一种W频段传输线-波导垂直传输转换结构的制作方法

本技术涉及电气元件，具体涉及一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构。

背景技术：

1、随着毫米波技术的发展，微波毫米波集成电路与射频微系统在通信、雷达、制导等电子信息系统中得到了广泛应用。与传统电子信息系统的微波相比，毫米波频段频谱资源更加丰富,光谱带宽更宽,波长更短,因此在短距离高速无线通信系统、高分辨率雷达和高分辨率成像系统等电子信息系统应用中正在迅速发展。毫米波中的w波段是一个极具吸引力的频率范围，其频谱中心(94ghz)处在传播衰减较小的大气衰减窗口，具有传输距离远、穿透性强等优点，是毫米波电子信息系统应用的研究热点。

2、在微波毫米波集成电路与射频微系统中，微带与带状传输线是十分重要的内部射频传输线，而矩形波导具有功率容量大、损耗小、结构简单、q值高的特点，大多数微波毫米波系统和实验设备的输入输出端口均采用矩形波导进行级联，因此，在毫米波电路和系统中经常需要进行这两种传输线形式的转换，而传输线-波导传输转换结构性能的优劣成为影响系统性能的关键。

3、波导到微带的过渡形式多种多样，常见的形式主要有微带探针过渡、对脊鳍线过渡、脊波导过渡等。

4、微带探针过渡结构简单，易于加工，过渡性能好，但该过渡实现的带宽较窄，需要较高的装配精度，并且不利于系统集成。

5、对脊鳍线过渡易于系统集成，但是鳍线过渡结构加工难度大，并且此过渡方式插损较大，在过渡频带内往往会有谐振频率产生，影响过渡性能。

6、脊波导过渡是一种简单而又有良好过渡特性的结构，但需要准确的机械加工条件，导致集成电路屏蔽外壳成本过高，特别对毫米波频段更是如此。

7、因此需要一种过渡结构有效地保证毫米波电磁信号在两种传输结构之间低损耗的传输转换，其次，还应具有传输损耗小、回波损耗高、足够的工作带宽、加工装卸容易、一致性好、便于系统集成等指标和设计要求。

技术实现思路

1、本实用新型是为了解决w频段传输线-波导传输结构中结构复杂、体积大、插损大、集成度低的问题，提供一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，采用bga植球焊接与焊料焊接的方式将高密度互连印制板、pcb基板、波导金属结构件集成于一体，该垂直传输转换结构集成度更高，实现了从芯片级到系统级的信号传输转换，便于在系统中集成应用，同时其结构简单，对结构加工和装配精度要求相对较低，不需要额外的机械加工或机械组装。该传输线-波导垂直传输转换结构，有效提升了射频传输过渡结构的小型化水平以及集成度，同时，将w频段射频微系统构成了一个标准的表面贴装器件，可以在pcb基板上灵活地进行阵列拓展，提高了射频系统的标准化和阵列化。

2、本实用新型提供一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，包括pcb基板，波导结构件，设置在pcb基板之间的金属矩形腔和设置在金属矩形腔、波导结构件之间的波导；

3、pcb基板包括依次设置的第一pcb基板、第二pcb基板，金属矩形腔包括设置在第一pcb基板和第二pcb基板之间的第一金属矩形腔；

4、波导结构件的上表面平整、侧部设置凹槽；

5、波导包括凹槽与第一pcb基板底面组成的第一波导，第一金属矩形腔位于第一波导的右侧上方并与第一波导连通。

6、本实用新型所述的一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，作为优选方式，pcb基板还包括设置在第二pcb基板另一侧的第三pcb基板，金属矩形腔还包括设置在第二pcb基板和第三pcb基板和之间的第二金属矩形腔；

7、第一金属矩形腔和第二金属矩形腔均为四周接地镀金的空腔；

8、波导结构件的两侧分别设置凹槽；

9、左侧凹槽的右侧面与第二pcb基板的左侧面平齐，右侧凹槽的左侧面与第二pcb基板的右侧面平齐；

10、波导还包括右侧凹槽与第三pcb基板底面组成的第二波导，第二金属矩形腔位于第二波导上方并与第二波导连通。

11、本实用新型所述的一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，作为优选方式，第二pcb基板底面与波导结构件的上表面通过焊接连接；

12、第一pcb基板、第二pcb基板、第三pcb基板的底面均镀金。

13、本实用新型所述的一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，作为优选方式，pcb基板中设置电源模块、dsp、fpga和传感器件。

14、本实用新型所述的一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，作为优选方式，还包括设置在pcb基板上部的印制板和连接pcb基板、印制板的bga焊球。

15、本实用新型所述的一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，作为优选方式，一圈bga焊球组成接地矩形腔将信号传输到第一金属矩形腔或第二金属矩形腔。

16、本实用新型所述的一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，作为优选方式，印制板包括印制板本体和连接在印制板本体上互连的传输线、射频收发芯片和贴片天线单元阵列。

17、本实用新型所述的一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，作为优选方式，印制板还包括设置在印制板本体顶层金属层的金属贴片和设置在金属贴片周围的金属化过孔，金属化过孔贯穿并垂直于印制板本体形成金属电壁，传输线连接在印制板本体中，传输线上的射频信号通过激励金属贴片向印制板本体耦合；

18、金属贴片设置在第一金属矩形腔、第二金属矩形腔的上部。

19、本实用新型所述的一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，作为优选方式，传输线为带状传输线；

20、传输线包括从上到下依次设置在印制板本体中连接的上层带状线、中层带状线和下层带状线，金属贴片位于印制板本体的下层。

21、本实用新型所述的一种w频段传输线-波导垂直传输转换结构，作为优选方式，印制板为hdi印制板，印制板还包括设置在印制板上用于与射频收发芯片连接的c4微凸点。

22、本实用新型包括高密度互连印制板、pcb基板、波导金属结构件。

23、其中：

24、波导金属结构件与pcb基板通过整面焊接的方式连接在一起。波导金属结构件与pcb基板焊接的一面有金属凹槽，与pcb基板焊接后，其与pcb基板的镀金底面构成一个完整的金属波导。pcb基板的金属矩形腔中传输的w频段射频信号，通过波导金属结构件中形成的金属波导，传输到外围的波导口，完成整个射频信号的传输转换。同时，由于波导金属结构件和pcb基板的优良热接触，其可以作为热沉将射频微系统产生的热量带走。

25、高密度互连印制板，即hdi印制板，采用具备低损耗、低介电常数、高力学强度、高热导率、低热膨胀系数等优良特性的多层有机材料复合层压集成实现。在hdi印制板上，集成了w频段射频收发芯片和贴片天线单元阵列，构成一个完整的多通道收发射频微系统。w频段射频收发芯片基于硅基coms工艺，采用晶圆级芯片封装技术，完成表面电路再分布和c4微凸点布局制备，以flip-chip装配工艺与hdi印制板进行封装键合。w频段射频收发芯片完成w频段信号功率多通道均分与合成、低噪声放大与功率放大、移相衰减控制、功率温度遥测功能。贴片天线单元阵列采用多层微带贴片结构，通过hdi印制板内部的垂直馈电网络与w频段射频收发芯片连接，实现w射频信号的发射与接收。hdi印制板完成w频段射频信号传输、供电传输、控制信号传输、遥测信号输出等功能。hdi印制板通过c4微凸点实现与射频收发芯片实现焊接装配，通过bga植球工艺实现与pcb基板的对外互连传输、固定支撑。hdi印制板的w频段信号传输采用带状传输线，增加信号的隔离度，减小串扰。带状传输线上的射频信号，通过激励hdi印制板top金属层的金属贴片，耦合传输到pcb基板中的金属矩形腔中。

26、pcb基板以bga植球焊接的方式与高密度互连印制板进行连接，同时与波导金属结构件焊接在一起。pcb基板实现对高密度互连印制板整个射频微系统的供电控制分发、射频信号的馈入馈出、遥测信号汇总反馈等功能。高密度互连印制板top金属层的金属贴片耦合传输的w频段射频信号，通过由一圈bga焊球组成的接地矩形腔，传输到pcb基板的金属矩形腔。pcb基板的金属矩形腔为四周接地镀金的空腔，限定w频段电磁波只能以主模形式进入，从而实现与高密度互连印制板的垂直传输。pcb基板需要实现二次电源转换、控制指令解析与下发、状态反馈等功能，电源模块、dsp、fpga、各类传感器等器件均装配在此pcb基板上。同时，pcb基板对高密度互连印制板射频微系统实现阵列拓展和承载支撑作用，以及将高密度互连印制板射频微系统的热量通过密集金属过孔传导下来。

27、本实用新型具有以下优点：

28、本实用新型采用bga植球焊接与焊料焊接的方式将高密度互连印制板、pcb基板、波导金属结构件集成于一体，该垂直传输转换结构集成度更高，实现了从芯片级到系统级的信号传输转换，便于在系统中集成应用，同时其结构简单，对结构加工和装配精度要求相对较低，不需要额外的机械加工或机械组装。该传输线-波导垂直传输转换结构，有效提升了射频传输过渡结构的小型化水平以及集成度，同时，将w频段射频微系统构成了一个标准的表面贴装器件，可以在pcb基板上灵活地进行阵列拓展，提高了射频系统的标准化和阵列化。