專利名稱：光傳輸器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有一種結(jié)構(gòu)的光傳輸器件，該結(jié)構(gòu)通過傳輸線基片來互聯(lián)具有不同的輸入和輸出阻抗的功能單元。
相關(guān)技術(shù)描述大多數(shù)現(xiàn)有的、帶有一種通過傳輸線基片互聯(lián)具有不同的輸入和輸出阻抗的功能單元的結(jié)構(gòu)的光傳輸器件，打算用來處理1GHz或更低的傳輸頻率，該傳輸器件在根據(jù)所謂的50Ω參考阻抗系統(tǒng)來進行設計時采用線性傳輸結(jié)構(gòu)，該參考阻抗系統(tǒng)對于阻抗匹配并不重要。
然而，在傳輸1GHz或更高的傳輸頻率(諸如10GHz或40GHz)的情形下，需要改變用于阻抗匹配的傳輸線的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的、用于阻抗匹配的方法包括(1)改變介質(zhì)的厚度或相對介電常數(shù)，(2)整體地變薄信號線層的寬度以及(3)改變信號線的一部分結(jié)構(gòu)。
在日本專利申請公開號No.HE17-106759中顯示第三種方法的一個例子，在該現(xiàn)有的參考文獻中揭示了，被放置在薄膜多層結(jié)構(gòu)上以及被插入在兩個器件之間的微帶信號線的結(jié)構(gòu)，部分地或全部地改變，以及在該參考文獻的圖2上，顯示了具有兩個不同的寬度的線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的中間部分在寬度上變窄，以及在該參考文獻的圖4上，顯示了具有兩個不同的厚度的線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的中間部分在厚度上被開凹槽，而在該參考文獻的圖3上，顯示了其寬度線性變化的線結(jié)構(gòu)。
按照功能性單元頻率特性的現(xiàn)有的傳輸線的結(jié)構(gòu)沒有得到應當?shù)年P(guān)注。具體地，在垂直線被放置在調(diào)制器與驅(qū)動IC之間以便把電壓加到同一個調(diào)制器的情形下，提供有共面和微帶結(jié)構(gòu)的傳輸線基片被投入實際使用，但沒有予以應當?shù)年P(guān)注對于具有1GHz或更高的頻率的信號電壓執(zhí)行阻抗匹配，正如從驅(qū)動IC加到在之間的邊界，而防止傳輸效率由于反射導致的惡化。
換句話說，在高頻段的信號借助于共面裝置與帶有功能性單元的、如上所述的、在先前的參考文獻的圖2和4所示的裝置相組合被傳輸?shù)那樾蜗?，在傳輸線和功能性單元的作用區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)反射，從而在1GHz或更高的頻率上降低效率。
而且，當線結(jié)構(gòu)線性地過渡時，正如以上所述的先前參考的圖3所顯示的，在傳輸1GHz或更高的頻率的信號的情形下，出現(xiàn)反射，從而降低傳輸效率。
發(fā)明概述本發(fā)明是要改進在1GHz或更高的頻段上的傳輸效率，具體地，按照從37GHz到80GHz或從1GHz到23GHz的范圍來安排傳輸線，可以改進在該同一個范圍內(nèi)的傳輸效率。
按照本發(fā)明的光傳輸器件的一個實例包括帶有共面波導和微帶線的傳輸線基片；其輸入阻抗與頻率的增加成比例地變大的第一裝置，第一裝置被連接到共面波導；其輸出阻抗與頻率的增加成反比地變小的第二裝置，第二裝置被連接到微帶線，其中相應于微帶線的信號線的平面結(jié)構(gòu)在寬度方向緩慢收縮，具有的寬度比起延伸到各自末端的信號線的平均寬度寬，其寬度相應于相對于信號線延伸的方向的最短垂直間隔，或相對于基片的輸入端的最短平行間隔。
相應于安裝有光傳輸器件的基片的傳輸線的微帶線被做成收縮，允許從37GHz到80GHz范圍的頻率的信號的傳輸達到阻抗匹配，在傳輸線內(nèi)或它與功能性單元的結(jié)合區(qū)域處的反射被約束，這改進傳輸效率。
如上所述的緩慢收縮是弧形的，或是通過在90度或更小的角度內(nèi)逐漸變化直線的傾斜度而得到的形狀。
按照本發(fā)明的光傳輸器件的另一個例子包括帶有共面波導或微帶線的傳輸線基片；其輸入阻抗與頻率的增加成比例地變大的第一裝置，第一裝置被連接到共面波導；其輸入阻抗與頻率的增加成反比地變小的第二裝置，第二裝置被連接到微帶線。對應于微帶線的信號線的平面形狀是弧形和被配置有一個具有其隆起在90度和更小角度范圍內(nèi)變化的角度的隆起，隆起的寬度比延伸通過它們各自端面的信號線的平均寬度更窄。
這允許范圍在1GHz到23GHz頻率范圍內(nèi)的傳輸效率得到改善，因為通過控制在傳輸線內(nèi)和在具有功能性單元的結(jié)合區(qū)域處的反射實現(xiàn)了阻抗匹配。
此外，根據(jù)本發(fā)明的再一個光傳輸設備的例子包括帶有共面波導或微帶線的傳輸線基片；其輸入阻抗與頻率的增加成比例地變大的第一裝置，第一裝置被連接到共面波導；其輸入阻抗與頻率的增加成反比地變小的第二裝置，第二裝置被連接到微帶線。微帶線阻抗的一部分z1，該部分近似于輸入阻抗，與微帶線阻抗的一部分z3，該部分近似于輸出阻抗，之間的關(guān)系滿足以下條件的任一項，z1＞z2＞z3和z2＞(z1+z3)/2，z1＞z3＞z2，z2＞z1＞z3和z2＞(z1+z3)/2，以及z1＞z2＞z3和z2＜(z1+z3)/2。
這允許從1GHz到23GHz范圍的頻率的傳輸效率得以提高。
具體地，在以上阻抗之間的關(guān)系滿足以下的條件的任一項z1＞z2＞z3和z2＞(z1+z3)/2，z2＞z1＞z3和z2＞(z1+z3)/2的情形下，它允許37GHz或更高的高頻段的傳輸效率得以提高，如圖20所示。
然后，在以上阻抗之間的關(guān)系滿足以下的條件的任一項z1＞z3＞z2，z1＞z2＞z3和z2＜(z1+z3)/2的情形下，它允許從1GHz到23GHz范圍的頻率的傳輸效率得以提高，如圖20所示。
應當指出，從蝕刻處理過程的立場看來，最好通過增加或減小信號線的寬度來實現(xiàn)以上條件，但也可以通過調(diào)節(jié)它們的厚度來實現(xiàn)以上條件。
通過本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以下的更具體的說明，正如附圖顯示的，將明白本發(fā)明的這些與其它目的、特性、和優(yōu)點。
附圖簡述

圖1是顯示按照本發(fā)明的濾波器傳輸線基片的圖。
圖2是顯示如本說明所指的微帶線的一個例子的圖。
圖3是顯示寬的濾波器傳輸線基片的圖。
圖4是顯示窄的濾波器傳輸線基片的圖。
圖5是顯示凹的濾波器傳輸線基片的圖。
圖6是顯示凸的濾波器傳輸線基片的圖。
圖7是顯示共面波導-微帶轉(zhuǎn)換的阻抗變換基片的圖。
圖8是顯示共面波導-微帶轉(zhuǎn)換的寬的濾波器傳輸線基片的圖。
圖9是顯示共面波導-微帶轉(zhuǎn)換的窄的濾波器傳輸線基片的圖。
圖10是顯示共面波導-微帶轉(zhuǎn)換的凹的濾波器傳輸線基片的圖。
圖11是顯示共面波導-微帶轉(zhuǎn)換的凸的濾波器傳輸線基片的圖。
圖12是顯示CPW-MSL-CPW轉(zhuǎn)換的阻抗變換基片的圖。
圖13是顯示CPW-MSL-CPW轉(zhuǎn)換的寬的濾波器傳輸線基片的圖。
圖14是顯示CPW-MSL-CPW轉(zhuǎn)換的窄的濾波器傳輸線基片的圖。
圖15是顯示CPW-MSL-CPW轉(zhuǎn)換的凹的濾波器傳輸線基片的圖。
圖16是顯示CPW-MSL-CPW轉(zhuǎn)換的凸的濾波器傳輸線基片的圖。
圖17是顯示CPW-MSL轉(zhuǎn)換的等距離線的圖。
圖18是顯示CPW-MSL轉(zhuǎn)換的阻抗線寬度的圖。
圖19是顯示用于仿真?zhèn)鬏斁€的頻率對它的增益S21的特性的等效電路模型的圖。
圖20是顯示傳輸線頻率對它的增益S21的特性的仿真結(jié)果的圖。
圖21是按照本發(fā)明的光傳輸器件的截面圖。
圖22是顯示如圖21所示的調(diào)制器周圍的連接結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖23是顯示驅(qū)動如圖21所示的光傳輸器件的IC的Smith圓圖的圖。
圖24是顯示如圖21所示的光傳輸器件的調(diào)制器的Smith圓圖的圖。
優(yōu)選實施例描述圖21上顯示按照本發(fā)明的光傳輸器件的截面圖。
這個器件配備有用加到調(diào)制器(EA調(diào)制器)的電壓來調(diào)制傳送通過光纖的光的功能，該電壓由驅(qū)動的半導體芯片(驅(qū)動IC)控制，以便在需要時作為具有一個頻率的信號被發(fā)送。
圖22顯示以調(diào)制器和驅(qū)動IC為中心的光傳輸器件的透視圖。由驅(qū)動IC所加的電壓被引導通過基片，在該基片上有傳輸線連接到調(diào)制器，還連接到終端電阻。
驅(qū)動IC被連接到高導熱的基底基片，該基底被固定在封裝的底面。傳輸線基片與在Peltier散熱器上方的基片相接合，該散熱器被固定在封裝底面。調(diào)制器和終端電阻以與放置在傳輸線基片同樣的方式，被提供在Peltier散熱器上方的基片上。
驅(qū)動IC通過條帶線被連接到傳輸線，而調(diào)制器與傳輸線以及調(diào)制器與終端電阻則通過引線結(jié)合或金屬絲帶被連接。
應當指出，在本例中實施的驅(qū)動IC是阻抗隨頻率增加而變小的器件，該器件具有如圖23的Smith圓圖所示的阻抗頻率特性。而調(diào)制器是阻抗隨頻率增加而變大的器件，該器件具有如圖24所示的阻抗頻率特性。
下面參照圖1的傳輸線基片的透視圖更詳細地描述如上所述的傳輸線基片。
這個傳輸線基片包括介質(zhì)(白色基色區(qū)域)，提供在介質(zhì)上的信號線104，具有在介質(zhì)的較低表面上延伸的較低地層和通過孔連接到較低地層、并插入信號線104的較高地層的地層103。信號線104和上面的地層103被形成為如圖1所示的結(jié)構(gòu)，以使得在介質(zhì)上面形成的金屬層被蝕刻，被做成變尖的形狀。
傳輸線基片的結(jié)構(gòu)被劃分成兩部分，它被分開成共面波導結(jié)構(gòu)101和微帶線結(jié)構(gòu)102。
共面波導101被安排成信號線104的兩側(cè)被交錯放置上部地層，它是通過介質(zhì)被提供在較低地層的上部，該信號線和上部地層分別被連接到驅(qū)動IC的信號端和驅(qū)動IC的地層端。為了實現(xiàn)與驅(qū)動IC的阻抗匹配和與微帶線結(jié)構(gòu)的阻抗匹配，上部地層的區(qū)域逐漸變窄，而同時信號線104的寬度逐漸變寬。
微帶線結(jié)構(gòu)102被安排成使得它放置在較低的地層103上部的介質(zhì)上，而相對于縱向方向而言，在信號線104的右側(cè)和左側(cè)不提供上部地層。
相應于微帶線的信號線在共面波導與微帶線之間的邊界處(變換段)寬度上是最寬的，而向著輸出端逐步變窄，直至再次變寬為止。這樣，信號線的結(jié)構(gòu)相對于傳輸方向劇烈地變化，它的線寬度以90度的最大角度變化。因此，擺脫造成高頻信號反射的牽強的凹凸結(jié)構(gòu)，這允許減弱這樣的反射。
應當指出，上述的信號線的寬度的連續(xù)變化在圖1上顯示為多邊形結(jié)構(gòu)，但可以是弧形的。
然后，如圖19所示，圖上顯示用于仿真?zhèn)鬏斁€的頻率對它的增益S21的特性的等效電路，其中傳輸線基片的阻抗被看作為互聯(lián)不同的阻抗(例如，z1，z2，z3)的功能性單元的等效電路，傳輸線基片的阻抗被安排成使得它滿足z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & lt；(z1+z3)/2條件，與其中微帶線的各個末端之間的間隔線性地形成(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比較，這導致如圖20所示的、在37GHz或更高的高頻范圍處更高的增益S21圖20顯示傳輸線的頻率對它的增益S21的特性的仿真結(jié)果。應當指出，如上所述的z1等于在共面波導輸入端處的阻抗，以及近似于驅(qū)動IC的阻抗，而如上所述的z3等于在微帶線輸出端處的阻抗，以及近似于EA調(diào)制器的阻抗。而且，如上所述的z2等于被夾在z1與z3之間的阻抗。
然后，下面描述按照本發(fā)明的高頻傳輸線基片的另一個實施例。
圖2是在這里引用來用于參考的阻抗變換微帶線的圖。可以看到，在輸入端201處微帶線的特性阻抗Z(＝√(L/C))是很大的，因為它的寬度是窄的，這樣它的電感L很大而它的電容很小。另一方面，可以看到，在輸出端處它的寬度是寬的，這樣它的特性阻抗是小的。在輸入端與輸出端之間的間隔需要緩慢地和連續(xù)地變化，以便把反射抑制到最小，該間隔結(jié)構(gòu)對于把大的特性阻抗的功能性單元連接到小的特性阻抗的功能性單元的信號線是典型的。然后，把小的特性阻抗的功能性單元連接到大的特性阻抗的功能性單元的信號線具有的結(jié)構(gòu)是通過用如圖2所示的輸出端代替輸入端而得到的。在相同的特性阻抗的功能性單元互聯(lián)的情形下，輸入端和輸出端以及它們的間隔部分的線寬度是不變的。
圖3顯示高頻微帶線基片的一個安排，該安排的特征在于，在信號線的中部提供寬的寬度線段301，而不是線性地改變信號線，這使得微帶線的中間部分的特性阻抗z2變小。
圖3所示的安排被看作為如圖19所示的等效電路，具有傳輸線基片1902的各個阻抗，這導致z1；z2 & gt；z3，z2 & lt；(z1+z3)/2的條件。如圖20所示，圖上顯示微帶傳輸線的頻率對它的增益S21的特性的仿真結(jié)果，如傳輸線的每種寬度畫的，與其中微帶線的各個末端之間的間隔段線性地形成(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比較，在37GHz或更高的高頻段處得到更高的增益。換句話說，如圖3所示的傳輸線基片在它的中間部分變寬滿足以上的條件，這允許從37GHz到80GHz范圍的高頻的傳輸特性得以改進。
圖4顯示按照本發(fā)明的微帶線的另一個安排。
40這個安排被提供有窄的寬度線段401，這使得微帶線的中間部分的特性阻抗z2變大。如上安排的傳輸線基片被看作為如圖19所示的等效電路，它導致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & gt；(z1+z3)/2的條件。正如從圖20看到的，與其中微帶線的各個末端之間的間隔段被線性地形成(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比較，在從1GHz到23GHz的高頻范圍內(nèi)得到更高的增益S21。換句話說，如圖4所示的傳輸線基片在它的中間部分變寬滿足以上的條件，這允許從1GHz到23GHz范圍的頻率的傳輸特性得以改進。
如圖5所示的傳輸線基片提供有比平均線寬度更寬的末端和較窄的中間部分，這滿足z2 & gt；z1 & gt；z3，z2 & gt；(z1+z3)/2的條件。因此，與如圖4所示安排同樣地，在從1GHz到23GHz范圍的頻率上得到更高的增益S21。
如圖6所示的傳輸線基片提供有比平均線寬度更窄的末端和較寬的中間部分，這滿足z1 & gt；z3 & gt；z2，z2 & lt；(z1+z3)/2的條件。因此，與如圖3所示安排同樣地，在從37GHz到80GHz范圍的高頻上得到更高的增益S21。
如圖7所示的傳輸線基片是顯示這樣的安排的一個例子，即，在傳輸線的輸入端與輸出端中的一端提供有共面波導段701，并且與它相連接的有微帶線段702。
如圖8所示的基片在傳輸線的中部提供有寬的寬度線段301，這使得微帶線的中間部分的特性阻抗變小。這個安排被看作為如圖19所示的等效電路，它導致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & lt；(z1+z3)/2的條件。正如從圖20看到的，與其中圖7所示的基片被設置為使用(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比較，在從37GHz到80GHz的高頻范圍內(nèi)得到更高的增益S21。
圖9顯示被加到圖4的基片的一端的共面波導。這個安排被看作為如圖19所示的等效電路，它導致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & gt；(z1+z3)/2的條件。正如從圖20看到的，與圖8所示的基片(z2＝(z1+z3)/2)相比較，在從1GHz到23GHz的頻率范圍內(nèi)得到更高的增益S21。
圖10顯示被加到圖5的基片的一端的共面波導。根據(jù)圖19所示的等效電路，它導致z2 & gt；z2 & gt；z3的條件。在從1GHz到23GHz的頻率范圍內(nèi)得到更高的增益S21。
圖11顯示被加到圖6所示的基片的一端的共面波導。根據(jù)圖19所示的等效電路，它導致z1 & gt；z3 & gt；z2的條件。在高頻范圍內(nèi)得到更高的增益S21。
圖12是顯示這樣的安排的基片的一個例子，其中輸入端和輸出端都提供有共面波導段701的安排，以及在兩個共面波導段之間插入微帶線段702。
圖13顯示被加到如圖3所示的基片的各個輸入端與輸出端的共面波導。根據(jù)等效電路，它導致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & lt；(z1+z3)/2的條件。因此，正如從圖20看到的，與圖13所示的基片被設置為使用(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比較，在從37GHz到80GHz的頻率范圍內(nèi)得到更高的增益S21。
圖14顯示被加到如圖4所示的基片的各個輸入端與輸出端的共面波導。根據(jù)等效電路，它導致z1 & gt；z2 & gt；z3，z2 & gt；(z1+z3)/2的條件。因此，正如從圖20看到的，與圖12所示的基片被設置為使用(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比較，在從1GHz到23GHz的頻率范圍內(nèi)得到更高的增益S21。
圖15顯示被加到如圖5所示的基片的輸出端的共面波導。根據(jù)等效電路，它導致z2 & gt；z2 & gt；z3的條件。與圖12所示的基片被設置為使用(z2＝(z1+z3)/2)的情形相比較，在從1GHz到23GHz的頻率范圍內(nèi)得到更高的增益S21。
圖16顯示被加到如圖6所示的基片的輸出端的共面波導。根據(jù)等效電路，它導致z1 & gt；z3 & gt；z2的條件。在從37GHz到80GHz的頻率范圍內(nèi)得到更高的增益S21。
對于圖7到16的共面波導段的共面-微帶轉(zhuǎn)換段，被插入在地層103之間的信號線104可被這樣地安排，以使得對于共面段可采用如圖17所示的等距離線1701，以便連續(xù)地增加線的特性阻抗。
而且，被插入在地層103之間的信號線104根據(jù)如圖18所示的阻抗線寬變換段1801在寬度上變寬，因此，在地層103之間的間隔在共面段處變寬，這使得共面段的阻抗不變或被變換成所想要的一個阻抗。
應當指出，雖然圖上未示出，在如上所述的功能性單元的阻抗特性被顛倒的情形下，信號線的輸入端和輸出端也顛倒過來。換句話說，其阻抗正比于頻率的增加而增加的裝置被放置在基片的輸出端，而其阻抗反比于頻率的增加而減小的裝置被放置在基片的輸入端的情形下，信號線的輸入端與輸出端被顛倒過來。
本發(fā)明允許在1GHz或更高的高頻范圍的信號傳輸特性得以改進。
本發(fā)明可以以其它特定的形式來實施，而不背離本發(fā)明的精神或基本特性。所以，本實施例被認為在所有的方面都是說明性而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由附屬權(quán)利要求表示，而不是由以上的說明來表示，來自權(quán)利要求的等價的意義和范圍內(nèi)的所有的改變都打算被包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.光傳輸器件，包括傳輸線基片，其上提供有共面波導和微帶線；第一裝置，其輸入阻抗與頻率的增加成比例地變大，所述第一裝置被連接到共面波導；以及第二裝置，其輸出阻抗與頻率的增加成反比地變小，所述第二裝置被連接到微帶線，其中相應于微帶線的信號線的平面結(jié)構(gòu)是弧形的，或提供有一個收縮，它相對于所述信號線的平均寬度以90度或更小的角度變化，該收縮延伸到各自的末端在寬度上比起所述信號線的平均寬度更寬。
2.按照權(quán)利要求1的光傳輸器件，其中其輸出阻抗與頻率增加成反比地變小的調(diào)制器被連接到所述微帶線，以及其輸入阻抗與頻率增加成比例地變大的驅(qū)動IC被連接到所述共面波導，所述驅(qū)動IC控制被加到所述調(diào)制器上的電壓。
3.光傳輸器件，包括傳輸線基片，其上提供有共面波導和微帶線；第一裝置，其輸入阻抗與頻率的增加成比例地變大，所述第一裝置被連接到共面波導；以及第二裝置，其輸出阻抗與頻率的增加成反比地變小，所述第二裝置被連接到微帶線，其中相應于微帶線的信號線的平面結(jié)構(gòu)是弧形的，或提供有一個隆起，它相對于所述信號線的平均寬度以90度或更小的角度變化，該隆起延伸到各自的末端在寬度上比起所述信號線的平均寬度更窄。
4.按照權(quán)利要求3的光傳輸器件，其中其輸出阻抗與頻率增加成反比地變小的調(diào)制器被連接到所述微帶線，以及其輸入阻抗與頻率增加成比例地變大的驅(qū)動IC被連接到所述共面波導，所述驅(qū)動IC控制被加到所述調(diào)制器上的電壓。
5.光傳輸器件，包括傳輸線基片，其上提供有共面波導和微帶線；第一裝置，其輸入阻抗與頻率的增加成比例地變大，所述第一裝置被連接到共面波導；以及第二裝置，其輸出阻抗與頻率的增加成反比地變小，所述第二裝置被連接到微帶線，其中所述微帶線的阻抗特性滿足從以下條件中選擇的任一個條件z1＞z2＞z3和z2＞(z1+z3)/2，z1＞z3＞z2，z2＞z1＞z3和z2＞(z1+z3)/2，以及z1＞z2＞z3和z2＜(z1+z3)/2，所述z1近似于輸入阻抗，而所述z3近似于輸出阻抗。
6.按照權(quán)利要求5的光傳輸器件，其中其輸出阻抗與頻率增加成反比地變小的調(diào)制器被連接到所述微帶線，以及其輸入阻抗與頻率增加成比例地變大的驅(qū)動IC被連接到所述共面波導，所述驅(qū)動IC控制被加到所述調(diào)制器上的電壓。
全文摘要
在不同阻抗特性的兩個功能性單元之間使用的傳輸線基片上，提供與微帶線相耦合的共面波導，這允許進行輸入和輸出阻抗匹配，在該共面波導與微帶線之間的阻抗匹配是通過改變信號線寬度而實施的。它允許光傳輸器件在高頻段時的傳輸特性得以改進。
文檔編號G02F1/035GK1415990SQ0210612
公開日2003年5月7日 申請日期2002年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月1日
發(fā)明者上坂晃一, 須賀卓, 金井久亮, 名古屋喜則 申請人:日本光進株式會社