专利名称：具有光子带隙结构的槽线型微波器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种槽或基于槽结构类型(槽线(slot-1ine)、波状槽线等)的新型微波器件，这种器件包括至少一个光子带隙结构(PBG)。
背景技术：
光子带隙结构(PBG)是阻止特定频率带宽的波传播的周期性结构。多年来，已经对在例如微波器件上所用的频率范围内使用这种结构进行了研究和学习。申请人提出了实现此类结构的一种方法，具体的是在2002年10月11日的法国专利申请no.02 12656和题为“Harmonic-less Annular Slot Antenna(ASA)using a novel PBGstructure for slot-line printed device”IEEE AP-S2003中提出了该方法。这些文档描述了一种在金属化衬底上实现的槽线型的微波器件上实现PBG结构的方法，连同使用这种结构的环槽(annular slot)型天线或Vivaldi型天线一起，来执行所述天线的滤波或频率适配操作。
如图1A和1B所示，这种微波器件包括一个面2已经被金属化的衬底1。通过刻(engrave)金属层来形成槽线3。
如图1A和1B所示，衬底1具有高度h，并用公知的电介质材料形成，例如命名为“Ro4003”或“FR4”的材料。优选地用铜或其它任意导电材料形成金属层。
在该例子中，通过在与载有金属层2的面相对的衬底1的面上产生图形(pattern)4，即补片(patch)，获得PBG结构。图形或补片4一般通过刻金属层来形成，并与槽线3相对。
按照公知方式，要获得光子带隙结构，则图形4周期性重复并相隔给定图形重复周期的一定距离。当图形相同时，这个距离设定了带隙的中心频率。因此，距离在kλg/2的数量级，其中λg是在光子带隙的中心频率处槽线3中的导波波长(guided wavelength)，并且k是大于或等于1的正整数。
图形4可以是任何形状。但是，图形的等效表面确定了带隙的宽度和/或深度。
为了实现这种器件的滤波现象，模拟了图1A中所示类型的器件，其中由相对介电常数εr＝3.38的“Rogers Ro4003”构成衬底，并且金属化处理采用厚度为17.5μm的铜。在这种情况下，光子带隙结构包括12个金属盘4，金属盘4以距离a＝12.7mm周期性相隔开，距离a＝12.7mm相应地产生以Fc(BI)＝8.3GHz为中心的带隙，并且盘4具有使得比例r/a＝0.25的半径r。
如图2中所示，根据频率给出透射系数S12和反射系数S11，得到了具有900MHz宽度并以8.25GHz为中心的带隙。在该例中，中心频率8.25GHz的衰减是-17dB。
发明内容
本发明涉及针对上述结构的一种改进。通过充分利用具有PBG结构的槽线，该改进能够增强光子带隙效应。因此，对于恒定尺寸，可以增加带隙衰减，或者，对于恒定衰减，可以减少结构的尺寸。
此外，使用两种不同的衬底可以提供额外的自由度，以便调节滤波器的衰减以及带隙的中心频率和宽度。
因此本发明涉及一种具有光子带隙(PBG)的槽线型微波器件，其特征在于至少包括-电介质材料制成的具有第一介电常数εr1的第一衬底，-电介质材料制成的具有第二介电常数εr2的第二衬底，以及-在两个衬底之间的导电层，其中刻了至少一条槽线，-在与接触导电层的面相对的第一和第二衬底的面上，面对槽线，具有周期性金属图形。
根据本发明的其它特征，第一和第二衬底的介电常数εr1和εr2可以相等或不同。此外，两个金属图形之间的周期等于kλg/2，其中λg是在光子带隙的中心频率处的槽中的导波波长，并且k是大于或等于1的正整数。周期图形还具有带隙的宽度和深度的等效表面函数。
根据本发明的另一特征，在第一衬底上形成的图形的周期与在第二衬底上形成的图形的周期相等。此外，在第一衬底上形成的周期性图形与在第二衬底上形成的图形相面对，或者，根据一个变体，在第一衬底上形成的图形相对于在第二衬底上形成的周期性图形偏移。
根据本发明的另一特征，上述光子带隙结构可以与刻入导电层中的槽线共同使用，该槽线具有根据周期规律而改变的宽度。这种槽线的形式被称为“波形(wiggly)槽线”。通常，这种结构可以与任何基于槽线的器件(滤波器等)一起使用。在“波形”槽线的情况下，该发明能够增强滤波功能。
通过阅读不同实施例的说明，可以呈现本发明的其它特征和优势，该说明是参考所附附图进行的，其中图1A和1B分别是根据现有技术包括光子带隙结构的槽线型微波器件的示意透视图和横截面图。
图2示出了通过模拟图1A中所示结构而获得的曲线，给出了根据频率的参数S。
图3A和3B分别是根据本发明实施例的包括光子带隙结构的槽线型微波器件的示意透视图和横截面图。
图4示出了一条曲线，给出了根据如图3A中所示模拟器件的频率的参数S。
图5是本发明另一实施例的示意透视图。
图6示出了通过模拟图5中所示结构而获得的曲线，给出了根据频率的参数S。
图7A和7B是根据本发明器件的另一实施例的横截面图。
具体实施例方式
图3A和3B中用图解法示出了根据本发明的第一微波器件。更具体地，该器件包括由诸如Rogers Ro4003的电介质材料制成的第一衬底10。该第一衬底具有介电常数εr1。
按照公知方式，衬底10的一个面被导电层12覆盖，更具体地是由诸如铜层之类的金属层覆盖，金属层中已经刻有槽线13。
如图所示，根据本发明，将电介质材料制成的、具有介电常数εr2的第二衬底11放置在层12之下。在该示例中，两个衬底的介电常数εr1和εr2可以相同或不同。使用不同介电常数可以提供附加的自由度，以便根据带隙的衰减、宽度和中心频率实现所需滤波器。使用两种不同衬底可以修改线所设定的εeff；此处，在使带隙的中心频率与PBG结构的尺寸相关联的关系中出现该值。
a=λ02ϵeff=C2fϵeff]]>因此，对于相同的PBG尺寸，如果介电常数变大，则带隙向低频偏移。
根据本发明，在上述结构上实现第一光子带隙结构，该结构由刻在与载有金属层12的面相对的第一衬底10的面上的金属图形14构成。在所示实施例中，图形14由盘形的补片(即5个金属补片)组成。补片14以给出图形的重复周期的距离a’隔开。当图形相同时该距离设定了带隙的中心频率。因此，图形之间的距离在k’λg/2的数量级，其中λg是在所选定光子带隙的中心频率处的槽线13中的导波波长，并且k’是大于或等于1的正整数。
此外，如图3B中清楚所示，将周期性金属图形15刻在衬底11的与接触金属层12的面相对的面上。在该实施例中，图形15形成的这种结构与图形14形成的结构相同，并且图形14和15彼此相对。在图3A和3B的光子带隙结构中，在槽13的两侧上形成相同图形，即保持图形14或15之间的间距和图形的数量。通过直接激励槽线来模拟如图3A和3B所示的器件。所用的两个衬底相同(介电常数为er＝3.38和高度为h＝0.81mm的Ro4003)。槽线上面和下面的PBG图形也相同(5个补片间距a’＝12.7mm，半径r’＝3mm)。
在这种情况下，图4中示出了透射和反射参数S。在该图中，带隙具有1.4GHz的宽度，并以8.3GHz为中心。因此，该频带大于根据图1A和1B的器件所获得的频带。此外，中心频率处的带隙衰减是-23dB，与图1A和1B的结构相比增加了6dB。
现在参考图5来描述根据本发明的微波器件的另一实施例。
在该示例中，在金属层20上形成的槽线21由呈现周期性调制带宽的线构成。在本示例中，线21上周期性相间隔的圆21A构成调制。
对于图3A和3B的实施例，在金属层的每一侧上设置电介质衬底。在衬底的、与载有层20的面相对的面上，根据周期a”，形成光子带隙结构，其由面对槽21并周期性相间隔的金属补片22构成。通过采用12.7mm值的周期a”来模拟该结构，这一周期性也被用于圆21a。对于该模拟，线还具有12个圆21a。
图6中提供了模拟的结果。根据频率给出了参数S。这样获得了以8.3GHz为中心的带隙，并且该带隙具有5.2GHz的宽度，并在中心频率处示出了-78dB的衰减。
现在参考图7A和7B来描述根据本发明的微波器件的另一实施例。
在图7A和7B所示的示例中，器件包括由介电常数分别为εr1和εr2的电介质材料制成的两个衬底30、31。在两个衬底之间设置已经刻入了槽线33的金属层32。在与接触层32的面相对的面上形成光子带隙结构34和35。
如图7B中所示，光子带隙结构35由彼此相隔距离a1的图形构成，该距离给定了图形的周期。此外，图形34自身也具有周期a1，但是它们不与图形35相对。实际上在槽线的上面和下面的图形相偏移。
如附加模拟所示，得到的效果相当复杂。例如，可以将偏移金属补片认为是修改了基本元件的形状/表面，尤其是当槽线上面和下面的补片部分地重叠时。
这就是槽线上面和下面的补片之间的偏移提供了额外自由度的原因，不论其具有相同还是不同的衬底。
结合盘形图形来描述了本发明。但是，设定图形的等效表面确定带隙的宽度和/或深度，则本发明也应用于任何形状。
具体地，本发明可应用于＝＞增强槽型结构上的滤波。
＝＞使滤波结构更加紧凑。
＝＞在带隙的设计中提供额外的自由度。
权利要求
1.一种具有光子带隙结构(PBG)的槽线型微波器件，其特征在于至少包括电介质材料制成的具有第一介电常数εr1的第一衬底(10、30)，电介质材料制成的具有第二介电常数εr2的第二衬底(11、31)，以及两个衬底之间的导电层(12、20、32)，其中刻了至少一条槽线(13、21、33)，在与接触导电层的面相对的第一和第二衬底的面上，面对槽线，具有周期性金属图形(14、15、22；34、31)。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，第一和第二衬底的介电常数εr1和εr2相同或不同。
3.根据权利要求1和2中的任何一项所述的器件，其特征在于，两个金属图形之间的周期等于kλg/2，其中，λg是在光子带隙的中心频率处的槽中的导波波长，并且λk是大于或等于1的正整数。
4.根据权利要求1到3之一所述的器件，其特征在于，周期图形具有带隙的宽度和深度的等效表面函数。
5.根据权利要求1到4中的任何一项所述的器件，其特征在于，在第一衬底上形成的图形的周期与在第二衬底上形成的图形的周期相等。
6.根据权利要求1到5之一所述的器件，其特征在于，在第一衬底上形成的周期图形与在第二衬底上形成的图形相对。
7.根据权利要求1到6之一所述的器件，其特征在于，在第一衬底上形成的图形相对于在第二衬底上形成的周期图形偏移。
8.根据权利要求1到7中任何一项所述的器件，其特征在于，刻入导电层中的槽线具有遵循周期规律的宽度。
全文摘要
本发明涉及一种具有光子带隙结构(PBG)的槽线型微波器件，至少包括电介质材料制成的具有第一介电常数εr1的第一衬底(10)，电介质材料制成的具有第二介电常数εr2的第二衬底(11)，以及两个衬底之间的导电层(12)，其中刻了至少一条槽线(13)，此外，在与接触导电层的面相对的第一和第二衬底的面上，面对槽线，具有周期性金属图形(14、15)。本发明能够被用于实现紧凑的滤波器结构。
文档编号H01P1/201GK1954458SQ200580002128
公开日2007年4月25日 申请日期2005年1月3日 优先权日2004年1月7日
发明者尼古拉·布瓦布维耶, 阿里·卢齐耶, 弗朗索瓦丝·勒博尔泽, 阿内－克洛德·塔罗, 库罗赫·马赫茹比 申请人:汤姆森许可贸易公司