信号传输结构及雷达装置的制作方法

1.本技术涉及毫米波通信技术领域，尤其涉及一种信号传输结构及雷达装置。


背景技术：

2.雷达系统发射的电磁波信号被其发射路径上的物体阻挡继而会发生反射。通过捕捉反射的信号，雷达系统可以确定物体的距离、速度和角度。
3.目前微波印制板传输微波信号主要是在同层传输线传输，为准tem模式。但随着现代雷达系统的迅速发展，微波印制板的制造已经不单单满足于单双面板的生产制作，对微波多层印制板的需求变得越来越迫切，由此产生了微波混压板，将只在同一层传输微波信号，发展为在不同层传输微波信号。但是现有的微波混压板存在以下问题：一是现有的雷达天线、芯片以及馈线通常设置在微波混压板的同一层，不仅限制了雷达尺寸的小型化，同时雷达天线还易受到馈线表面波的干扰；二是微波混压板的信号跨层传输一般通过在顶层打过孔导通到底层，采用同轴传输结构传输信号，但是由于微波混压板中分层多，层间介质介电常数不同，损耗不同，造成了同轴结构中不连续性过多，使得阻抗不匹配，导致信号传输质量很差的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种信号传输结构及雷达装置，以有效解决现有微波混压板中雷达天线与芯片设置在同一层，雷达天线易受到馈线表面波干扰以及信号传输质量差的问题。
5.根据本技术的一方面，本技术提供一种信号传输结构，所述传输结构包括基板以及设置在所述基板上的射频前端集成电路；
6.所述基板包括顶部金属层、底部金属层以及中间层叠结构，所述顶部金属层与所述底部金属层相对设置，所述中间层叠结构位于所述顶部金属层和所述底部金属层之间，并且所述中间层叠结构包括至少一个中部金属层；
7.所述射频前端集成电路包括设置在所述顶部金属层上的天线阵列、设置在所述底部金属层上的馈线、与所述馈线电连接的至少一个信号处理芯片、以及同轴结构的馈电通路，所述馈电通路分别与所述天线阵列和所述馈线电连接。
8.进一步地，其中，所述中间层叠结构包括多个中部金属层，相邻两层所述中部金属层之间、所述中间层叠结构与所述顶部金属层以及所述底部金属层之间均设置有绝缘的介质层，所述介质层由高频材料构成。
9.进一步地，所述介质层是rog3003、或rog4350b、或rog4450f中的其中一种或几种。
10.进一步地，所述顶部金属层、所述底部金属层以及各个所述中部金属层上均具有接地区域，在垂直于所述基板厚度方向的平面上，各接地区域的投影交叠。
11.进一步地，所述馈电通路包括设置在所述基板上且在厚度方向上贯通所述基板的信号孔、设置在所述信号孔内的信号传导体，所述馈线的一端与所述至少一个信号处理芯
片电连接且另一端与所述信号传导体电连接。
12.进一步地，所述馈电通路还包括设置在所述基板上且在厚度方向上贯通所述基板的多个接地孔，且所述接地孔位于所述接地区域内，所述接地孔内壁设置有用于连通所有接地区域的接地导电层。
13.进一步地，所述多个接地孔中的部分接地孔围绕所述信号孔的中心轴线圆周分布，所述部分接地孔形成不完全圆周，另一部分接地孔分别位于所述不完全圆周的两端且设置在所述馈线的两侧，所述另一部分接地孔沿所述馈线的延伸方向等间隔排列。
14.进一步地，所述另一部分接地孔按照两行多列且行列对齐的阵列方式排布。
15.进一步地，所述信号孔的半径是0.1mm。
16.进一步地，相邻的两个所述接地孔的相距最近的边缘之间的距离不小于0.2mm。
17.进一步地，所述接地孔与所述馈线之间的距离均不小于0.3mm。
18.进一步地，所述中部金属层、和/或所述底部金属层、和/或所述顶部金属层上具有低频布线区，邻近层间的低频布线区通过埋孔、和/或盲孔进行低频信号传输。
19.根据本技术的另一方面，本技术还提供了一种雷达装置，所述雷达装置包括本技术任一实施例所述的信号传输结构。
20.本技术的优点在于，通过将天线阵列设置在顶部金属层，馈线以及信号处理芯片设置在底部金属层，可以有效降低馈线辐射以及馈线表面波对天线阵列的影响，同时缩小了雷达的整体尺寸，在雷达采用多片级联时，可以有效改善雷达的散热性能，无需使用顶层散热结构，降低了成本。此外，通过采用高频材料作为介质层，有效避免了传输信号的损失，近似的介电常数以及介质损耗明显改善了馈电通路中不同介质材料带来的阻抗不连续的问题。通过围绕信号孔以及馈线设置的多个接地孔，减小插入损耗以及驻波，保证信号传输质量。通过配合高频材料构成的介电层，使同轴结构的馈电通路的阻抗保持在50欧姆，保证馈线到同轴再到馈线的阻抗一致，从而使阻抗匹配，提高了信号传输质量。
附图说明
21.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
22.图1是本技术一些实施例提供的一种信号传输结构的剖视图；
23.图2是图1实施例中提供的基板的立体图；
24.图3是图1实施例中提供的基板的另一视角的立体图。
25.图4是图1实施例中提供的信号传输结构的s参数仿真曲线。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
28.本技术至少一实施例提供一种信号传输结构，所述信号传输结构包括基板以及设置在所述基板上的射频前端集成电路；
29.所述基板包括顶部金属层、底部金属层以及中间层叠结构，所述顶部金属层与所述底部金属层相对设置，所述中间层叠结构位于所述顶部金属层和所述底部金属层之间，并且所述中间层叠结构包括至少一个中部金属层；
30.所述射频前端集成电路包括设置在所述顶部金属层上的天线阵列、设置在所述底部金属层上的馈线、与所述馈线电连接的至少一个信号处理芯片、以及同轴结构的馈电通路，所述馈电通路分别与所述天线阵列和所述馈线电连接。
31.由上可见，通过将天线阵列设置在顶部金属层，馈线以及信号处理芯片设置在底部金属层，可以有效降低馈线辐射以及馈线表面波对天线阵列的影响，同时缩小了雷达的整体尺寸，在雷达采用多片级联时，可以有效改善雷达的散热性能，无需使用顶层散热结构，降低了成本。
32.图1是本技术一些实施例提供的一种信号传输结构的剖视图，图2是图1 实施例中提供的基板的立体图，图3是图1实施例中提供的基板的另一视角的立体图，图4是图1实施例中提供的信号传输结构的s参数仿真曲线。
33.如图1所示，信号传输结构包括基板10以及设置在基板10上的射频前端集成电路20；
34.基板10包括顶部金属层110、底部金属层120以及中间层叠结构130，顶部金属层110与底部金属层120相对设置，中间层叠结构130位于顶部金属层 110和底部金属层120之间，并且中间层叠结构130包括至少一个中部金属层 1301；
35.射频前端集成电路20包括设置在顶部金属层110上的天线阵列210、设置在底部金属层120上的馈线以及与馈线电连接的至少一个信号处理芯片220、以及同轴结构的馈电通路230，馈电通路230分别与天线阵列210和所述信号处理芯片220电连接。需要说明的是，天线阵列210用于雷达信号的发射和接收，信号处理芯片220用于雷达信号的处理，信号处理芯片220可以是mmic 芯片，本技术不做限制。通过将天线阵列210以及信号处理芯片220设置在不同层，有效降低馈线辐射，避免馈线表面波对天线阵列的影响。
36.如图2、图3所示，在本实施例中，其中，中间层叠结构130包括多个中部金属层1301，相邻两层中部金属层1301之间以及中间层叠结构130与顶部金属层110以及底部金属层120之间均设置有绝缘的介质层140，介质层140 由高频材料构成。需要说明的是中部金属层可以是两层、三层、四层、五层、六层等，本技术不作限制。通过采用高频材料制作介质层，可以有效避免传输信号的损失。
37.示例性地，在本实施例中，介质层140是rog3003、或rog4350b、或 rog4450f中的其中一种或几种。需要说明的是，为了减少损耗，介质层140 的厚度尽量薄，当采用rog3003作为介质层140时，介质层140厚度为5mil，当采用rog4350b作为介质层140时，介质层140厚度为4mil，当采用 rog4450f作为介质层140，介质层140厚度为6.6mil。通过选用介电常数相近的材料作为介质层140，使介质损耗近似相同，同轴结构的馈电通路230的连续性大大提
高，明显改善了阻抗匹配的问题。
38.在本实施例中，顶部金属层110、底部金属层120以及各个中部金属层1301 上均具有接地区域1101，在垂直于基板10厚度方向的平面上，各接地区域1101 的投影交叠。
39.在本实施例中，所述馈电通路230包括设置在所述基板10上且在厚度方向上贯通所述基板10的信号孔2301、设置在所述信号孔2301内的信号传导体，所述馈线2303的一端与所述至少一个信号处理芯片220电连接且另一端与所述信号传导体电连接。
40.在本实施例中，所述馈电通路230还包括设置在所述基板10上且在厚度方向上贯通所述基板10的多个接地孔2304，且所述接地孔2304位于所述接地区域1101内，所述接地孔2304内壁设置有用于连通所有接地区域1101的接地导电层。通过接地孔2304连接所有接地区域1101的接地导电层，使所有的接地导电层组合在一起，可以减小基板10上受到的esd干扰。
41.在本实施例中，所述多个接地孔2304中的部分接地孔2304围绕所述信号孔2301的中心轴线圆周分布，所述部分接地孔2304形成不完全圆周，另一部分接地孔2304分别位于所述不完全圆周的两端且设置在所述馈线2302的两侧，所述另一部分接地孔2304沿所述馈线2302的延伸方向等间隔排列。示例性地，在本实施例中，所述另一部分接地孔2304按照两行多列且行列对齐的阵列方式排布。通过接地孔2304围绕信号孔2301以及馈线2302，减小插入损耗以及驻波，保证信号传输质量。
42.在本实施例中，所述信号孔2301的半径在0.1mm。需要说明的是，由于毫米波频段的波长短，为了实现阻抗匹配，信号孔2301的半径取值越小越好，本技术信号孔2301的半径可为0.1mm，但在具体使用中，也可根据加工能力等来选择信号孔2301的半径值，本技术不作限制。
43.在本实施例中，相邻的两个所述接地孔2304的相距最近的边缘之间的距离不小于0.2mm。需要说明的是，在具体使用中，相邻两个接地孔2304的之间的距离需考虑加工能力等来选择具体值。
44.在本实施例中，所述接地孔2304与所述馈线2302之间的距离均不小于0.3mm。需要说明的是，在具体使用中，接地孔2304与馈线2302之间的距离需考虑加工能力等来选择具体值。
45.需要说明的是，本技术同轴结构的馈电通路230的阻抗采用同轴线阻抗计算公式进行计算，本技术同轴结构的馈电通路230的阻抗与空气介电常数、介电层的介电常数、信号孔2301的半径、信号孔2301中心到接地孔2304中心的距离相关。还需要说明的是，示例性地，本技术同轴结构的馈电通路230的阻抗是定值，为50欧姆，所以沿信号孔2301的中心轴线圆周围绕所述信号孔2301 的所述接地孔2304与所述信号孔2301之间的距离取值必须满足同轴线阻抗计算公式。通过配合高频材料构成的介电层，使同轴结构的馈电通路230的阻抗保持在50欧姆，保证馈线到同轴再到馈线的阻抗一致，从而使阻抗匹配，提高信号传输质量。
46.在本实施例中，所述中部金属层1301、和/或所述底部金属层120、和/或所述顶部金属层110上具有低频布线区，邻近层间的低频布线区通过埋孔、和/ 或盲孔150进行低频信号传输。需要说明的是，低频布线区与接线区域1101 之间隔开。
47.还需要说明的是，本技术的信号传输结构可以用于w波段80-100ghz的信号传输，
插入损耗减小，信号传输质量大幅提高。
48.例如，如图4所示，当工作频率为77ghz，中间层叠结构包括六层中部金属层，采用rog3003、或rog4350b、或rog4450f中的其中一种或几种作为介质层时，s参数仿真曲线得到插入损耗只有0.38db。
49.由上可见，通过将天线阵列设置在顶部金属层，馈线以及信号处理芯片设置在底部金属层，可以有效降低馈线辐射以及馈线表面波对天线阵列的影响，同时缩小了雷达的整体尺寸，在雷达采用多片级联时，可以有效改善雷达的散热性能，无需使用顶层散热结构，降低了成本。此外，通过采用高频材料作为介质层，有效避免了传输信号的损失，近似的介电常数以及介质损耗明显改善了馈电通路中不同介质材料带来的阻抗不连续的问题。通过围绕信号孔以及馈线设置的多个接地孔，减小插入损耗以及驻波，保证信号传输质量。通过配合高频材料构成的介电层，使同轴结构的馈电通路的阻抗保持在50欧姆，保证馈线到同轴再到馈线的阻抗一致，从而使阻抗匹配，提高了信号传输质量。
50.本技术的至少一实施例还提供一种雷达装置，该雷达装置包括本技术任一实施例所述的信号传输结构。
51.在本技术的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。本技术中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。
52.可以理解的是，在本技术的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本技术的实施例的范围。上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。
53.以上对本技术实施例所提供的信号传输结构进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。