基片集成波导.ppt

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1、基片集成波导技术研究张小川导师：徐军研究背景各种导波结构可分为两大类，即平面结构和非平面结构。平面结构包括微带线、共面波导、槽线等等。非平面结构包括矩形波导、同轴线、介质波导等等。◇平面结构适合系统的混合集成，然而，这种结构也存在着自身的缺陷，由于导体损耗、辐射损耗、介质损耗的存在，使得平面结构不利于工作在毫米波频段，也无法构成高Q值的部件。◇非平面结构的损耗低，故可以构成高性能部件。但是作为一种立体结构，非平面结构很难与平面结构或有源器件有效集成。正是为了解决上述矛盾，一种基于介质基片的波导结构被提了出来，这就是我

2、们所研究的对象——基片集成波导（SIW）。它为平面集成电路的研究开辟了全新的领域。基片集成波导的概念基片集成波导（SubstrateIntegratedWaveguide，简称SIW）是一种近年内出现的新型微波传输结构,是基片集成电路的一个重要内容，其基本思想是在介质基片上用相邻很近的金属化通孔形成电壁，与上下金属面一起构成类似于普通波导的结构。基片集成波导金属波导半波基片集成波导（HMSIW）的概念在波导结构中，对于主模来说，在传播方向的中心面是电场最强的地方（法向电场为零，切向磁场为零），所以中心面可以被看作是磁

3、壁，根据这种思想，通过假想的磁壁将SIW从中心面切割成两部分，这样一个SIW就变成两个HMSIW,这种新结构继承了SIW的传播特性，这种假想的磁壁只是为了论证这种思想，考虑到实际应用的情况，从切面延长一点，这样可以防止能量的辐射。CST仿真的主模场分布（8GHz），基片厚度为1mm，0.5mm处的电场分布S_Parameter(S11,S21)半波基片集成波导基片集成波导国内外研究现状1、1998年J.Hirokawa等人曾对类似SIW的层叠结构进行了分析，但是没有明确的提出基片集成波导的概念。2、2002年K.Wu

4、等人用边界积分模式展开法对SIW的色散特性进行了分析。3、H.Li等人采用频域有限差分法研究了SIW的传播特性，并给出了传播参数与金属通孔周期的关系。（2002年）4、D.Deslandes研究了微带线与基片集成波导的互连问题，该文采用微带劈形结构实现SIW与50欧姆微带线匹配（2001年），同年，他们还分析了SIW与共面波导的互连问题。5、D.Deslandes对SIW进行了改进，在波导内加入两排空气孔，改善了SIW的性能。6、W.Hong等人提出了半波基片集成波导(HMSIW)的概念(2006.10)，在此基础上

5、已经有关于HMSIW耦合器报道(2007.3)。结论：由上面的分析可以看出，无论在理论还是应用方面，这种新型波导结构已经越来越受到重视。5、在此基础上，出现了大量的关于微带集成波导的器件的报道，目前出现的SIW所构成的部件已经有：滤波器、振荡器、功分器、混频器、定向耦合器、天线等等。介电常数1,a=20mm,s=5mm,d=10mm,上图为普通波导，中间s/d=0.5时的场分布，下图为s＝d时的场分布衰减因子随缝隙的变化相位常数随缝隙的变化从损耗因子随缝隙变化的轨迹，可以看出，当满足s≤0.2λ这个条件时，泄漏损耗可

6、以忽略不计。相位常数基片集成波导和微带传输线的转接形式由于工作频段低,s＜＜d,因此不同的孔间距对传播特性的影响很小.基片集成波导和微带线插损测试长度为100mm，介电常数2.2,a=14mm,s=0.4mm,d=0.8mm,T1=5mm,t2=1.5mm.ApplicationsofSIWandHMSIW1.滤波器2.天线3.振荡器4.功分器5.HMSIW构建的耦合器FilterC波段椭圆函数滤波器2005年，东南大学洪伟等人提出了一种采用LTCC的SIW的C波段四级的椭圆函数滤波器。中心频率为4GHz，带宽150

7、MHz，带内损耗0.6dB，在3.29GHz、3.89GHz、4.11GHz、4.75GHz分别有四个传输零点。LTCC滤波器Jong-HoonLee,StephanePinel等设计了一个中心频率为60GHz的带通滤波器，实测结果如下：中心频率58.7GHz，中心频率处插入损耗为2.14dB，3dB带宽为1.38%(0.9GHz).Jong-HoonLee,StephanePinel“Low-LossLTCCCavityFiltersUsingSystem-on-PackageTechnologyat60GHz”I

8、EEETRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES,VOL.53,NO.12,DECEMBER2005Antenna基片上构造了一个4×4的谐振式基片集成波导阵列天线，基片采用介电常数为2.4、损耗角正切为0.001的材料，基片厚度为1.5毫米，金属通孔的直径为1毫米，通孔间距为2毫，每一个谐振单元由4条