在25GHz的归一化辐射图案的E面和H面。虽然介质谐振器具有低介电常数(介电常数、=5)，但实现了相对低的交叉极化水平(例如，小于约-20dB)并且辐射模式在35%的阻抗带宽上是稳定的。实现DRA增益的峰值在25GHz为约7.5dB。具有tan δ =0.02的DRA的辐射效率在天线的频带内的90%以上。因此，该馈电机构对于PRA的使用是有吸引力的。
[0243]现在参考图14G，示出了在对于图14Α的示例性实施例的反射系数的图上改变馈线的谐振器侧的宽度的效果。可以观察到，耦合量随着馈线的谐振器侧的宽度《2的增加而增加。
[0244]现在参考图14H，示出了对于包括传统微带馈线、阶梯形馈线和带锥形馈线部分的馈线的各种馈线形状的反射系数的图。在阶梯形状和锥形形状配置的谐振频率处实现了强耦合。然而，在阶梯形微带线的情况下，阻抗带宽显著降低至20%，并且谐振频率降低了几个百分比。相反，具有锥形馈线部分的DRA显示出较好的性能。
[0245]平行的标准带馈电结构
[0246]近年来，已经试图通过考虑设计过程中的高阶模来提高DRA特性。例如，激发矩形和圆形DRA的高阶模来实现具有增强增益的宽边辐射图案。为了减轻制造在毫米波频率使用的天线的难度，天线的尺寸通常非常小，较大的DRA已被设计成在较高阶模下工作。与主模和较高阶模相关的共振频带以不同的方式合并，并使用不同的激发方法来设计具有较大阻抗带宽的DRA。例如，瓦片形状的矩形DRA能够产生具有密切谐振频率的多种模式，从而产生宽带操作。然而，这种方法会导致不同于所希望模式(例如，TExl21和TExll2)的非辐射模式的激发，这可能会导致具有高交叉极化水平的不稳定的辐射图案和在阻抗带宽方面增加的增益变化。
[0247]通常，随着天线共振数目增加，提高和保持介质谐振器天线在延长的阻抗带宽方面的性能可能会变难。也可以激发非辐射模式，甚至辐射模式不能用适当的极化和方向(例如倾斜的)激发，导致远场性能的退化。传统的尺寸减小方法可能对多模的DRA无效。增加介质谐振器的介电常数以小型化天线通常会导致减小用于单个模式的阻抗带宽，从而降低了总的天线带宽。因此，消除不必要的模式、调整各个模式之间的频率距离、减小天线尺寸和交叉极化以及保留宽带宽内的辐射图案的有效机制是可取的。
[0248]本文描述的是通过使用平行的垂直带来改善DRA在延长的阻抗带宽上的性能的方法。使用平行的垂直带可以提供设计工序中的若干个自由度，这可以用来增强DRA性能。
[0249]该垂直定向带可以为设计者调整天线特性提供相当大的灵活性。在所描述的方法中，“内部”垂直带内部可以连接到该微带线和与内部带平行提供的第二带。可以选择平行垂直带的长度以及它们之间的材料的介电常数和厚度来提高天线特性。包括高阶TE133模式的四个辐射模式可以使用这种方法来激发和操纵，以实现双频段或宽带天线。激发模式的辐射图通常是相似的，因此不会降低天线在阻抗带宽上的性能。
[0250]调整天线的纵横比允许多个共振被激发，这可以增加具有简单形状的DRA的可实现带宽，而不会影响设计(例如，无需使用复杂的形状、多个DRA、混合设计等)。虽然任一种天线特性的改善经常会导致其它的降级，但可以控制其它天线参数，如交叉极化、大小和与各个模式的临界耦合。因此，在设计过程中的更多自由度可能有助于满足所有的设计约束。
[0251]现在参考图15A和15B，分别示出了双垂直馈电结构的示例性实施例的等距视图和平面图。在该示例性实施例中，两个相对且垂直定向的带(即内部的高垂直馈电结构1572和外部的带1574)被制造在薄介质馈电部1570的相对侧上，其具有介电常数ε r和厚度t。
[0252]馈电结构1572由导电材料(如金属)形成，并且基本垂直地从基板1525或馈线1515的表面延伸入孔1540中。优选地，馈电结构1572具有对应于谐振器本体1530的厚度的10-100%之间的高度。即，馈电结构1572可以是孔1540的高度的10-100% 0
[0253]馈电结构1572和孔1540可以具有大致平坦的矩形形状，并且通常布置得接近谐振器本体1530的外壁，使得细长边缘基本平行于该外壁。
[0254]馈电结构1572耦合到馈线1515的底端(即，基板侧)。
[0255]外部带1574具有大致平坦的矩形形状，并且通常可以布置得接近介质馈电部1570的外壁。介质馈电部1570的内壁大致定位得接近谐振器本体1530的外壁。在一些变形实施例中，外部带1574可以具有不同于矩形的形状(例如，梯形、抛物线等)。在一些另外的实施例中，外部带1574可以包括多个带。
[0256]外部带1574具有长度Le，馈电结构1572具有长度Li。天线性能对于外部带1574和馈电结构1572的宽度比对于它们的长度敏感差些。
[0257]介质谐振器本体1530可以使用介质波导模型(DWM)方程进行设计，使得可以在它们的密切附近潜在地激发多个共振。这样的例子公布在A.Rashidian和D.M Klymyshyn的 “On the two segmented and high aspect ratio dielectric resonator antennafor bandwidth enhancement and miniaturization，，中，IEEE 天线与传播汇干丨J (IEEETransactions on Antennas and Propagation),第 57 卷第 9 期，第 2775-2780 页，2009 年9月。
[0258]因此，可以调整馈电结构1572、外部带1574和介质馈电部1570的特性(例如Le、L1、ε r和t)，以提供设计过程中的一些附加自由度，因此可以允许控制各个模式之间的耦合量和频率距离、天线的大小、辐射图案和交叉极化，如本文所描述的。
[0259]模拟时，选择介质谐振器本体1530以具有AXB=4.6X9.0mm的横截面、高度H=10.8mm、介电常数为9.8和损耗角正切为0.001。该天线由20 X 30mm的地平面(在8GHz，
0.53λ0ΧΟ,8λ0)支持，基板厚度为0.8mm，介电常数为2.2和损耗角正切为0.001。由于天线性能一般对带宽度的变化不敏感，它们的宽度被选择为2.4mm，其是基板上的50 Ω微带馈线1515的宽度。
[0260]现在参考图16A，示出了对于改变长度Li的反射系数的变化的图。在图16A中，当Li从2变化到3mm时，长度Le保持在10.5mm不变。厚度t为1mm，并且介质馈电部1570具有介电常数ε r=lo
[0261]三个谐振模式被非常好地激发，并且通过改变Li调整与每个单模的耦合量。第一和第二共振停留主要固定在同一频率，而第三共振的频率随着Li的增加而向下移动。尤其是，第三谐振模式对于Li=Zmm在13.8GHz，并且对于Lpmm下降到12.7GHz。
[0262]现在参考图16B，示出了对于变化长度Le的反射系数的变化的图。在图16B中，当LiWO (B卩，不存在外部带1574)变到10.5mm时，长度Li保持在3mm不变。厚度t为1mm，并且介质馈电部1570具有介电常数er=:L。
[0263]与图16A相反，第三谐振停留主要固定在同一频率，而第一和第二谐振频率随着外部带长度Le增加而显著降低。尤其是，第一和第二谐振频率对于没有外部带的情况(即，Le=Omm)在7.9和IOGHz，当Le=I0.5mm时谐振频率偏移到7和9.5GHz。
[0264]现在参考图17A至17F，示出了在最小反射系数具有Le=I0.5mm和Li=Smm的图15A的DRA的E面和H面中的辐射图案。图17A示出了在7GHz频率的E面。图17B示出了在7GHz频率的H面。图17C示出了在9.5GHz频率的E面。图17D示出了在9.5GHz频率的H面。图17E示出了在12.7GHz频率的E面。图17F示出了在12.7GHz频率的H面。
[0265]在图17A至17F中，所有的辐射图案是相对对称的，在宽边方向具有最大值，并且具有小的交叉极化水平。
[0266]相反，在图18和19中不出了在最后的最小反射系数，对于没有外部带(即Le=O晕米，Li=3毫米)的DRA分别在E面和H面切割中的辐射图案。虽然H面辐射图案相对于宽面仍然是对称的，但相比图17A至17F交叉极化电平显著增加。而且，E面图案在-45°变形为空，并且还从宽边方向倾斜。由于存在不希望的高阶模式，由垂直电流(例如，探针)激发的许多宽带的DRA倾向于在频带的上侧具有已变形的宽边辐射图案。
[0267]当介质馈电部的介电常数增大到较高的值时，只有主模的谐振频率向下移动(SP，其它模式的谐振频率不变)。因此，当在两个带之间使用较高介电常数的材料时，可以增加厚度t以统一具有较高阶模式的主模的阻抗带宽。
[0268]通过优化介质馈电部的介电常数和厚度，可以实现或增强DRA的期望的性质(例如，最大带宽、最小尺寸等)。
[0269]通常，在改进辐射图案时为了使外部带1574的有益效果最大化，介质馈电部1570的厚度应限制到较小的值，例如λ /10或更小。
[0270]为了确保介质馈电部本身不产生共振，其介电常数应保持为低(例如，低于 =10)ο电介质板的自谐振会使天线的辐射图案和效率降级。较高的介电常数(例如，ε ^10)会在外部带上产生增加的电流强度，表明在错误方向上的能量耦合(B卩，朝着介质馈电部)。因此，这可以增加馈电部中的电阻损耗和减小天线的辐射效率。
[0271]在一些实施例中，垂直带可以以宏观尺度制造(即，不能在半导体制造工艺中)，甚至可能适合于现有的DRA。例如具有垂直带的介质馈电部可以通过蚀刻具有所希望厚度的低介电常数材料(例如聚合物片)的正面和背面并用金属填充被蚀刻的量来制造。该材料可以被切割成一定的尺寸并且耦合(例如，胶合或以其它方式紧固)到介质谐振器的侧壁。为了减少缺口频带和统一阻抗带宽，一般可以在较厚的基板上实现带。然而，在宽带系统中带缺口的功能可能是有利的，以减少来自其它应用的干扰。
[0272]高的微带传输线
[0273]在一些情况下，低介电常数的DRA利用传统的微带馈线可能很难有效地激发。本文描述的是高的微带传输线(TML)，它可以减少损失，提高使用DRA时的效率，特别是在毫米波应用中。通常，TML可以通过增加金属馈线(例如铜)的厚度或通过在馈线和谐振器本体之间插入窄介电支撑来形成。
[0274]可以使用TML来改善微波和毫米波电路的性能。三维(3-D)平面传输线中可利用的增加的传导表面允许高功率单片电路发展。而且，TML的垂直尺寸允许几乎不可能用传统传输线实现的非常高的耦合水平。通过使用第三(垂直)尺寸，相比传统的平面结构，该横向尺寸可以被制造得相对较小。
[0275]TML可以显著降低介电损耗，因为电磁波的主要部分穿过空气而不是基板。通过调整TML的参数(例如，介电常数和尺寸)，可以提高DRA的阻抗带宽。
[0276]通常，使用较高的介电常数基板可能表明应该使用更高的TML。
[0277]现在参考图20Α，示出了具有TML馈线的示例性DRA实施例的侧视图。DRA2000 —般包括接地层2010、基板2025、TML馈线2015和谐振器本体2030。TML馈线2015是全金属的馈线。图20Β示出了 DRA2000的平面图。
[0278]图20C示出了对于不同TML馈线厚度的反射系数的图表。将反射系数绘制为17 μ m、100 μ m、200 μ m和500 μ m的馈线厚度(高度)。在每种情况下，调整TML馈线的宽度以保持馈线的50 Ω阻抗。对于厚17 μ m厚度的微带线发生与DRA的弱耦合，其对应于平面金属波导(即，沉积在基板上的传统金属导体)。然而，由于TML馈线厚度增加至500 μ m，显著提高了耦合的量。
[0279]现在参考图21A，示出了具有TML馈线和介质支撑的示例性DRA实施例的侧视图。DRA2100通常与DRA2000类似，并且包括接地层2110、基板2125、谐振器本体2130和TML馈线2190。TML馈线2190是聚合物-金属馈线，其包括馈线2192和介质支撑2194。图21B示出了 DRA2100的平面图。
[0280]图21C示出了对于各种介质支撑厚度的反射系数的图。馈线2192的厚度保持在17 μ m不变。对于O μ m、100 μ m、200 μ m和300 μ m的介质支撑厚度(高度)绘制反射系数。在每种情况下，保持介质支撑的宽度等于金属馈线宽度，并且调整馈线宽度以保持50Ω的馈线阻抗。对于具有t=17ym的(平坦)微带线发生与DRA的弱耦合。然而，当TML馈线厚度增加到t=500ym时显著提高了耦合的量。介质支撑的介电常数是ε rt=2.2。
[0281]相较于平面微带线(即无介质支撑)，当提供介质支撑时显著提高了耦合。对于300 μ m的支撑厚度实现了优于25dB的回波损耗。
[0282]在平坦的微带线激发时，电磁能量通常被限制在基板中。然而，在所有的金属TML的情况下，将电磁能量耦合到低介电常数DRA中，而只有一小部分留在基板中。使用介质-金属TML，这种效应甚至更显著。
[0283]本文中提出许多具体细节，以提供本文描述的示例性实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将明白，在没有这些具体细节的情况下可以实施这些实施例。在其它情况下，没有详细地描述众所周知的方法、工序和部件，以便不混淆实施例的描述。可以对这些示例性实施例进行各种修改和变化，而不脱离本发明的范围，本发明的范围仅由所附的权利要求限定。
【权利要求】
1.一种介质谐振器天线，包括: 具有至少第一平坦表面的基板； 形成在基板的第一平坦表面上的馈线； 聚合物基谐振器本体，其包括布置在基板的第一平坦表面上和至少部分在馈线上的至少第一本体部分，其中第一本体部分至少部分限定在基本垂直于第一平坦表面的平面上延伸的腔，其中该腔暴露馈线的第一馈线部分； 布置在腔内的传导馈电结构，该馈电结构电耦合到第一馈线部分并且远离馈线延伸通过腔。
2.根据权利要求1所述的介质谐振器天线，其中该馈电结构远离馈线延伸通过腔的量在腔高度的10-100%之间。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的介质谐振器天线，其中第一本体部分由介质材料构成，该介质材料在制造之后保留。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的介质谐振器天线，其中聚合物基谐振器本体包括邻接第一本体部分提供的第二本体部分。
5.根据权利要 求4所述的介质谐振器天线，其中第二本体部分邻接第一本体部分的外壁，并且其中馈电结构合适地接合在第一本体部分和第二本体部分之间。
6.根据权利要求4所述的介质谐振器天线，其中第二本体部分提供在腔内，并且馈电结构合适地接合在第二本体部分的外壁和第一本体部分的内壁之间。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的介质谐振器天线，其中第二本体部分由与第一本体部分不同的材料构成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的介质谐振器天线，其中第一本体部分具有小于10的相对介电常数。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的介质谐振器天线，其中聚合物基谐振器本体由纯聚合物光致抗蚀剂材料构成。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的介质谐振器天线，其中聚合物基谐振器本体由复合聚合物基光致抗蚀剂材料构成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的介质谐振器天线，进一步包括锥形馈线部分，该锥形馈线部分具有带有第一宽度的第一侧和带有第二宽度的第二侧，其中第二宽度比第一宽度宽，其中传导馈电结构经由第二侧的锥形馈线部分电耦合到馈线，并且其中馈线经由第一侧的锥形馈线部分电耦合到传导馈电结构。
12.—种介质谐振器天线，包括: 基板，其具有至少第一平坦表面； 反馈线，其形成在基板的第一平坦表面上； 聚合物基谐振器本体，其包括: 第一本体部分，其布置在基板的第一平坦表面上且至少部分在馈线上，其中第一本体部分限定在基本垂直于第一平坦表面的平面上延伸的第一腔和第一腔的壁与第一本体部分的外壁之间的第二腔，其中第二腔暴露馈线的第一馈线部分；和 第二本体部分，其提供在第一本体部分内；和 传导馈电结构，其布置在第二腔内，该馈电结构电耦合到第一馈线部分并远离馈线延伸通过第二腔。
13.—种制造介质谐振器天线的方法，该方法包括: 形成具有至少第一平坦表面的基板； 在基板的第一平坦表面上沉积并图案化馈线； 形成聚合物基谐振器本体，其包括在基板的第一平坦表面上和至少部分在馈线上的至少第一本体部分； 经由图案掩模将聚合物基谐振器本体暴露于光刻源，其中图案掩模限定将要形成在聚合物基谐振器本体中的腔，该腔在基本垂直于第一平坦表面的平面中延伸并至少部分暴露馈线的第一馈线部分； 显影聚合物基谐振器本体的至少一个暴露部分，并移除该至少一个暴露部分以呈现出腔； 在腔内沉积传导馈电结构，该馈电结构电稱合到第一馈线部分并远离馈线延伸通过腔。
14.根据权利要求13所述的方法，其中进行多次所述形成，以逐渐增加聚合物基谐振器本体的厚度。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中所述形成包括接合至少一个聚合物基材料薄片。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述形成包括模铸聚合物基谐振器本体并在200°C以下的温度下烘焙。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中光刻源是X射线源。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中光刻源是紫外光源。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中显影是在250°C以下的温度下进行的。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其中该馈电结构是用电镀沉积的。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的方法，其中该馈电结构远离馈线延伸通过腔，并且其中馈电结构具有在腔的高度的10-100%之间的高度。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的方法，进一步包括通过在沉积期间控制馈电结构高度来调谐介质谐振器天线。
23.根据权利要求13至22中任一项所述的方法，其中第一主体部分由介质材料构成，该介质材料在制造之后保留。
24.根据权利要求13至23中任一项所述的方法，其中形成聚合物基谐振器本体还包括形成邻接第一本体部分的至少第二本体部分。
25.根据权利要求24所述的方法，其中第二本体部分邻接于第一本体部分的外壁，并且其中馈电结构合适地接合在第一本体部分和第二本体部分之间。
26.根据权利要求24所述的方法，进一步包括在腔内形成第二本体部分，并且其中馈电结构合适地接合在第二本体部分的外壁和第一本体部分的内壁之间。
27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括在形成第二本体部分后去除第一本体部分。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，其中第二本体部分由与第一本体部分不同的材料构成。
29.根据权利要求13至28中任一项所述的方法，其中聚合物基谐振器本体由纯聚合物光致抗蚀剂材料构成。
30.根据权利要求13至28中任一项所述的方法，其中聚合物基谐振器本体由复合聚合物基光致抗蚀剂材料构成。
31.一种制造介质谐振器天线的方法，该方法包括: 形成具有至少第一平坦表面的基板； 沉积并图案化在基板的第一平坦表面上形成的馈线； 形成聚合物基谐振器本体，包括: 形成布置在基板的第一平坦表面上和至少部分在馈线上的第一本体部分； 经由图案掩模将聚合物基谐振器本体暴露于光刻源，其中图案掩模限定将要形成在基本垂直于第一平坦表面的平面中延伸的第一本体部分中的第一腔，并且其中图案掩模进一步限定将要形成在第一腔的壁和第一本体部分的外壁之间的第二腔，其中第二腔暴露馈线的第一馈线部分；和 显影聚合物基谐振器本体的至少一个暴露部分，并移除该至少一个暴露部分，以呈现出第一腔； 进一步形成提供在第一腔内的第二本体部分； 沉积布置在第二腔内的传导馈电结构，该馈电结构电耦合到第一馈线部分并远离馈线延伸通过第二腔。
32.—种介质谐振器天线，包括: 具有至少第一平坦表面的基板； 聚合物基谐振器本体；和 激发结构，其用于激发聚合物基谐振器本体， 其中聚合物基谐振器本体在大致垂直于基板的方向上包括延伸通过聚合物基谐振器本体的多个金属内含物， 以及其中以规则的图案提供多个金属内含物，以增强聚合物基谐振器本体的有效相对介电常数。
33.根据权利要求32所述的介质谐振器天线，其中多个金属内含物具有大致H形的轮廓。
34.一种介质谐振器天线，包括: 具有至少第一平坦表面的基板； 耦合到基板的谐振器本体； 在基板的第一平坦表面上的馈线，该馈线具有第一宽度； 至少部分定位在基板和谐振器本体之间的传导馈电结构，该传导馈电结构具有比馈线的第一宽度宽的第二宽度； 锥形馈线部分，该锥形馈线部分具有带有第一宽度的第一侧和带有第二宽度的第二侧，第一侧电耦合到馈线，第二侧电耦合到传导馈电结构。
35.根据权利要求34所述的介质谐振器天线，其中锥形馈线部分具有梯形形状。
36.一种介质谐振器天线，包括:具有至少第一平坦表面的基板； 耦合到该基板的谐振器本体； 至少部分在谐振器本体和基板之间延伸的微带馈线，其中馈线在距基板表面第一距离处邻接谐振器本体，并且其中馈线具有被选择来提供预定阻抗的宽度和厚度。
37.根据权利要求36所述的介质谐振器天线，其中馈线的厚度基本上超过平面金属波导厚度。
38.根据权利要求37所述的介质谐振器天线，其中该厚度在IOOym和1000ym之间。
39.根据权利要求36所述的介质谐振器天线，进一步包括位于馈线和基板之间的介质支撑。
40.根据权利要求39所述的介质谐振器天线，其中介质支撑具有低的相对介电常数。
41.根据权利要求40所述的介质谐振器天线，其中介质支撑具有小于10的相对介电常数。
42.根据权利要求39至41中任一项所述的介质谐振器天线，其中馈线的宽度对应于介质支撑的宽度。
43.根据权利要求39至42中任一项所述的介质谐振器天线，其中第一距离等于馈线的厚度和介质支撑的厚度。
44.根据权利要求36至43中任一项所述的介质谐振器天线，其中预定阻抗是50Ω。
45.一种介质谐振器天线，包括: 具有至少第一平坦表面的基板； 形成于基板的第一平坦表面上的馈线； 包括布置在基板的第一平坦表面上和至少部分在馈线上的至少第一本体部分的谐振器本体，其中第一本体部分至少部分地限定在基本上垂直于第一平坦表面的平面内延伸的腔，其中该腔暴露馈线的第一馈线部分； 设置在腔内的馈电结构，该馈电结构电耦合到第一馈线部分并远离馈线延伸通过腔；具有内壁、外壁、顶壁和底壁的介质馈电部分，该底壁与顶壁相对，介质馈电部分沿着其底壁至少部分布置在馈线上并沿着内壁邻接谐振器本体；和 沿着介质馈电部分的外壁布置的外部带，外部带基本垂直于第一平坦表面从介质馈线部分的顶壁向底壁延伸。
46.根据 权利要求45所述的介质谐振器天线，其中馈电结构远离馈线延伸通过该腔的量在腔的高度的10-100%之间。
47.根据权利要求45或权利要求46所述的介质谐振器天线，其中外部带远离顶壁延伸的量在介质馈电部分高度的10-100%之间。
48.根据权利要求45至47中任一项所述的介质谐振器天线，其中介质馈电部分由与谐振器本体不同的材料构成。
49.根据权利要求45至48中任一项所述的介质谐振器天线，其中谐振器本体具有小于10的相对介电常数。
【文档编号】G03F7/20GK103843198SQ201280047692
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年6月11日 优先权日:2011年7月29日
【发明者】A·拉什黛安, D·克莱迈施恩, M·塔菲阿里戈达尔兹, S·C·阿亨巴赫, M·W·博纳 申请人:萨斯喀彻温大学, 卡尔斯鲁厄技术研究所