检查射频器件的方法以及射频器件与流程

1.本发明涉及一种检查射频器件的方法，该射频器件具有绝缘的第一基板层、绝缘的第二基板层、被布置在第一基板层与第二基板层之间的可调介电材料、以及传输射频信号的导电元件，其中导电元件被布置在第一和/或第二基板层处或附近，并且其中可以通过改变导电元件旁边或附近的可调介电材料的介电材料性质来修改射频信号沿着导电元件的传输，由此所述方法包括确定可调介电材料的至少一个特性性质的步骤，该至少一个特性性质取决于应用到可调介电材料的偏置场。
2.在包括邻近导电元件或在导电元件附近的可调介电材料的射频器件中，可以通过调整可调介电材料的介电材料性质来修改沿着导电元件传播的射频信号的传输特性。射频包括至少30khz至300ghz的频率范围。虽然用于制造该射频器件的块体形式的可调介电材料的介电材料性质可能是已知的，但是该射频器件中包括的可调介电材料的介电材料性质通常受制于生产相关的波动。因此，基于获取该射频器件的可调介电材料的介电材料性质而进行的检查变得必要。
3.通常，可调介电材料的介电材料性质是利用电子测试装备来测量的，该射频器件必须与该电子测试装备导电连接。对可以用作可调介电材料的向列的液晶的介电性质的测量被描述于例如以下文献中：senad bulja等人的“measurement of dielectric properties of nematic liquid crystals at millimeter wavelength”，ieee transactions on microwave theory and techniques，plenum，usa，vol. 58，no. 12，2010年12月1日，3493-3501页；或yozo utsumi等人的“dielectric properties of microstrip-line adaptive liquid crystal devices”，electronics & communications in japan part ii
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electronics，wiley，hoboken，nj，us，vol. 87，no. 10，2004年1月1日，13-24页；或fr
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rin等人的“modeling，synthesis and characterization of a millimeter-wave multilayer microstrip liquid crystal phase shifter”，japanese journal of applied physics，japan society of applied physics，jp，vol. 36，no. 7a，part 01，1997年7月1日，4409-4413页。尤其是在具有多个导电元件（每个要求单独的检查）的射频器件的情况下，该检查可能非常耗时且昂贵。
4.因此，存在对提供检查射频器件的更快速的方法的需要。


技术实现要素：

5.本发明涉及一种检查上面描述的射频器件的方法，其中在以下步骤中，根据可调介电材料的光学材料性质的光学测量来确定可调介电材料的至少一个特性性质：a）在传递通过可调介电材料之前以入射光强度和/或以已知入射相位将光束通过第一基板层的光学透明区域部分发射到可调介电材料的测试体积中，b）经由被布置在第一基板层的光学透明区域部分处的第一透明测试电极、以及与第一测试电极相对地布置在第二基板层处的第二测试电极将偏置场应用到所述测试体积，c）取决于所述偏置场在传递通过可调介电材料之后测量所述光束的出射光强度
和/或测量所述光束相对于入射相位的出射相位，d）根据所述偏置场基于出射光强度和入射光强度的商和/或基于所述光束的入射相位与出射相位之间的相位关系来确定可调介电材料的至少一个特性性质。
6.因此，所述射频器件内包括的可调介电材料的介电材料性质可以以简化且快速的方式来测量，而不需要将所述射频器件导电地连接到电子测试装备。对所述光束的光强度或相位关系或甚至其两者的所要求的测量可以利用商售的测量设备来执行。所述测量可以在离所述测试体积的一定距离处执行，并且不需要在所述测量设备与具有所述测试体积的所述射频器件之间提供接触。
7.所发射的光束可以源自于连续光源或单色光源，如例如激光器。根据本发明的有利实施例，所述光束被偏振。所述光束可以聚焦在第一透明电极和第二测试电极的重叠区域部分上。
8.第一基板层的至少光学透明区域部分、以及优选地整个第一基板层由玻璃或由合成光学透明材料制成。
9.在应用所述偏置场之后，在一个给定偏置场处执行多次测量是可能的，以确定出射光强度的改变的时间依赖性。基于出射光强度的时间依赖性，可以确定可调介电材料的切换时间。还有可能的是以增量步骤来扫掠所述偏置场，并且针对每个增量步骤，出射光强度被测量一次。因此，根据出射光强度与所述偏置场的依赖性，可以例如基于查找表来建立可调介电材料的可调性（tunability）。例如，可以通过将介电材料的可调性与可调介电材料的出射光强度中的改变进行关联来创建查找表。
10.根据所述方法的有利实施例，在步骤c）内，从通过第一基板的光学透明区域部分反射回来的光束来测量出射光强度或者出射相位相对于入射相位的相位关系。例如，在第二测试电极由金属制造的情况下，已经穿过（traverse）可调介电材料的光束可以在第二测试电极处被反射，并且再次穿过可调介电材料，以通过第一基板的光学透明区域部分离开所述可调介电器件。
11.根据本发明的又一有利方面，第二测试电极是光学透明的，并且被布置在第二基板层的光学透明区域部分上，并且在步骤c）中，从通过被布置在第二基板层的光学透明区域部分上的光学透明第二测试电极透射的光束来测量出射光强度、或者出射相位相对于入射相位的相位关系。以此类方式，可以从穿过所述射频器件的光束中测量出射光强度。
12.本发明还涉及一种射频器件，其包括绝缘的第一基板层、绝缘的第二基板层、被布置在第一基板层与第二基板层之间的可调介电材料、以及允许射频信号传输的导电元件，其中导电元件被布置在第一基板层和/或第二基板层处或附近，并且其中可以通过改变导电元件旁边或附近的可调介电材料的介电材料性质来修改射频信号沿着导电元件的传输。
13.此类射频器件在本领域中是已知的。例如，wo 2014/125095 a1描述了一种包括传输线的相移器件，其中导电元件被布置在可调介电材料旁边，并且其中可以通过调整可调介电材料的介电材料性质来修改传输线的传输性质。该射频器件中包括的可调介电材料的介电材料性质可能展现生产相关的波动。可调介电材料的介电材料性质通常是利用电子测试装备（如lcr计、阻抗光谱仪或网络分析仪）来测量的，该射频器件必须与该电子测试装备导电地连接。接触该射频器件以及使用所述电子测试装备来执行测量可能非常耗时。在必须确定相控阵天线的运作和操作的情况下，这个问题就更大了，由此该相控阵天线包括例
如在单个芯片上的大量相移器件。已知的是，对包括例如数千个相移器件的相控阵天线的全面测试可能需要一些天的测试工作。
14.因此，需要一种允许对可调介电材料的介电性质进行更快速的表征的射频器件。
15.本发明涉及一种如上面所描述的射频器件，其中介电材料性质中的改变产生可调介电材料的光学材料性质中的改变，其中所述射频器件进一步包括：第一光学透明测试电极，其被布置在第一基板层的光学透明区域部分上；第二测试电极，与第一测试电极相对地布置在第二基板层上并且与第一测试电极重叠，从而在第一测试电极与第二测试电极之间的重叠区域中创建测试电容器，使得可以将偏置场应用到测试电容器内的可调介电材料，并且可以将在测试电容器内的可调介电材料处被引导通过第一基板层的光学透明区域部分的光束用于测量测试电容器内的可调介电材料的至少一个光学材料性质，这允许取决于所应用的偏置场来确定可调介电材料的特性性质中的至少一个。
16.因此，可以取决于所应用的偏置场来测量可调介电材料的光学材料性质。通过改变所述偏置场来改变介电材料性质而在光学材料中产生的改变可以例如是对传递通过可调介电材料的光束的衰减的修改、或者是对所述光束的偏振方向的修改、或者是对入射和出射光束的相位关系的修改。基于穿过可调介电材料的光束的强度的所测量的改变，例如可以确定可调介电材料的切换时间或可调性。
17.根据本发明的实施例，第二测试电极和/或覆盖有测试电容器的第二基板层的至少区域部分由光学反射材料制成、或者由光学反射材料所覆盖。被引导通过第一基板层的光学透明区域部分、通过光学透明第一测试电极并且通过可调介电材料的光束将被反射并且再次穿过光学透明第一测试电极和第一基板层的光学透明区域部分，直到所述光束离开所述射频器件并且可以被测量以用于确定被布置在所述射频器件内部的可调介电材料的性质。
18.为了允许利用传递通过所述射频器件的光束进行光学测量，根据本发明的有利实施例，第二测试电极和覆盖有测试电容器的第二基板层的至少区域部分是光学透明的。
19.根据本发明的有利方面，第一基板层和/或第二基板层是光学透明的。这允许横向上不限于第一和/或第二基板层的透明区域部分的光学测量。第一基板层以及（如果适用的话）第二基板层由光学透明材料（如例如，石英或聚碳酸酯）来制造。
20.根据本发明的有利实施例，第一基板层和/或第二基板层由硅酸盐玻璃来制造。硅酸盐玻璃可以是硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃。可以节省成本地制造硅酸盐玻璃基板，其中表面具有低表面粗糙度。此外，玻璃基板包括有利于在玻璃基板的表面顶部上制造相移器件以及有利于制造具有大量相移器件的相控阵天线的特征。
21.为了能够使用公知的制造过程来制造透明电极，第一测试电极和/或第二测试电极可以包括光学透明的导电氧化物，优选地是氧化铟锡和/或氧化铟锌。
22.根据本发明的有利实施例，测试电容器与导电元件横向间隔开。
23.根据本发明的有利方面，测试电容器被布置成靠近所述射频器件的边缘部分。因此，测试电容器可以集成在所述射频器件的边缘部分中，可以容易地使所述边缘部分没有导电元件。
24.根据本发明的替代方面，测试电容器被横向布置成邻近于导电元件中的一个。可调介电材料的介电材料性质在所述射频器件内可能会变化。因此，可以邻近于每个相应导
电元件来探测介电材料性质，以允许独立校准相应导电元件中的每一个。
25.根据本发明的有利方面，导电元件中的至少一个是射频相移元件。
26.根据本发明的有利实施例，所述射频器件包括用于每个相移元件的专用测试电容器。例如，在包括大量天线贴片的相控阵天线中，天线贴片中的每一个可以连接到专用相移元件。相控阵天线的辐射特性通过连接到相应相移元件的天线贴片中的每一个的特性的叠加而给出。为了允许相控阵天线的预定辐射特性，相移元件中的每一个的校准可能是必要的。所述专用测试电容器可以允许以快速的方式校准相应相移元件中的每一个。
27.根据本发明的有利实施例，导电元件中的一个是传输线，其中传输线的一个部分形成间隙，并且其中第一测试电极或第二测试电极被布置在所述间隙内，使得射频信号可以经由相应测试电极沿着所述传输线传播。以这种方式，测试电容器可以被并入到传输线中，而不增加所述射频器件的占用空间。
28.根据本发明的有利方面，导电元件中的至少一个是辐射元件。所述辐射元件可以是天线极板（antenna pad）。
29.根据本发明的有利实施例，为了通过使用现有的液晶显示器制造方法对所述射频器件进行简化制造，可调介电材料是液晶材料。液晶材料可以是商售的液晶材料。液晶材料可以示出介电性质和光学性质的改变的强相关性。
30.根据本发明的有利方面，所述射频器件包括屏蔽元件，其中所述屏蔽元件横向围绕所述射频器件的导电元件中的至少一个，并且其中所述屏蔽元件包括透明导电氧化物。所述屏蔽元件可以屏蔽至少一个导电元件免受电磁干扰。在具有多个导电元件的射频器件的情况下，所述屏蔽元件可以减少不同导电元件之间的串扰。为了降低所述射频器件的制造成本，可以在一个沉积步骤中将所述屏蔽元件与测试电极一起制造。
附图说明
31.图1图示了射频器件的示意顶视图，图2图示了如图1中所示的射频器件沿着线ii-ii的截面图，图3、4和5每个图示了射频器件的替代实施例的顶视图，以及图6图示了图5中所示的射频器件沿着线vi-vi的截面图。
具体实施方式
32.图1图示了射频器件1的顶视图，并且图2图示了如图1中所示的射频器件1的截面图。该射频器件包括第一基板层2和第二基板层3，在第一基板层2与第二基板层3之间布置可调介电材料4。在射频器件1的这个示例性实施例中，可调介电材料4是液晶材料5，并且两个基板层2、3是硅酸盐玻璃层。第一光学透明测试电极6被布置在第一基板层2的内表面7处，并且第二光学透明测试电极8被布置在第二基板层3的内表面9处。两个测试电极6、8由光学透明的导电氧化物10形成。两个透明测试电极6、8的重叠区域形成了测试电容器11。测试电容器11对于穿过的光束12是光学透明的。
33.图1中所示的射频器件1包括两个导电元件13。在射频器件1的这个示例性实施例中，两个导电元件13是在两个基板层2、3之间平行地延伸的传输线。测试电容器11被布置在射频器件1的边缘部分14处。边缘部分14没有导电元件13，并且提供了空的占用空间，该空
的占用空间可以用于在两个基板层2、3之间布置测试电容器11。
34.射频器件1进一步包括：被布置在第一基板层2的内表面7上的第一偏置线15和被布置在第二基板层3的内表面9上的第二偏置线16。通过经由偏置触点17将偏置电压施加到偏置线15、16，可以将偏置场应用到导电元件13附近的液晶材料5，从而改变液晶材料5的介电材料性质，并且由此修改沿着导电元件13传播的射频信号的传输性质。第一偏置线15中的一个导电地连接到第一测试电极6，并且第二偏置线16中的一个导电地连接到测试电容器11的第二测试电极8。当在偏置触点17处施加偏置电压时，偏置场因此也被应用在测试电容器11处，并且测试电容器11内部的液晶材料5的介电材料性质被改变。液晶材料5的光学材料性质与其介电性质一起被修改。因此，可调介电材料4的介电性质的改变可以从取决于所应用的偏置场的测试电容器11内的液晶材料5的光学性质的修改中导出。
35.图3和图4图示了射频器件1的两个替代实施例，其中每个包括两个导电元件13。在图3中所图示的射频器件1的实施例的情况下，导电元件13中的一个的测试电容器11被布置在间隙18中，该间隙18由相应导电元件13形成。因此，具有间隙18的导电元件13附近的可调介电材料4的介电材料性质可以由使用测试电容器11测量的光学材料性质来确定。
36.在图4中所图示的射频器件1的实施例的情况下，所述射频器件1包括两个测试电容器11，其中电容器11中的每一个专用于相应的导电元件13。测试电容器11被布置在导电元件13的相应间隙18中。以此类方式，导电元件13中的每一个可以被独立地测量和例如校准。
37.在图5中以顶视图并且在图6中以截面图图示了射频器件1的替代实施例。射频器件1包括两个导电元件13、以及被布置在边缘部分14中的测试电容器11。两个导电元件13由具有高导电性的金属（如例如，铜或金）来形成。导电元件13中的每一个被屏蔽元件20所包围，所述屏蔽元件20由透明导电氧化物10形成。屏蔽元件可以减少相应导电元件13之间的串扰。