超宽带互连探针

背景技术：

1、迄今为止，已经定义用于电信号的各种互连标准，这些标准由电子行业在装置和仪器测试设备中使用，用于装置表征以及从通信到基于光谱学的传感器系统的广泛应用领域。矢量网络分析仪(vector network analyzer，vna)是电子学中用于相位敏感测量的主要测量平台。vna提供具有行业认可的标准化校准程序的唯一平台，以表征电子系统的频率响应，从低频(几khz)直到毫米(mmw，30ghz至300ghz)和太赫兹(thz，300ghz至3000ghz)范围。vna在频域中操作，测量与电子装置对接的信号的振幅和相位——发射信号和反射信号两者同时被测量——被扫描过测量频带的频率提供频率相关的数据。vna系统由配备有标准化同轴连接器的基带单元(最大频率<67ghz)组成。通过这些连接器，使用同轴电缆可以连接频率扩展头，其使能将最大频率扩展到更高的频率。虽然在单片微波集成电路(monolithic microwave integrated circuits，mmics)的制造方面已经取得重大进展，但是缺乏新的发展以将当前高频电互连技术的极限推向更高的频率。

2、这种缺乏是造成使用同轴连接器接口的vna宽带频率扩展头的限制性的原因。在其更先进的版本中，覆盖从0hz(dc)至133ghz(使用1mm同轴标准)或从0hz至220ghz(使用更先进的0.6mm同轴标准)的频率范围。除这些连接器的成本(对于1mm标准，每单位超过€600)以外，主要问题之一在于同轴连接器对于0.6mm同轴标准(给定尺寸是指外导体的最小内径)达到其物理极限。为进一步提高最大操作频率，同轴连接器必须进一步减小其大小，这会增加其易损性，并对可以制造的接触点的数量具有直接影响。更严重的是与测量的可重复性有关的问题，即使合格的人员执行这些互连。

3、当vna需要在同轴标准的最大频率以上的频率下执行测量时会出现另一个限制。达到太赫兹频率范围的频率扩展头依赖标准化的矩形金属波导互连，其限定引入重要限制的不同波导凸缘大小。两个凸缘之间的互连因为在如此短的波长下必须尽可能接近完美，凸缘连接中的任何偏斜都可能会引起不必要的反射，这将降低信号质量和减少信号功率。由于所需的尺寸更小，所以这在thz下更为关键。与同轴连接器一样，频率越高，波导的大小就越小。这也使矩形金属波导超越常规行业制造的当前技术水平。然而，矩形金属波导最重要的限制在于，波导大小确立下限截止频率和上限截止频率，从而将频谱分割成频带。作为示例，wr-2标准的操作频率从325ghz至500ghz，尺寸为508μm×254μm。对于操作频率从750ghz至1100ghz的wr-1，这些尺寸减少到254μm×127μm。这些标准将装置操作的频率范围限制到它们所提供的wr标准的子带，因而妨碍可以在不同的子带内操作的系统或装置的存在。另外，为在不同的wr标准内采取测量，必须用适当的一对微波扩展头在每个子带中进行测量，这会使得测量相当困难，而且阻碍在整个频率范围内的校准测量。

4、本发明旨在解决现有连接接口中的上述限制。

技术实现思路

1、本发明涉及一种新型的用于电信号的互连探针，其提供超宽连续操作频率范围，将超过当前同轴连接器标准的限制的最大频率提高到太赫兹范围及以上。另外，这种结构是高度通用的，并且可以用于与当前所有高频互连标准接口对接，无论是同轴还是任何矩形波导凸缘大小，以及充当用于操作范围内的频率的宽带发射器/接收器天线。

2、在本公开中，这种新的电互连的通用性被展示，描述由这种新颖结构实现的不同互连场景，以及可以在其中布置的不同构造。

3、本探针的第一方面在于，它包括具有高通滤波器特性的介电波导结构，使能用于频率在低截止频率(low cut-off frequency，fcl)以上的信号的电互连。介电波导具有优选矩形部分，该介电波导包括可连接到第一电子装置的接入端口的第一锥形端，该接入端口包括第一锥形耦合器。该介电波导包括可连接到第二电子装置的接入端口的第二锥形端，该接入端口包括第二锥形耦合器。

4、例如，介电波导结构可以被设计为：在开始于微波范围(即，在3ghz至30ghz之间)或毫米波范围(即，在30ghz至300ghz之间)中的低截止频率(fcl)的范围内进行操作，例如，在操作频率为60ghz下，覆盖延伸到太赫兹波范围(即，在300ghz至3000ghz之间)及以上的宽频率范围。

5、本宽带互连探针的第二方面在于，它还可以包括具有低通滤波器特性的金属波导结构，使能在两个电子装置的接入端口之间建立金属电接触，其允许互连操作频率范围开始于低频(即，优选地开始于dc 0hz)。这使能从0hz直到毫米波范围中的高截止频率(highcut-off frequency，fch)的信号的电互连。

6、例如，金属波导结构可以被设计为：在开始于0hz并且延伸直到毫米波范围(即，在30ghz至300ghz之间，例如，在操作频率为100ghz下)的范围内进行操作。在用于宽带操作的优选实施例中，这种金属波导结构在开始于低频(即，开始于dc，从0hz起)并且延伸到介电波导结构的低截止频率以上(fch>fcl，例如，先前示例的60ghz以上)的频率范围内进行操作。

7、宽带互连探针的一个示例的第三方面在于，金属波导结构可以包括至少一个锥形耦合器结构，与提供宽带互连探针中的至少一个接入端口的介电波导的锥形端相匹配。在锥形耦合器的较宽末端，金属接触在金属波导结构与锥形耦合器之间。这允许通过金属波导结构建立低频信号的互连，并且通过介电波导建立高频信号的互连。

8、介电波导和金属波导结构可以独立地用于在其操作频率范围内建立互连。另外，本公开允许将这两种结构结合以实现从dc(0hz)至太赫兹频率范围及以上的互连探针的宽带操作。

技术特征：

1.一种超宽带互连探针(100)，所述超宽带互连探针(100)能连接到第一电子装置(101)的第一接入端口(p1)，所述第一接入端口包括第一锥形耦合器(101a)，以及所述超宽带互连探针(100)能连接到第二电子装置(102)的第二接入端口(p2)，所述第二接入端口包括第二锥形耦合器(102a)，所述超宽带互连探针(100)包括：

2.根据权利要求1所述的超宽带互连探针(100)，其中，所述介电波导结构(120)具有矩形部分。

3.根据权利要求1或2所述的超宽带互连探针(100)，还包括：附接到所述介电波导结构(120)的基底(140)。

4.根据权利要求3所述的超宽带互连探针(100)，还包括：所述基底(140)上的金属波导结构(110)，其中，所述金属波导结构(110)包括：

5.一种超宽带互连探针(300)，所述超宽带互连探针(300)能连接到电子装置(102)的接入端口(p1)，所述接入端口包括锥形耦合器(102a)，所述超宽带互连探针(300)包括：

6.根据权利要求5所述的超宽带互连探针(300)，其中，所述金属波导结构(110)还包括具有探针尖端(110c’)的双股传输线(110c)，其建立低通特性互连，在从dc直到毫米波范围中的fch的低频范围内操作。

7.一种互连系统，包括：

8.一种超宽带互连探针(200)，包括：

9.根据权利要求8所述的超宽带互连探针(200)，其中，所述金属波导结构(110)还包括：

10.根据权利要求8或9所述的超宽带互连探针(200)，其中，所述金属波导结构(110)还包括具有至少两个探针尖端(110c’)的双股传输线(110c)，其建立低通特性互连，在从dc直到毫米波范围中的fch的低频范围内操作。

11.一种根据权利要求1至10所述的超宽带互连探针(100、200、300)作为天线的用途。

12.一种根据权利要求1至10所述的超宽带互连探针(100、200、300)作为近场耦合器的用途。

13.一种信号发射器装置，包括：

14.根据权利要求13所述的信号发射器装置，其中，所述发射器包括光电转换器(即，光电二极管、光电导天线等等)。

15.一种信号接收器装置，包括：

16.根据权利要求15所述的信号接收器装置，其中，所述接收器包括肖特基零偏置二极管(zbd)包络检测器。

17.一种互连系统，包括：

技术总结
公开一种超宽带互连探针(100)，该超宽带互连探针能连接到第一电子装置(101)的第一接入端口，第一接入端口包括第一锥形耦合器(101a)，以及该超宽带互连探针能连接到第二电子装置(102)的第二接入端口，第二接入端口包括第二锥形耦合器(102a)，该超宽带互连探针(100)包括：介电波导结构(120)，其建立高通特性互连，在从微波范围或毫米波范围中的低截止频率fCL开始的高频范围内操作，其中该介电波导结构(120)包括：第一锥形端(120a)，其经由第一锥形耦合器(101a)可连接到第一接入端口；和第二锥形端(120b)，其经由第二锥形耦合器(102a)可连接到第二接入端口。

技术研发人员：吉列尔莫·卡平特罗·德尔巴里奥,亚历杭德罗·里维拉·拉瓦多,路易斯·恩里克·加西亚·穆诺兹,穆辛·阿里
受保护的技术使用者：马德里卡洛斯三世大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14