一种高频信号传输装置、天线系统的制作方法

1.本发明涉及电磁波领域，尤其涉及一种高频信号传输装置、天线系统。


背景技术：

2.随着汽车adas系统的飞速发展，其对传感器的探测性能提出了更高的要求，当前的毫米波雷达因缺少有效的俯仰测角能力而极大地制约了其在adas上的使用，毫米波成像雷达因其探测距离远、探测精度高、俯仰和水平角分辨力强等特点成为下一代毫米波雷达的主流。对于毫米波成像雷达，天线布局的合理性直接决定了其探测性能的优劣，但是另一方面又对毫米波雷达产品有更为小型化的需求，使得在有限尺寸的pcb上合理地进行天线布局成了毫米波成像雷达研发的一个难点。
3.目前常用的方式有两种：一种是将天线和射频芯片放置在pcb基板的同一层，这种方式的缺点是天线的馈线走线非常困难和复杂，通常会绕线很长，过长的馈线会产生较强的辐射，带来较大的损耗，严重影响天线性能，此外这种方式需要的pcb尺寸也较大，不利于产品小型化；另一种方式是通过在pcb上打孔形成同轴线的方式将top层的高频信号传到bottom层，top层专用于天线布局，这样既可以减小pcb尺寸，又可以避免复杂的射频走线，但是这种方式高频信号质量极易受到打孔位置的影响，打孔的位置稍有偏差就会导致微带线与同轴线之间阻抗失配，从而导致高频信号的衰减大增，对打孔的定位精度要求非常高，很不利于加工制作。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种高频信号传输装置及天线系统，用以解决现有技术中存在的射频走线复杂、加工难度大、不易小型化的技术问题。具体的，本发明的技术方案如下：
5.一方面，本技术提供了一种高频信号传输装置，包括：由m层介质基板依次叠构组成的传输本体，每层介质基板的上表面和下表面均覆有金属层，所述传输本体从上到下共有m 1层金属层；其中，m≥3；所述传输本体上集成有基板集成波导，且所述传输本体的第1层金属层设有顶层传输模块，所述传输本体的第m 1层金属层设有底层传输模块；所述顶层传输模块通过所述基板集成波导与所述底层传输模块相连；其中：所述基板集成波导用于将所述顶层传输模块接收到的高频信号传输给所述底层传输模块，或者将所述底层传输模块接收到的待传输高频信号传输给所述顶层传输模块，以实现顶层与底层之间的高频信号传输。
6.优选地，所述顶层传输模块包括依次连接的：阻抗变换器、第一传输线及第一模式转换装置；其中：阻抗变换器，所述阻抗变换器的一端用于与顶层的天线连接，另一端与所述第一传输线连接，用于进行阻抗匹配；所述第一传输线，用于传输所述天线通过所述阻抗变换器传输过来的高频电磁波；所述第一模式转换装置，用于将所述第一传输线传输过来的高频电磁波的传输模式由tem模式转换为te模式后传输给所述基板集成波导；
7.所述底层传输模块包括第二模式转换装置、及第二传输线；其中：所述第二模式转换装置，用于将所述基板集成波导传输过来的高频电磁波的传输模式由te模式转换为tem模式后传输给所述第二传输线；所述第二传输线，用于将所述高频电磁波以tem模式传输给与之相接的目标芯片。
8.优选地，所述基板集成波导包括：第1层金属层、第m 1层金属层、贯穿第1至第m 1层金属层的两排平行的第一类金属化过孔、贯穿第3至m 1层金属层的第二类金属化过孔、以及贯穿第1至第m-1层金属层的第三类金属化过孔；三类金属化过孔的孔大小及相邻孔的孔间距均相等；以及第3层的金属层上的第一类金属化过孔、第二类金属化过孔、第三类金属化过孔围成的矩形区域通过刻蚀形成耦合口径，且第2层金属层、第4至m层金属层均刻蚀有与所述第3层金属层相同的、上下对应的耦合口径。
9.优选地，所述第一传输线为第一共面波导和/或第一微带线；所述第二传输线为第二共面波导和/或第二微带线。
10.优选地，所述第一共面波导包括：第一层介质基板、所述第一层介质基板上的第1层金属层上刻蚀形成的中间金属导带和所述中间金属导带两侧的金属面、分别设置在所述中间金属导带两侧的金属面上的两排贯穿第1至第2层金属层的金属化过孔、以及第2层金属层；其中，所述中间金属导带到两侧的金属面的距离相等，且其两侧的金属面之间的距离大于所述中间金属导带的宽度。
11.优选地，当所述第一传输线为第一共面波导时，所述第一模式转换装置包括：在所述第一金属层上刻蚀形成的第一等腰梯形金属贴片，所述第一等腰梯形金属贴片的第二底边与所述第一共面波导的中间金属导带相接；所述第一等腰梯形金属贴片的第一底边与所述基板集成波导相接；所述第一等腰梯形金属贴片的第二底边的长度与所述第一共面波导的中间金属带的宽度相同；所述第一等腰梯形金属贴片两侧的金属带，以及该两侧的金属带上各均匀排列有一排贯穿第1至第3层金属层的金属化过孔；其中，所述第一等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别与对应的所述第一共面波导的两侧金属面相接，所述第一等腰梯形金属贴片的垂直于底边的对称轴到其两侧的金属带的距离相等，所述第一等腰梯形金属贴片的垂直于底边的对称轴到其两侧的金属化过孔的距离一致；所述第一等腰梯形金属贴片的第一底边的长度小于所述第一等腰梯形金属贴片两侧的金属带之间的距离；以及第2层金属层，作为接地金属板；
12.和/或
13.当所述第二传输线为第二共面波导时，所述第二模式转换装置包括：在第m 1层金属层上刻蚀形成的第二等腰梯形金属贴片、所述第二等腰梯形金属贴片的第二底边与所述第二共面波导相接；所述第二等腰梯形金属贴片的第一底边与所述基板集成波导相接；所述第二等腰梯形金属贴片的第二底边的宽度与所述第二共面波导的中间金属带的宽度相同；所述第二等腰梯形金属贴片两侧的金属带，以及该两侧的金属带上各均匀排列有一排贯穿第m-1至第m 1层金属层的金属化过孔；其中，所述第二等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别与对应的所述第二共面波导的两侧金属面相接，所述第二等腰梯形金属贴片的垂直于底边的对称轴到其两侧的金属带的距离相等，所述第二等腰梯形金属贴片的垂直于底边的对称轴到其两侧的金属化过孔的距离一致；所述第二等腰梯形金属贴片的第一底边的长度小于所述第二等腰梯形金属贴片两侧的金属带之间的距离；以及第m层金属层，作为接地
金属板。
14.优选地，当所述第一传输线为第一共面波导时，所述第一模式转换装置中，所述第一等腰梯形金属贴片两侧的金属化过孔分别平行于所述第一等腰梯形金属贴片的两腰，所述第一等腰梯形金属贴片两侧的两排金属化过孔分别到所述第一等腰梯形金属贴片对应腰的距离相等，所述第一等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别到所述第一等腰梯形腰金属贴片对应腰的距离相等，所述第一等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别与对应的所述第一共面波导的两侧金属面相接；
15.和/或
16.当所述第二传输线为共面波导时，所述第二模式转换装置中：所述第二等腰梯形金属贴片两侧的金属化过孔分别平行于所述第二等腰梯形金属贴片的两腰；所述第二等腰梯形金属贴片两侧的两排金属化过孔分别到所述第二等腰梯形金属贴片对应腰的距离相等，所述第二等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别到所述第二等腰梯形腰金属贴片对应腰的距离相等，所述第二等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别与对应的所述第二共面波导的两侧金属面相接。
17.优选地，当所述第一传输线为第一微带线时，所述第一模式转换装置包括：位于第一金属层的第一等腰梯形金属贴片，所述第一等腰梯形金属贴片的第二底边与所述微带线相接；所述第一等腰梯形金属贴片的第一底边与所述基板集成波导相接；所述第一等腰梯形金属贴片的第二底边的长度与所述第一微带线的宽度相同；
18.和/或
19.当所述第二传输线为第二微带线时，所述第二模式转换装置包括：位于第m 1金属层的第二等腰梯形金属贴片，所述第二等腰梯形金属贴片的第二底边与所述第二微带线相接；所述第二等腰梯形金属贴片的第一底边与所述基板集成波导相接；所述第二等腰梯形金属贴片的第二底边的长度与所述第二微带线的宽度相同。
20.优选地，所述高频信号传输装置还包括：设置在第1层介质基板上的前置基板波导、和设置在第m层介质基板上的后置基板波导；其中：所述顶层传输模块通过所述前置基板波导与所述基板集成波导相接，所述基板集成波导通过所述后置基板波导与所述底层传输模块相接。
21.优选地，所述前置基板波导，由第1层介质基板及其上下表面的金属层、贯穿所述第一层介质基板及其上下表面金属层的两排金属化过孔组成；所述后置基板波导，由第m层介质基板及其上下表面的金属层、贯穿所述第m层介质基板及其上下表面金属层的两排金属化过孔组成。
22.优选地，所述阻抗变换器包括n个长度为四分之一波长、宽度渐变的微带线；所述n≥1。
23.另一方面，本技术还公开了一种天线系统，包括天线、上述任一项所述的高频信号装置、以及射频芯片；其中：
24.所述天线设置在所述高频信号传输装置的顶层上；与所述高频信号装置的所述射频芯片设置在所述高频信号传输装置的底层；所述天线通过所述高频信号传输装置与底层的所述射频芯片相接，从而实现所述天线与所述射频芯片之间的高频信号传输。优选地，所述天线为指定频段范围内的线阵天线或面阵天线。
25.与现有技术相比，本发明至少具有以下一项有益效果：
26.(1)本发明提供的高频信号传输装置，可以有效实现不同层之间的高频信号传输，为毫米波成像雷达将天线和射频芯片置于pcb不同层提供了一种简单可靠的解决方案，降低了天线布局和射频走线的难度。
27.(2)本发明的高频信号传输装置结构简单，加工难度小，对打孔的定位精度要求不高，易于制作，鉴于其性能的稳定性和一致性较好，有利于产品的量产。
28.(3)本发明的高频信号传输装置采用了微带-基片集成波导结构，有利于在pcb板上集成和产品小型化。
附图说明
29.下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
30.图1是高频信号传输装置的优选实施例中m层介质基板叠构示意图；
31.图2是高频信号传输装置的优选实施例中的顶层结构示意图；
32.图3是高频信号传输装置的优选实施例中的第一共面波导结构示意图；
33.图4是高频信号传输装置的优选实施例中的另一顶层结构示意图；
34.图5是高频信号传输装置的优选实施例中结构纵向剖视图；
35.图6是高频信号传输装置的优选实施例中的另一顶层结构示意图；
36.图7是高频信号传输装置的优选实施例中的另一顶层结构示意图；
37.图8是高频信号传输装置的优选实施例中的基板集成波导的纵向剖视图；
38.图9是高频信号传输装置的优选实施例中的底层结构示意图；
39.图10是高频信号传输装置的优选实施例中的另一底层结构示意图；
40.图11是高频信号传输装置的优选实施例中的另一底层结构示意图；
41.图12是高频信号传输装置的优选实施例中的另一顶层结构示意图；
42.图13是高频信号传输装置的优选实施例中的另一底层结构示意图；
43.图14是高频信号传输装置的优选实施例中的另一结构纵向剖视图；
44.图15是高频信号传输装置的优选实施例中的基板集成波导中的第三层金属层的耦合口径示意图；
45.图16是高频信号传输装置的优选实施例仿真的反射系数结果曲线图；
46.图17是高频信号传输装置的优选实施例仿真的插入损耗结果曲线图。
47.附图标号说明：
48.100
‑‑
顶层传输模块；200
‑‑
基板集成波导；300
‑‑
底层传输模块；400
‑‑
天线；500
‑‑
射频芯片；110
‑‑
阻抗变换器；120
‑‑
第一传输线；130
‑‑
第一模式转换装置；121
‑‑
第一共面波导；122
‑‑
第一微带线；131
‑‑
第一等腰梯形金属贴片；211
‑‑
基板集成波导的第一类金属化过孔；212
‑‑
基板集成波导的第二类金属化过孔；213
‑‑
基板集成波导的第三类金属化过孔；214
‑‑
第一共面波导的金属化过孔；215
‑‑
第一模式转换装置的金属化过孔；1210
‑‑
第一共面波导的中间金属导带；1211
‑‑
第一共面波导的两侧金属面；310
‑‑
第二模式转换装置；311
‑‑
第二等腰梯形金属贴片；321
‑‑
第二共面波导；322
‑‑
第二微带线；216
‑‑
第二共面波导的金属化过孔；217
‑‑
第二模式转换装置的金属化过孔；230
‑‑
耦合口径；250
‑‑
前置基板波
导；260
‑‑
后置基板波导；218
‑‑
前置基板波导的金属化过孔；219
‑‑
后置基板波导的金属化过孔。
具体实施方式
49.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
50.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
51.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
52.在本文中，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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
54.在一个实施例中，本发明提供的高频信号传输装置，包括：
55.由m层介质基板依次叠构组成的传输本体，每层介质基板的上表面和下表面均覆有金属层，传输本体从上到下共有m 1层金属层；其中，m≥3；
56.具体的，比如，如图1所示，由m层高频pcb板材叠构组成的传输本体，该传输本体具有对称叠层结构。每层pcb板材的上下表面附有铜箔，从而该m层介质基板叠构成的传输本体具有m 1层金属层，图1中的top层和bottom层都是金属层，中间的layer 2
‑‑
layer m也都是铜箔构成的金属层；sub1
‑‑
subm则是代表每层的介质基板。传输本体只是作为本技术的高频信号传输装置的本体结构，可再在其上集成微带-基板集成波导结构实现top层和bottom层之间的高频信号传输。
57.本技术中的高频信号的频率范围为10ghz到90ghz，特别适用于60ghz
‑‑
90ghz范围。一般的，频率低的话，基板集成波导的尺寸也较大，比较占用pcb空间，不利于集成。频率较低时电磁波的波长较长，打孔位置精度的影响相对会小一些，并且在可接受范围内，一般会采用打同轴过孔的方式进行信号传输，这样相对来说会节省空间一些。而如果频率太高(高于90ghz)，波长很短的话，基板集成波导的尺寸也会越来越小，也会在pcb上存在不方便制作的问题。因此，本技术的高频信号传输装置适用于频率范围10ghz到90ghz，特别是60ghz
‑‑
90ghz范围的信号，比如毫米波雷达(频段主要是76ghz到81ghz)的信号传输。
58.传输本体上集成有基板集成波导，且传输本体的第1层金属层设有顶层传输模块，传输本体的第m 1层金属层设有底层传输模块；顶层传输模块通过基板集成波导与底层传
输模块相连；其中：基板集成波导用于将顶层传输模块接收到的高频信号传输给底层传输模块，或者将底层传输模块接收到的待传输高频信号传输给顶层传输模块，以实现顶层与底层之间的高频信号传输。
59.具体的，比如，在top层天线通过顶层传输模块连接到由多层高频材料组成的基板集成波导结构在top层的一端，基板集成波导在bottom层的另一端，通过底层传输模块与射频芯片mmic相连接，从而实现高频信号在top层天线和bottom层mmic之间的传输。由于本实施例中通过顶层传输模块、基板集成波导及底层传输模块实现了顶层和底层之间的高频信号传输，从而使得顶层和底层可以分别用于进行天线和射频芯片的布局，避免了设置在同一层造成走线困难和复杂，所需的pcb尺寸大的问题，且，本实施例中采用的基板集成波导来传输顶层和底层之间的高频信号，无需在pcb上精确打孔形成同轴线的方式来传输，避免了加工难度大、精度不高的劣势。
60.在一个实施例中，分别对上述的顶层传输模块、底层传输模块、以及基板集成波导分别进行了详细阐述：
61.(1)关于顶层传输模块，第一层金属层(top层)俯视图如图2所示，顶层传输模块包括依次连接的：阻抗变换器110、第一传输线120(本示意图采用的是微带线，也可以是共面波导或其他)及第一模式转换装置130；其中：
62.阻抗变换器110，阻抗变换器110的一端用于与顶层的天线400连接，另一端与第一传输线120连接，用于进行阻抗匹配；具体的，所述阻抗变换器120为一段可以将天线输入阻抗变换到第一传输线特性阻抗的微带线，比如，顶层的天线是阵列天线，第一传输线120为第一共面波导cpwg1，则所述阻抗变换器为一段可以将阵列天线输入阻抗变换到第一共面波导cpwg1特性阻抗的微带线，例如它可以是包括n(n≥1)个长度为四分之一波长、宽度分别为w1、w2.....wn(设定的渐变宽度值)的微带线或者一段渐变宽度的微带线。
63.第一传输线120，用于传输天线400通过阻抗变换器110传输过来的高频电磁波；比如，第一传输线120为第一共面波导或第一微带线，还可以采用第一共面波导与第一微带线组合作为第一传输线120；
64.具体的，若第一传输线采用第一共面波导，图3示出了第一共面波导的俯视图，该第一共面波导包括：第一层介质基板、第一层介质基板上的第1层金属层上刻蚀形成的中间金属导带1210和中间金属导带两侧的金属面1211、分别设置在中间金属导带1210两侧的金属面1211上的两排贯穿第1至第2层金属层的金属化过孔214、以及第2层金属层；其中，中间金属导带1210到两侧的金属面1211的距离相等，且其两侧的金属面1211之间的距离大于中间金属导带1210的宽度。
65.第一模式转换装置130，用于将第一传输线120传输过来的高频电磁波的传输模式由tem模式转换为te模式后传输给基板集成波导200；
66.对应的，若第一传输线为第一共面波导时，如图4、5所示，第一模式转换装置130包括：在第一金属层上刻蚀形成的第一等腰梯形金属贴片131，第一等腰梯形金属贴片131的第二底边与第一共面波导121的中间金属导带相接；第一等腰梯形金属贴片131的第一底边与基板集成波导200相接；第一等腰梯形金属贴片131的第二底边的长度与第一共面波导121的中间金属带的宽度相同；
67.第一等腰梯形金属贴片131两侧的金属带，以及该两侧的金属带上各均匀排列有
一排贯穿第1至第3层金属层的金属化过孔215；其中，第一等腰梯形金属贴片131两侧的金属带分别与对应的第一共面波导的两侧金属面相接，第一等腰梯形金属贴片131的垂直于底边的对称轴到其两侧的金属带的距离相等，第一等腰梯形金属贴片131的垂直于底边的对称轴到其两侧的金属化过孔215的距离一致；第一等腰梯形金属贴片131的第一底边的长度小于第一等腰梯形金属贴片131两侧的金属带之间的距离；
68.以及第2层金属层，作为接地金属板。
69.具体的，图4示出的是上述实施方式中的传输装置的top层(第一层金属层)的俯视示意图，阻抗变换器110的一端与天线相接，另一端则与第一共面波导121的中间金属导带相接，第一共面波导121的中间金属导带的另一端与第一等腰梯形金属贴片131的第二底边(图4中下底边为第二底边)相接(二者宽度一致，完全对接)，第一等腰梯形金属贴片131的第一底边(图4中上底边为第一底边)与基板集成波导200相连；第一共面波导121的中间金属导带两侧各设有一排金属化通孔214，且该金属化通孔214设置在第一共面波导的两侧的金属面上。第一模式转换装置中的第一等腰梯形金属贴片131的两侧也各设有一排金属化通孔215，且这两排金属化通孔215也是设置在第一等腰梯形两侧的金属面上。该图4中第一等腰梯形金属贴片的第一底边为上底边，第二底边为下底边，当然也可以反过来，将第一等梯形金属贴片的下底边作为第一底边，将其上底边作为第二底边，但不论哪一底边作为第二底边(与第一共面波导的中间金属带相接的底边)，该第二底边的长度需与第一共面波导的中间金属带的宽度相等，以便二者完全对接。此外，值得注意的是，为了区分清楚，图4中的空白区域为蚀刻后去除了金属涂层的区域，阴影填充区域为未去除金属涂层的区域。
70.在另一实施方式中，上述第一模式转换装置中，第一等腰梯形金属贴片131两侧的金属化过孔可以是如图4所示，与基板集成波导中的两侧金属化过孔211相接的相同金属化过孔215，也可以是如图6所示的分别平行于第一等腰梯形金属贴片的两腰排列的金属化过孔215，值得注意的是，基板集成波导中的贯穿第3至第m 1层的金属化过孔212由于未贯穿第1层金属层，因此，在顶层金属层的部分俯视图中(比如图2、6)中未显示，其余的顶层俯视图中通过虚线圆孔表示该基板集成波导中的第2类金属化过孔212，实际也并不是在顶层上有该阵列过孔，而是表示在该位置下的第3-第m 1层金属层贯穿的金属化过孔212。
71.在另一实施例中，如图7所示，若第一传输线为第一微带线122时，第一模式转换装置包括：位于第一金属层的第一等腰梯形金属贴片131，第一等腰梯形金属贴片的第二底边与第一微带线122相接；第一等腰梯形金属贴片131的第一底边与基板集成波导200相接；第一等腰梯形金属贴片131的第二底边的长度与第一微带线的宽度相同；
72.(2)关于基板集成波导，本发明主要通过基板集成波导来实现信号的不同层之间的传输。具体的，本优选实施例列举了如下两种基板集成波导的实现结构：
73.1、如图4、如图5、及图8、15所示，该基板集成波导包括：
74.第1层金属层、第m 1层金属层、贯穿第1至第m 1层金属层的两排平行的第一类金属化过孔211、贯穿第3至m 1层金属层的第二类金属化过孔212、以及贯穿第1至第m-1层金属层的第三类金属化过孔213；三类金属化过孔的孔大小及相邻孔的孔间距均相等；以及第3层的金属层上的第一类金属化过孔211、第二类金属化过孔212、第三类金属化过孔213围成的矩形区域通过刻蚀形成耦合口径230(示意图如图15所示)，且第2层金属层、第4至m层金属层均刻蚀有与第3层金属层相同的、上下对应的耦合口径。
75.具体的，在图4、图5中可以看出，基板集成波导结构siw由top层和bottom层的铜箔、两侧贯穿第1至第m 1层的第一类金属化过孔211、第1至第m层高频板材，左侧的第3到第m 1层的第二类金属化过孔212、以及右侧贯穿第1～第m-1层的第三类金属化过孔213，并去除第2层～第m层中对应位置宽度为wz、长度为lsw的铜箔(实际为第3-m-1层中，每层金属层中两侧的第一类金属化过孔211、左侧的第二类金属化过孔212、以及右侧的第三类金属化过孔围成的矩形区域，而第2层和第m层则其上下对应的矩形区域位置同样去除铜箔，形成耦合口径，实现信号传输)而组成波导结构，相邻过孔的孔距为ds，第2层～第m层每一层都去除长lsw、宽wz矩形铜箔部分，这些去除铜箔部分在垂直于基板方向上的投影完全重合，其宽度wz不超过两侧第一类金属化过孔211的内侧边缘，其沿长度方向的对称轴都与第一类金属化过孔沿长度方向的对称轴平行，并且都在垂直于基板的同一平面内。
76.本实施例中，第一类金属化过孔211可以为pcb板厂允许的可以制作的孔径最小的过孔，相邻过孔之间的孔距为允许的最小孔距。本实施例中的基板集成波导中，第二类金属化过孔212和第三类金属化过孔213是为了保证让高频信号按照指定的路径传播，避免信号泄露造成emc问题，且考虑到便于pcb加工制作，第二类金属化过孔212为贯穿第3至m 1层的金属化过孔，而不是贯穿第2至第m 1层的金属化过孔；第三类金属化过孔213为贯穿第1至第m-1层金属化过孔，而不是贯穿第1至m层金属层的金属化过孔；因为第2层和第m-1层的高频板材实际上分别是一层用于将第一层高频板材(包括一层高频板材和两层铜箔)和第三层高频板材(包括一层高频板材和两层铜箔)以及将第m-2层高频板材(包括一层高频板材和两层铜箔)和第m层高频板材(包括一层高频板材和两层铜箔)粘合在一起的p片，并且一般这种pcb都是混压板，所以没有办法打第1至第m层和第2至第m 1层的过孔，但是可以通过多次压合的方式打第3至第m 1层的金属化过孔和第1至第m-1层的过孔。
77.图4中示出的一种实施方式中的top层俯视图，该俯视图中基本集成波导200在top层的示意图可以看到，在top层，实线圆孔代表该金属层上实际存在的金属化过孔，并没有刻蚀形成耦合口径，两排金属化通孔211是贯穿第1层到m 1层的，但是右侧的一排金属化通孔213则是贯穿第1层至第m-1层的。虚线圆孔代表并不是该金属层上存在的过孔，只是在该金属层的该位置下方的对应金属层存在的过孔，比如图中的一排金属化过孔212采用虚线表示，其并不存在于top层，而是贯穿的第3至m 1层的金属化过孔；另外，由于耦合口径是存在于第3层至第m-1层，该图4中基板集成波导200中用虚线框围成的矩形则是代表在对应位置下方的第3至m-1层的耦合口径，由于其并不存在于top层，故采用虚线框表示。后续的其它图示亦是如此，图上的虚拟圆孔代表不是位于当前金属层的金属化过孔，虚线矩形框均代表不是位于当前金属层的耦合口径，只是为了更方便看图，清楚对应位置而已。
78.2、在上述基板集成波导结构的基础上，再在该基板集成波导的两侧各增加一基板波导，具体的，如图12-14所示，增加一个设置在第1层介质基板上的前置基板波导250和设置在第m层介质基板上的后置基板波导260；其中：所述顶层传输模块通过所述前置基板波导与所述基板集成波导相接，所述基板集成波导通过所述后置基板波导与所述底层传输模块相接。
79.具体的，所述前置基板波导，由第1层介质基板及其上下表面的金属层、贯穿所述第一层介质基板及其上下表面金属层的两排金属化过孔组成；
80.所述后置基板波导，由第m层介质基板及其上下表面的金属层、贯穿所述第m层介
质基板及其上下表面金属层的两排金属化过孔组成。
81.该前置基板波导和后置基板波导，也是类似于微带线一样的作为传输线来传输信号的，但是采用波导结构则在某些特殊应用场景则更为适用。由于波导结构siw的上面一层金属层可以接地，在有些需要接地的应用场景中对siw不需要做避让，便于集成，但如果是微带线和共面波导，那么就需要避让，典型的应用就是在雷达射频芯片上的金属屏蔽罩。
82.(3)关于底层传输模块，包括第二模式转换装置、及第二传输线；其中：
83.第二模式转换装置，用于将基板集成波导传输过来的高频电磁波的传输模式由te模式转换为tem模式后传输给第二传输线；
84.第二传输线，用于将高频电磁波以tem模式传输给与之相接的目标芯片。比如，第二传输线为第二共面波导或第二微带线，同样的，也可以采用第二共面波导或第二微带线组合作为第二传输线。
85.具体的，在顶层，天线通过阻抗变换器与第一传输线(比如第一共面波导)相连接，并通过第一模式转换装置与基板集成波导结构相连接，如图4和图5所示。在底层层，即第m 1层，如图9所示，基板集成波导200与第二模式转换装置310相连接，再通过第二传输线(比如第二共面波导321)与第二微带线322连接)，再由第二微带线322与射频芯片相接，也可以通过第二共面波导321直接与射频芯片相接，如图10所示。
86.当第二传输线为第二共面波导时，如图9所示，第二模式转换装置310包括：在第m 1层金属层上刻蚀形成的第二等腰梯形金属贴片311、第二等腰梯形金属贴片311的第二底边与第二共面波导321相接；第二等腰梯形金属贴片311的第一底边与基板集成波导200相接；第二等腰梯形金属贴片311的第二底边的长度与第二共面波导321的中间金属带的宽度相同；第二等腰梯形金属贴片311两侧的金属带，以及该两侧的金属带上各均匀排列有一排贯穿第m-1至第m 1层金属层的金属化过孔217；其中，第二等腰梯形金属贴片311两侧的金属带分别与对应的第二共面波导321的两侧金属面相接，第二等腰梯形金属贴片311的垂直于底边的对称轴到其两侧的金属带的距离相等，第二等腰梯形金属贴片311的垂直于底边的对称轴到其两侧的金属化过孔217的距离一致；第二等腰梯形金属贴片311的第一底边的长度小于第二等腰梯形金属贴片311两侧的金属带之间的距离；以及第m层金属层，作为接地金属板。
87.该图9中第二等腰梯形金属贴片的第一底边为上底边，第二底边为下底边，当然也可以反过来，将第二等梯形金属贴片的下底边作为第一底边，将其上底边作为第二底边，但不论哪一底边作为第二底边(与第二共面波导的中间金属带相接的底边)，该第二底边的长度需与第一共面波导的中间金属带的宽度相等，以便二者完全对接。此外，值得注意的是，为了区分清楚，图9中的空白区域为蚀刻后去除了金属涂层的区域，阴影填充区域为未去除金属涂层的区域。图9中虚拟圆孔(金属化过孔213)并不是贯穿当前金属层(底层)的金属化过孔，而是贯穿第1至第m-1层金属层的金属化过孔，虚线矩形框也不是位于当前金属层的耦合口径，而是第3至第m-1层金属层上的耦合口径；只是为了更方便看图，清楚对应位置而已。
88.同样的，当第二传输线为共面波导时，第二模式转换装置中：第二等腰梯形金属贴片两侧的金属化过孔217可以是如图9所示，与底层的基板集成波导中的两侧金属化过孔211相接，二者在同一平面的同一直线上，也可以是如图11所示的那样，分别平行于第二等
腰梯形金属贴片的两腰。
89.当第二传输线为第二微带线时，如图10所示第二模式转换装置310包括：
90.位于第m 1金属层(底层)的第二等腰梯形金属贴片，第二等腰梯形金属贴片的第二底边与第二微带线322相接；第一等腰梯形金属贴片的第一底边与基板集成波导200相接；第一等腰梯形金属贴片的第二底边的长度与第二微带线322的宽度相同。
91.上述的顶层传输模块的任一实现结构、基板集成波导的任一实现结构、以及底层传输模块的任一实现结构三者可自由组合形成本技术的高频信号传输装置。比如，该高频信号传输装置如图5所示，顶层(第1层)金属层的结构连接示意图如图4所示，底层(第m 1层)金属层的结构连接示意图如图9所示；当然，高频信号传输装置的另一实施例也可以采用顶层金属层依旧如图4所示，底层结构连接采用图10或11所示；又比如，某一实施例的高频信号传输装置的顶层金属层的结构连接如图6或7所示，底层金属层如图9、或10、或11所示；另一实施例的高频信号传输装置如图14所示，其顶层金属层结构连接如图12所示，底层金属层的结构连接如图13所示。
92.以图5所示的高频信号传输装置为例(顶层俯视图如图4所示，底层仰视图如图9所示)，通过仿真软件进行仿真测试后，该高频信号传输装置的反射系数结果曲线图如图16所示，插入损耗结果曲线图如图17所示，从图中，我们可以看出，该高频信号传输装置(长度8.64mm，厚度1.7mm)的反射系数在74.59ghz至78.36ghz频段内均低于-10db，插入损耗小于2db，具有良好的传输特性。
93.基于相同的技术构思，本技术还公开了一种天线系统，包括天线、上述任一实施例所述的高频信号装置、以及射频芯片；其中：
94.天线设置在高频信号传输装置的顶层上；射频芯片设置在高频信号传输装置的底层；通过高频信号传输装置实现天线与射频芯片之间的高频信号传输。
95.本技术的天线系统的一个实施例，高频信号传输装置包括由m(m≥3)层高频pcb板材(sub1～subm)组成的m 1层叠构的pcb基板，并且具有对称的叠层结构，如图1所示。在top层，如图4、5所示，天线通过阻抗变换器110与第一共面波导121相连接，并通过第一模式转换装置130与基板集成波导结构200相连接。在bottom层，如图9所示，即第m 1层，基板集成波导200与第二模式转换装置310相连接，再通过第二共面波导321与第二微带线322连接，再由第二微带线322与射频芯片mmic相接，也可以通过第二共面波导cpwg2直接与射频芯片mmic相接。
96.本实施例中的高频信号传输装置中，第一传输线采用的是第一共面波导，顶层的传输模块包括阻抗变换器、第一共面波导和第一模式转换装置；底层的传输模块则包括第二模式转换装置、以及第二共面波导和/或微带线构成的第二传输线。基板集成波导，用于将顶层传输模块传输的天线接收的高频电磁波传输给底层的底层传输模块，并通过底层传输模块传输给射频芯片，从而实现顶层和底层之间的高频信号传输。如此一来，天线和射频芯片不用布置在同一层，避免了天线馈线复杂，pcb尺寸要求很大的弊端，且由于采用了垂直结构的基板集成波导，加工简单，对孔的精度也要求不高，可操作性强。
97.本实施例中的高频信号传输装置中的阻抗变换器为一段可以将阵列天线输入阻抗变换到第一共面波导cpwg1特性阻抗的微带线，例如它可以是包括n(n≥1)个长度为四分之一波长、宽度分别为w1、w2.....wn(设定的渐变宽度值)的微带线或者一段渐变宽度的微
带线。
98.本实施例中的天线可以是单列的线阵，也可以是由多列组成的面阵，或者其他形式的天线，只要求其性能合适，能在指定的频段范围内工作。
99.本实施例中的第一共面波导，如图3所示，第一共面波导121由top层中间导体带1210(微带线lct)、中间导体带两侧的铜箔1211、分别设置在中间导体带两侧的铜箔1211并贯穿第1层和第2层的金属化过孔214、第1层高频板材sub1以及第2层的铜箔组成，相邻金属化过孔214之间的孔距为ds，两排金属化过孔之间的孔距为wc，微带线lct线宽为wp，微带线到两侧铜箔之间的距离(gap)相等，两侧的金属化过孔不超出两侧铜箔边界。
100.第一模式转换装置，如图4所示，包括第一等腰梯形金属贴片131、第一等腰梯形金属贴片两侧的铜箔cu、贯穿第1至第3层的金属化过孔215、以及第2层的铜箔，相邻金属化过孔215之间的孔距为ds，两侧的两排金属化过孔215等间距平行排布，其间距为ws，两侧金属化过孔不超出两侧铜箔边界，两侧铜箔之间的距离为wz，第一等腰梯形金属贴片131的垂直于底边的对称轴到两侧铜箔的距离相等，第一等腰梯形金属贴片131两底之间的长度为lz，第一等腰梯形金属贴片131左侧与第一共面波导121相接，其左侧宽度与第一共面波导121的中间金属导带(微带线lct)宽度相同，第一等腰梯形金属贴片131右侧与基板集成波导200相接，右侧宽度wh小于两侧铜箔之间的距离wz，并且第一等腰梯形金属贴片131的垂直于底的对称轴与第一共面波导121两侧两排金属化过孔沿信号传播方向的对称轴在同一平面内，第一等腰梯形金属贴片两侧的铜箔cu右侧与基板集成波导200的top层铜箔相接，左侧与第一共面波导121的铜箔相接，第一等腰梯形金属贴片两侧的两排金属化过孔215之间的孔距大于第一共面波导121两侧的两排金属化过孔214之间的距离，如图4所示。
101.当然，该第一模式转换装置中的贯穿第1至第3层的金属化过孔215也可以不等间距平行排布，而是如图6所示，两侧的金属化过孔分别平行于第一等腰梯形金属贴片131的两腰，同样的，两侧金属化过孔215不超出两侧铜箔边界，第一等腰梯形金属贴片131两腰到两侧两排金属化过孔215的距离相等，第一等腰梯形金属贴片131两腰到两侧铜箔的距离相等；所述第一等腰梯形金属贴片两侧的两排金属化过孔分别到所述第一等腰梯形金属贴片对应腰的距离相等，所述第一等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别到所述第一等腰梯形腰金属贴片对应腰的距离相等，所述第一等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别与对应的所述第一共面波导的两侧金属面相接。
102.所述基板集成波导200，如图4和图5所示，该基板集成波导由top层和bottom层的铜箔、两侧贯穿第1至第m 1层的金属化过孔211、左侧贯穿第3至m 1层的第二类金属化过孔212、以及右侧的贯穿第1至第m-1层的第三类金属化过孔、第1至第m层高频板材，以及第2至m层金属层上的耦合口径组成。关于耦合口径，第3至m-1层中，每层金属层中两侧的第一类金属化过孔211、左侧的第二类金属化过孔212、以及右侧的第三类金属化过孔围成的相同的矩形区域，而第2层和第m层则其上下对应的矩形区域位置同样去除铜箔，形成耦合口径，实现信号传输)，相邻过孔的孔距为ds，第2层～第m层每一层都去除长lsw、宽wz矩形铜箔部分(耦合口径)，这些耦合口径在垂直于基板方向上的投影完全重合，其宽度wz不超过两侧第一类金属化过孔211的内侧边缘，其沿长度方向的对称轴都与第一类金属化过孔211沿长度方向的对称轴平行，并且都在垂直于介质基板的同一平面内，左侧不超过贯穿第3到第m 1层的第二类金属化过孔212，右侧不超过贯穿第1～第m-1层的第三类金属化过孔213。
103.具体的，基板集成波导200中，第一类金属化过孔211可为pcb板厂允许的可以制作的孔径最小的过孔，相邻过孔之间的孔距可为厂家允许的最小孔距。增加第二类金属化过孔和第三类金属化过孔阵列是为了保证让高频信号按照指定的路径传播，避免信号泄露造成emc问题，且考虑到便于pcb加工制作，第二类金属化过孔212为贯穿第3至m 1层的金属化过孔，而不是贯穿第2至第m 1层的金属化过孔；第三类金属化过孔213为贯穿第1至第m-1层金属化过孔，而不是贯穿第1至m层金属层的金属化过孔；因为第2层和第m-1层的高频板材实际上分别是一层用于将第一层高频板材(包括一层高频板材和两层铜箔)和第三层高频板材(包括一层高频板材和两层铜箔)以及将第m-2层高频板材(包括一层高频板材和两层铜箔)和第m层高频板材(包括一层高频板材和两层铜箔)粘合在一起的p片，并且一般这种pcb都是混压板，所以没有办法打第1至第m层和第2至第m 1层的过孔，但是可以通过多次压合的方式打第3至第m 1层的金属化过孔和第1至第m-1层的过孔。
104.第二模式转换装置310由bottom层第二等腰梯形金属贴片311、第二等腰梯形金属贴片311两侧的铜箔cu、贯穿第m至第m 1层的金属化过孔217、以及第m层的铜箔组成，相邻的金属化过孔217之间的孔距为ds，两侧的两排金属化过孔217之间的距离为ws，两侧铜箔之间的距离为wz，第二等腰梯形金属贴片311的垂直于底边的对称轴到两侧铜箔的距离相等，第二等腰梯形金属贴片311两底之间的长度为lz，第二等腰梯形金属贴片311左侧与基板集成波导200的bottom铜箔相接，并且第二等腰梯形金属贴片311的垂直于底的对称轴与基板集成波导200两侧两排第一类金属化过孔211沿信号传播方向的对称轴在同一平面内，第二等腰梯形金属贴片311左侧宽度小于两侧铜箔之间的距离，其右侧与第二共面波导321相接，宽度与第二共面波导的bottom层中间导体带(微带线lcb)的宽度相同，如图9所示。
105.当然，该第二模式转换装置中的贯穿第1至第3层的金属化过孔217也可以不等间距平行排布，而是如图11所示，两侧的金属化过孔分别平行于第一等腰梯形金属贴片311的两腰，同样的，两侧金属化过孔217不超出两侧铜箔边界，第二等腰梯形金属贴片311两腰到两侧两排金属化过孔217的距离相等，第二等腰梯形金属贴片311两腰到两侧铜箔的距离相等；所述第二等腰梯形金属贴片两侧的两排金属化过孔214分别到所述第二等腰梯形金属贴片对应腰的距离相等，所述第二等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别到所述第二等腰梯形腰金属贴片对应腰的距离相等，所述第二等腰梯形金属贴片两侧的金属带分别与对应的所述第二共面波导的两侧金属面相接。
106.所述第二共面波导与第一共面波导类似，如图9所示，该第二共面波导由位于bottom层的中间金属导带(微带线lcb)、该中间金属导带(微带线lcb)两侧的铜箔cu、分别设置在中间金属导带(微带线lcb)两侧的铜箔并贯穿第m层至第m 1层的金属化过孔216、第m层高频板材以及第m层的铜箔组成，相邻金属化过孔之间的孔距为ds，两排金属化过孔之间的孔距为wc，微带线lcb线宽为wp，微带线lcb到两侧铜箔之间的距离相等，两侧金属化过孔216不超出两侧铜箔的边界。
107.本技术的天线系统的另一实施例，与前一天线系统实施例类似，只是第一传输线采用的具体形式不同，具体的，本实施例中，在top层，如图2所示，阵列天线400通过阻抗变换器110与第一传输线120(本实施例中采用微带线)相连接，并通过第一模式转换装置130与基板集成波导结构200相连接。在bottom层，即第m 1层，如图10所示，基板集成波导200与第二模式转换装置310相连接，再通过第二微带线322与射频芯片500相接；当然，也可以通
过第二共面波导321直接与射频芯片500相接，如图9所示。
108.本技术的天线系统的最后一个实施例，与前面两个实施例的区别在于，本实施例中在基板集成波导的结构基础上，增加了一个前置基板波导和一个后置基板波导，具体的，如图12、14所示，在top层，阵列天线通过阻抗变换器110与第二传输线120(本实施例中第二传输线为微带线)相连接，并通过第一模式转换装置130与前置基板波导250相连接，前置基板波导250与基板集成波导200相连接，如图13所示。在bottom层，即第m 1层，基板集成波导200与后置基板波导260相连接，后置基板波导260与第二模式转换装置310相连接，再通过第二微带线322与射频芯片500相接，当然，也可以通过第二共面波导直接与射频芯片500相接。
109.具体的，本实施例中的前置基板波导由top层和第2层的铜箔、两侧贯穿第1至第2层的金属化过孔218、第1层高频板材组成波导结构，相邻过孔的孔距为ds，两排金属化过孔218之间的距离为ws，与基板集成波导200两侧的第一类金属化过孔211之间的距离相等，其两排金属化过孔218沿长度方向的对称轴与基板集成波导第一类金属化过孔211沿长度方向的对称轴平行，并且都在垂直于基板的同一平面内，如图12、14所示。
110.本实施例中的后置基板波导由bottom层和第m层的铜箔、两侧贯穿第m至第m 1层的金属化过孔219、第m层高频板材组成波导结构，相邻过孔的孔距为ds，两排金属化过孔之间的距离为ws，与基板集成波导200两侧的两排第一类金属化过孔211之间的距离相等，两排金属化过孔219沿长度方向的对称轴与基板集成波导200的两侧的第一类金属化过孔211沿长度方向的对称轴平行，并且都在垂直于基板的同一平面内，如图13、14所示。
111.本实施例中，第一模式转换装置130中的第一等腰梯形金属贴片的第二底边与第一传输线120(本实施例采用第一微带线)相接，该第一等腰梯形金属贴片的第二底边的长度与第一传输线120的宽度相同，该第一等腰梯形金属贴片的第一底边与前置基板波导250相接，并且第一等腰梯形金属贴片垂直于底边的对称轴与前置基板波导250两侧两排金属化过孔218沿信号传播方向的对称轴在同一平面内，该第一等腰梯形金属贴片第一底边的宽度小于前置基板波导250两侧金属化过孔218之间的距离，如图12所示。
112.本实施例中的第二模式转换装置310中的第二等腰梯形金属贴片左侧与后置基板波导260的bottom层铜箔相接，并且第二等腰梯形金属贴片的垂直于底的对称轴与后置基板波导260两侧两排金属化过孔219沿信号传播方向的对称轴在同一平面内，第二等腰梯形金属贴片左侧(第一底边)宽度小于后置基板波导260的两侧金属化过孔219之间的距离ws，其右侧(第二底边)与第二微带线322相接，宽度与第二微带线322的宽度相同，如图13所示。
113.应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。