新型基片集成導波結構的原理及應用研究.pdf

1、為適應電子與通信技術飛速發(fā)展的局面，微波毫米波集成電路及系統(tǒng)正在向高性能、低成本、高集成度和小型化方面快速發(fā)展。得益于微電子技術的進步，微波毫米波有源電路，如混頻器、振蕩器、放大器，甚至收發(fā)信機等，已逐步從立體電路、混合集成電路，發(fā)展到今天的單片集成電路。因此，無源電路，如濾波器、雙工器、功率分配器/合成器、定向耦合器等，成為影響微波毫米波系統(tǒng)整體集成度的關鍵因素?；刹▽?Substrate Integrated Waveguid

2、e：SIW)作為一種新型的導波結構兼具了普通金屬波導高品質(zhì)因數(shù)、大功率容量等優(yōu)點和微帶電路易于加工、造價低和平面集成等優(yōu)點，因而近年來得到廣泛的研究和應用。SIW結構完全由介質(zhì)基片和其上的金屬化通孔陣列構成，可以采用標準的印刷電路板(PCB)工藝、低溫共燒陶瓷(LTCC)工藝以及薄膜(Thin-Film)工藝來進行加工。在加工成本方面，這幾類工藝與傳統(tǒng)波導形式的微波毫米波器件相比具有明顯的優(yōu)勢。
　　 為了進一步減小尺寸，又陸續(xù)

3、出現(xiàn)了半?；刹▽?Half Mode SIW：HMSIW)和折疊基片集成波導(Folded Substrate Integrated Waveguide：FSIW)等新型導波結構。HMSIW繼承了SIW的優(yōu)點，同時在尺寸上較SIW減小約50％。FSIW采用雙層PCB結構對SIW進行折疊，在尺寸上也減小了約50％。
　　 最近，又進一步提出了折疊半?；刹▽?FoldedHMSIW：FHMSIW)導波結構，其橫向尺寸只有

4、HMSIW的約一半和SIW的四分之一。從而為實現(xiàn)高集成度、小體積、低損耗的微波毫米波系統(tǒng)提供了一種有效的途徑。
　　 FHMSIW技術目前處于剛剛興起的階段，因此有許多理論問題需要研究，有很多應用領域亟待開拓。本文重點對FHMSIW的傳輸特性、高性能FHMSIW器件進行研究，此外還研究了SIW和HMSIW饋電的印刷寬帶八木天線和對數(shù)周期偶極子陣列天線。論文的主要研究工作包括：
　　 第一章介紹了FHMSIW的工作原理，分

5、析了其由SIW、HMSIW和FSIW演變而來的過程；對FHMSIW與微帶線之間的轉換器進行了分析設計，并給出了測試結果；最后分析了FHMSIW的傳輸特性。
　　 第二章研究了FHMSIW定向耦合器并與FSIW定向耦合器進行了比較。提出并設計了下列器件：FHMSIW定向耦合器、FHMSIW雙縫定向耦合器、FSIW定向耦合器和FSIW雙縫定向耦合器。所有設計與仿真結果都進行了實驗驗證，實驗數(shù)據(jù)與仿真結果的一致驗證了設計的正確性。相關

6、研究結果在IEEEMicrowave and Wireless Components Letters(SCI：000258373400006：EI：20083411465772)和ICMMT'2008(EI：20083711539557)國際會議上發(fā)表，并提交了發(fā)明專利申請。
　　 第三章研究了FHMSIW濾波器。利用耦合矩陣理論和電磁仿真相結合的方法，提出并設計了FHMSIW中間金屬層槽縫式和上層金屬槽縫式兩種濾波器，與相同工

7、作頻率的HMSIW槽縫式濾波器相比，除了保持寬帶、功率容量大和容易平面集成等優(yōu)點外，面積進一步縮小。研究結果將在“電子學報”上發(fā)表并提交了發(fā)明專利申請。
　　 第四章研究了HMSIW和SIW饋電的基片集成八木天線。利用HMSIW和SIW結構的平衡性實現(xiàn)Balun功能為平面印刷八木天線饋電。首先設計了SIW饋電的八木天線，為了進一步減小饋電系統(tǒng)的體積并擴展帶寬，又設計了HMSIW饋電的八木天線。其中，HMSIW饋電的八木天線相對帶

8、寬約為30％(VSWR＜2)，增益可達10dB，實現(xiàn)了寬帶、高增益、低剖面的印刷八木天線。研究結果在APMC'2008國際會議上發(fā)表并提交了發(fā)明專利申請。
　　 第五章研究了HMSIW和SIW饋電的基片集成對數(shù)周期偶極子天線及陣列。設計并實現(xiàn)了Ka波段SIW饋電的印刷對數(shù)周期天線及IX4陣列天線。為了進一步減小饋電系統(tǒng)的體積和擴展帶寬，設計并實現(xiàn)了工作頻率范圍為15GHz～40GHz的HMSIW饋電的印刷對數(shù)周期天線。該天線帶寬