阅读说明：本技术 射频设备 (Radio frequency device ) 是由 O.H.卡拉贝 于 2019-02-27 设计创作，主要内容包括：射频设备(4)包括向着彼此以一定距离布置的第一衬底层(2)和第二衬底层(3),其中第一和第二衬底层(2、3)包括第一衬底层(2)的第一表面(6)上的和第二衬底层(3)的第二表面(8)上的导电传输线元件(10、11、10’、11’),其允许沿着传输方向传输射频信号。射频设备(4)还包括第一衬底层(2)的第一表面(6)与第二衬底层(3)的第二表面(8)之间的多于一个导电交叉部(1),其提供第一和第二衬底层(2、3)上的相应导电传输线元件(10、11)的导电连接。射频设备(4)的至少一个相移区(12)包括用于形成在第一和第二衬底层(2、3)上布置的至少一个射频相移元件的相应第一和第二衬底层(2、3)的对应区。所有导电交叉部(1)被布置在射频设备(4)的该至少一个相移区(12)外部,其中每一个导电交叉部(1)电连接到相应相移元件。(The radio frequency device (4) comprises a first substrate layer (2) and a second substrate layer (3) arranged at a distance to each other, wherein the first and second substrate layers (2, 3) comprise electrically conductive transmission line elements (10, 11, 10', 11') on a first surface (6) of the first substrate layer (2) and on a second surface (8) of the second substrate layer (3), which allow transmission of radio frequency signals along a transmission direction. The radio frequency device (4) further comprises more than one conductive intersection (1) between the first surface (6) of the first substrate layer (2) and the second surface (8) of the second substrate layer (3), which provides a conductive connection of the respective conductive transmission line elements (10, 11) on the first and second substrate layers (2, 3). At least one phase shifting region (12) of the radio frequency device (4) comprises a corresponding region of the respective first and second substrate layers (2, 3) for forming at least one radio frequency phase shifting element arranged on the first and second substrate layers (2, 3). All conductive crossings (1) are arranged outside the at least one phase shifting region (12) of the radio frequency device (4), wherein each conductive crossing (1) is electrically connected to a respective phase shifting element.)

射频设备

技术领域

本发明涉及一种射频设备，该射频设备包括向着彼此以一定距离布置的第一衬底层和第二衬底层，其中第一和第二衬底层包括第一衬底层的第一表面上的和第二衬底层的第二表面上的导电传输线元件，其允许沿着由传输线元件限定的与第一衬底层的第一表面平行或与第二衬底层的第二表面平行的传输方向传输射频信号，并且该射频设备具有第一衬底层的第一表面与第二衬底层的第二表面之间的导电交叉部（crossover），其提供第一衬底层的第一表面上的导电传输线元件与第二衬底层的第二表面上的导电传输线元件的导电连接。

背景技术

在许多射频设备内，沿着导电传输线元件传输射频信号。这种传输线元件可以被布置在衬底层的表面上。有时，形成射频信号的信号路径的若干传输线元件被布置在自身向着彼此以一定距离布置的至少两个衬底层的两个或更多个表面上。传输线元件中的一些被布置在这两个衬底层的相对表面上。传输线元件使得能够沿着由相对表面处的对应传输线元件的设计、布置和取向限定的传输方向传输射频信号，其中该传输方向与这两个衬底层的相对表面中的至少一个平行。如果这两个衬底层的全部两个表面都是向着彼此平行地布置的，则该传输方向与全部两个相对表面平行。

对于许多设备，传输线元件可以通过包括沉积方法、平版印刷方法或蚀刻方法的公知方法（像例如表面微加工或体微加工）而制造。通过印刷方法生成传输线元件也是可能的。

许多射频设备要求向着彼此以一定距离形成传输线元件（像例如微带线）的两个电极。具有相应传输线元件的这两个衬底层的表面必须是向着彼此以一定距离布置的，以便避免这两个表面与相应传输线元件之间的不想要的导电连接。通常，固体介电材料层被布置在具有相应传输线元件的这两个衬底层之间，从而导致例如相应传输线元件的微带线布置。然而，对于一些应用，这两个衬底层之间的体积至少部分地被流体材料（像空气或液晶材料）填充，其中这种流体材料的力学特性不能提供或保证所要求的距离。对于这种设备，通常，一个或多个分隔部元件被布置在这两个衬底层之间，其限定和提供这两个衬底层之间的距离。这两个衬底层之间的未被分隔部元件填充的体积可以用于流体材料且被流体材料填充。

对于一些应用（像例如基于薄膜晶体管显示器的射频应用），必须在某个点处将信号从第一衬底层的第一表面上的传输线元件馈送到第二衬底层的第二表面上的对应传输线元件。具有被命名为像素的大量图像元素的薄膜晶体管显示器包括下述每一个图像元素的电容器：针对该图像元素，可以控制被应用于对应电容器的电压。通常，存在第一衬底层上的所有图像元素的公共地电极和第二衬底层上的图像元素中的每一个的专用控制电极。源电压驱动器和大多数控制元件与控制电极被布置在第二衬底层的相同表面上。因此，存在将公共地电极信号从第二衬底层的第二表面传送到第一衬底层的第一表面所需的一个导电交叉部。

如果至少一个衬底层容易地允许制造到衬底层中的开口以及通过该开口从外部***导电连接元件（像例如导线或管脚），则该导电连接元件可以用于提供紧邻该开口或在该开口周围放置的两个表面上的传输线元件之间的导电交叉部。

然而，对于一些设备，这两个衬底层由不容易允许穿过衬底层的开口的材料（像例如玻璃）制成。对于这种衬底层，导电交叉部不应当要求衬底层中的至少一个内的开口。此外，如果使用流体介电材料以填充这两个衬底层之间的体积，则这种开口可能促成或甚至造成流体材料通过该开口的不想要的泄漏，从而导致针对保护该开口的附加密封的需要。

在一些情况下，这种导电交叉部可以是通过作出从衬底层的侧边缘***到全部两个表面上的传输线元件的导电连接来实现的，其中经由这两个衬底层之间的空间从全部两个衬底层的外部接触相应传输线元件。然而，对于一些应用和设备，这种导电连接是不可能的或者被视为不利的。

对于一些设备（像例如相控阵天线），大量天线元件（例如，数百个或数千个天线元件）被布置在小区域内。每一个天线元件要求至少一个相移元件以及由将该天线元件与相应相移元件和馈送网络相连接的传输线形成的连接线。为了允许紧致的相控阵天线设备，利用向着彼此以一定距离布置的两个衬底层上的传输线元件被视为有利的，其中针对连接线或针对相移元件的传输线元件被布置在这两个衬底层的面向彼此的两个表面处。此外，如果导电交叉部不允许这两个衬底层中的至少一个中的开口，则导电交叉部应当是凭借将这两个衬底层的这两个表面相连接的不同管脚或导线来形成的。

相应地，存在针对下述内容的需要：允许将向着彼此以一定距离布置的两个衬底层的两个相对表面上布置的传输线元件相连接的导电连接的有成本效益且节约空间的布置和设计。

发明内容

本发明涉及一种如上所描述的射频设备，其中多于一个导电交叉部被布置在第一和第二衬底层之间。即使多于一个导电交叉部的制造可能要求比连接到要求这种连接的所有传输线元件的单个导电交叉部的制造更多的努力和成本，若干导电交叉部的使用也便于触发和控制未被组合或集成到射频设备的单个电气部件中而是与例如许多不同相移元件相关的若干传输线元件。

根据本发明的优选实施例，射频设备的至少一个相移区包括具有导电传输线元件的第一和第二衬底层的相应第一和第二表面的对应区，该对应区用于形成在该至少一个相移区的边界内部布置的若干射频相移元件，其中所有导电交叉部被布置在射频设备的该至少一个相移区外部，并且其中该至少一个相移区外部的每一个导电交叉部电连接到该至少一个相移区内部的相应相移元件。通过将导电交叉部与相移元件和其他部件（像例如辐射发射元件或者将射频信号耦合到衬底层外部的辐射元件的耦合元件）所要求的表面区进行空间分离，相移区内（即，相移区的边界内部）的相移元件和辐射元件的非常密集的空间布置是可能的。例如，当设计相控阵天线时，可以设计辐射元件的形状和距离以及对应相移元件的布置，以便允许相控阵天线的辐射特性的最佳优势。由边界围绕和限定的相移区内的区域可以完全用于相移元件以及对应的辐射元件。由于相移区外部的导电交叉部的布置，可以最大化导电交叉部中的每一个的可用空间，而不干扰或限制相移区。因此，每一个导电交叉部的大占用空间是可能的，这便于制造导电交叉部以及提高了导电交叉部的可靠性。

导电交叉部的占用空间可以是圆形的或矩形的。通过设计具有不同形状和尺寸的对应占用空间的导电交叉部来最佳地利用相移区外部的可用空间也是可能的。

根据本发明的有利方面，沿着沿射频设备的相移区的边界的直线布置多个导电交叉部。紧邻相移区的边界布置导电交叉部允许导电交叉部与对应相移元件之间的短距离。

优选地，沿着沿射频设备的相移区的边界的彼此平行的若干直线布置多个导电交叉部。此外，对于许多射频设备，沿着相移区的两个或更多个直线或弯曲边界布置一个或多个直线是有利的。如果射频设备包括具有矩形形状的堆叠的两个衬底层，则可以沿着堆叠的两个衬底层的一个、若干或所有边界布置导电交叉部，从而在这两个衬底层的内部区内创建大矩形相移区。对于许多应用（像例如相控阵天线），具有矩形形状的相移区内的相应相移元件和辐射元件的大量天线元件的矩阵状布置允许相控阵天线的节约空间的构造和相控阵天线的有利发射或接收特性。

根据本发明的有利实施例，第一直线的相应导电交叉部是在第一直线的方向上相对于第二直线的邻近导电交叉部以一定距离布置的。第二直线的导电交叉部相对于邻近第一直线的移位位置允许将导电交叉部与相移区内部的专用相移元件相连接的连接线的非常紧致的设计。

优选地，导电交叉部包括第一衬底层上的第一交叉电极、第二衬底层上的第二交叉电极，其中第一衬底层上的第一交叉电极至少部分地与第二衬底层上的第二交叉电极重叠。第一和第二交叉电极可以是使用相同制造方法且通常在相同制造步骤内与对应相移元件和连接线一起制造的。例如，第一交叉电极（连接线和相移元件在第一衬底层的第一表面上的相应部分）可以是通过印刷或蚀刻或者通过任何其他微电子制造方法来制造的。

第一和第二交叉电极限定了导电交叉部的占用空间。通常，第一和第二交叉电极是相同形状和尺寸的，且被布置在叠层中以完全彼此重叠。然而，对于一些设备，允许不同形状或尺寸或者这两者的第一和第二交叉电极可能是有利的。以第一和第二交叉电极仅部分地重叠的方式将第一和第二交叉电极布置在第一衬底层的相应第一表面上和第二衬底层的第二表面上也是可能的。

根据本发明的有利实施例，导电材料被布置在第一和第二交叉电极的重叠区域的至少部分之间，其中导电材料将第一衬底层上的第一交叉电极与第二衬底层上的第二交叉电极电连接。导电材料可以包括例如镀金电镀颗粒，其是导电的且典型地分散在接合物中以形成可在第一和第二交叉电极的连接中采用的各向异性导电粘合材料，诸如各向异性导电膜或各向异性导电浆料。利用来自涂层、粘合剂、印刷墨、塑料和橡胶的已知的镍导电分隔部以提供第一和第二交叉电极之间的导电连接也是可能的。

在本发明的又一实施例中，导电材料包括分散在非导电基体材料内的导电颗粒。存在分散在适于用作将第一和第二交叉电极电连接的导电材料的可用聚合物基体中的若干不同导电颗粒或导电涂覆颗粒、电光材料或各向异性颗粒。

还可能的是，导电材料包括具有足够大的平均直径以提供与第一交叉电极和与第二交叉电极的导电接触的导电颗粒。根据本发明的该方面的优选实施例，导电颗粒的直径等于第一和第二交叉电极之间的距离。对于这种导电交叉部的制造，可以将导电颗粒嵌入到合适基体材料中。基体材料可以是光致抗蚀剂。所嵌入的导电颗粒被布置在第一或第二交叉电极上。随后，可以移除基体材料，这将导电颗粒留在第一和第二交叉电极中间。可以通过向着彼此按压第一和第二衬底层来紧固导电颗粒相对于第一和第二交叉电极的位置，从而导致防止导电颗粒移走的握持力。

在所选导电材料的力学特性提供了足够力学稳定性的情况下，这两个交叉电极之间的导电材料可以被设计成还提供保证第一和第二衬底层之间的距离的分隔部元件。在该情况下，有利的是，沿着这两个衬底层的所有侧边缘布置导电交叉部，从而提供向着彼此有一定距离且在中间有流体材料层的两个衬底层的夹层的力学稳定性。

根据本发明的又一方面，第一衬底层的第一交叉电极或第二衬底层上的第二交叉电极或者这两者部分地或完全地被导电机械保护层覆盖。导电机械保护层可以由例如金或铜制成，或者由具有足够力学稳定性或具有足够厚度或者具有这两者以在第一和第二交叉电极顶上提供机械保护层的任何合适导电材料制成。然后，第一和第二交叉电极可以由较不力学稳定的材料制成，该较不力学稳定的材料也用于包括相移元件的传输线，且可能提供传输线或传输线的制造的有利特性。例如，传输线中的一些或全部以及第一和第二交叉电极可以由薄金属（像例如氧化铟锡ITO）制成。

导电交叉部可以由被放置在这两个导电机械保护层之间的导电材料形成。在本发明的又一实施例中，导电交叉部由将第一衬底层上的第一交叉电极与第二衬底层上的第二交叉电极电连接的机械保护层的导电材料形成。

根据本发明的一方面，密封剂围绕导电交叉部中的一些或每一个，或者其中密封剂围绕包括导电交叉部的区的某个部分或全部，或者其中密封剂围绕相移区的某个部分或全部。密封剂保护导电交叉部免于与源自于这两个衬底层之间的体积的材料或外部条件发生干扰，例如，免于与用于控制和操控相移区内的相移元件的液晶材料发生干扰。

附图说明

当参考以下详细描述和附图时，将更充分地理解本发明，并且进一步的特征将变得明显。附图仅是代表性的，而不意在限制权利要求的范围。事实上，本领域技术人员可以在阅读以下说明书且查看目前附图后领会到，在不脱离本发明的创新构思的情况下，可以对本发明作出各种修改和变型。附图中描绘的相似部分由相同附图标记指代。

图1图示了第一和第二衬底层之间的导电交叉部的截面图，

图2图示了具有多个导电交叉部的第一衬底层的示意顶视图，每一个导电交叉部连接到相移元件且然后连接到辐射元件，

图3图示了图2中所示的衬底层沿着图2中的线III-III的截面图，

图4图示了具有在相移区外部沿着第一衬底层的侧边缘布置的多个导电交叉部的第一衬底层的透视图，

图5图示了具有沿着沿第一衬底层的侧边缘的两个直线布置的多个导电交叉部的第一衬底层的示意顶视图，

图6图示了具有沿着沿第一衬底层的侧边缘的两个直线布置的多个导电交叉部的第一衬底层的示意顶视图，其中第一直线的导电交叉部的位置相对于第二直线的那些导电交叉部而移位，

图7图示了第一和第二衬底层之间的导电交叉部的另一实施例的截面图，

图8图示了第一和第二衬底层之间的导电交叉部的又一实施例的截面图，以及

图9图示了第一和第二衬底层之间的导电交叉部的又一实施例的截面图。

具体实施方式

图1示出了射频设备4的第一衬底层2和第二衬底层3之间的导电交叉部1的第一实施例的截面图。第一和第二衬底层2、3之间的导电交叉部1包括被布置在第一衬底层2的第一表面6上的第一交叉电极5和被布置在第二衬底层3的第二表面8上的第二交叉电极7。这两个衬底层2、3是平行地且在第一衬底层2的第一表面6面向第二衬底层3的第二表面8的情况下布置的。全部两个衬底层2、3都由玻璃制成。

第一交叉电极5与第二交叉电极7之间的体积是利用导电材料9填充的，导电材料9提供第一交叉电极5与第二交叉电极7之间的导电连接。第一交叉电极5连接到第一衬底层2的第一表面6上的传输线元件10，并且第二交叉电极7连接到第二衬底层3的第二表面8上的传输线元件11。导电交叉部1提供第一衬底层2的第一表面6上的传输线元件10与第二衬底层3的第二表面8上的传输线元件11之间的导电连接。在第一衬底层2中或在第二衬底层3中不要求开口或钻孔。

图2和3图示了具有被布置在第一衬底层2的第一表面6上以及在第二衬底层3的第二表面8上的若干相移元件20和若干耦合结构21的射频设备4的示例性实施例。每一个耦合结构21将射频信号耦合到在第一和第二衬底层2、3外部布置的对应辐射元件。每一个相移元件20由第一衬底层2的第一表面6上的一个或多个传输线元件10'形成且由第二衬底层3的第二表面8上的一个或多个传输线元件11'形成。每一个相移元件20处于经由连接线14而导电连接到专用导电交叉部1的一侧，该专用导电交叉部1提供对对应相移元件20进行操作和控制的偏置电压。相移元件20处于经由连接线14而导电连接到专用耦合结构21的另一侧，该专用耦合结构21将射频信号耦合到对应辐射元件。因此，对于经由相移元件20而传输到耦合结构21且因而传输到对应辐射元件的射频信号的每一个信号路径，专用导电交叉部1便于触发和控制相移元件20，从而导致对应辐射元件的个体相位控制，使得可以在两个维度中（例如，在方位角和高程中）引导相控阵天线的叠加束。第一和第二衬底层2、3之间的体积是利用可调谐介电材料（即，利用可以用于控制由对应相移设备20创建的相应相移的液晶材料19）填充的。

图4示出了具有在相移区12外部布置的多个导电交叉部1的第一衬底层2的透视图。相移区12的边界22由点划线指示，且其位于相应第一和第二衬底层2、3的内部区域中。为了演示导电交叉部1在第一衬底层2上的布置，在第一衬底层2上面安装的第二衬底层3仅由虚线指示。在相移区12内部，定位了相控阵天线的相移元件20和耦合结构21。在相移区12外部，沿着第一衬底层2的侧边缘13布置多个导电交叉部1。通过将导电交叉部1与包括相移元件20和耦合结构21的相移区12分离，可以将相移元件20和耦合结构21两者布置成优化相控阵天线的发射和接收特性，而无需考虑针对导电交叉部1的空间要求。此外，导电交叉部1的占用空间可以足够大以在不与相移元件和耦合结构21或辐射元件的设计和布置发生干扰的情况下提供第一和第二衬底层2、3之间的可靠导电连接。导电交叉部1是沿着与侧边缘13平行的直线布置的。它们经由连接线14导电连接到相移区12内部的相移元件。

图5图示了根据本发明的另一实施例的第一衬底层2的示意顶视图，第一衬底层2具有沿着沿第一衬底层2的侧边缘13的两个直线布置的多个导电交叉部1。与相移区12邻近的第一直线的导电交叉部1的连接线14被导向到相移区12。与相移区12更远的第二直线的导电交叉部1的连接线14聚集在与相移区12相对的侧处，并且每两个连接线14通过导电交叉部1的两个直线而导向到相移区12。

图6图示了根据本发明的另一实施例的第一衬底层2的示意顶视图，第一衬底层2具有沿着沿第一衬底层2的侧边缘13的两个直线布置的多个导电交叉部1。第一直线的导电交叉部1的位置相对于第二直线的那些导电交叉部而移位。因此，对于所有导电交叉部1，连接线14可以导向到相移区12。该实施例的所有连接线14的总长度小于图5中所示的实施例的所有连接线14的总长度。

图7示出了第一和第二衬底层2、3之间的导电交叉部1的另一实施例的截面图。第一和第二交叉电极5、7以及邻接的连接线14由氧化铟锡ITO制成。第一和第二交叉电极5、7两者都被由金或铜制成的导电机械保护层15、16覆盖。

图8示出了第一和第二衬底层2、3之间的导电交叉部1的又一实施例的截面图。取代分离的导电材料9，第一和第二交叉电极5、7之间的体积是利用导电机械保护层15、16的材料17填充的，即，被金或铜或者适于提供机械保护的任何其他导电材料填充。为了建立导电连接。如导电交叉部1的底侧上所指示，可以在单个制造步骤中（例如，通过添加制造（additive manufacturing）方法）添加导电机械保护层15、16的附加材料17，或者如导电交叉部1的顶侧上所指示，可以在分离的制造步骤中添加导电机械保护层15、16的附加材料17。

图9示出了第一和第二衬底层2、3之间的导电交叉部1的又一实施例的截面图。导电交叉部1被密封剂18围绕，密封剂18防止导电材料9与在第一和第二衬底层2、3之间填充的任何其他材料（像液晶材料19）的任何直接接触。