新型基片集成導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的原理及應(yīng)用研究.pdf

1、為適應(yīng)電子與通信技術(shù)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(shù)的進(jìn)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(jī)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(wú)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(guān)鍵因素?；刹▽?dǎo)(Substrate Integrated Waveguid

2、e：SIW)作為一種新型的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)兼具了普通金屬波導(dǎo)高品質(zhì)因數(shù)、大功率容量等優(yōu)點(diǎn)和微帶電路易于加工、造價(jià)低和平面集成等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來(lái)得到廣泛的研究和應(yīng)用。SIW結(jié)構(gòu)完全由介質(zhì)基片和其上的金屬化通孔陣列構(gòu)成，可以采用標(biāo)準(zhǔn)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(lái)進(jìn)行加工。在加工成本方面，這幾類(lèi)工藝與傳統(tǒng)波導(dǎo)形式的微波毫米波器件相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　 為了進(jìn)一步減小尺寸，又陸續(xù)

3、出現(xiàn)了半模基片集成波導(dǎo)(Half Mode SIW：HMSIW)和折疊基片集成波導(dǎo)(Folded Substrate Integrated Waveguide：FSIW)等新型導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。HMSIW繼承了SIW的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在尺寸上較SIW減小約50％。FSIW采用雙層PCB結(jié)構(gòu)對(duì)SIW進(jìn)行折疊，在尺寸上也減小了約50％。
　　 最近，又進(jìn)一步提出了折疊半?；刹▽?dǎo)(FoldedHMSIW：FHMSIW)導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，其橫向尺寸只有

4、HMSIW的約一半和SIW的四分之一。從而為實(shí)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(shù)目前處于剛剛興起的階段，因此有許多理論問(wèn)題需要研究，有很多應(yīng)用領(lǐng)域亟待開(kāi)拓。本文重點(diǎn)對(duì)FHMSIW的傳輸特性、高性能FHMSIW器件進(jìn)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(duì)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(lái)的過(guò)程；對(duì)FHMSIW與微帶線之間的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，并給出了測(cè)試結(jié)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(jìn)行了比較。提出并設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與仿真結(jié)果都進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果的一致驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。相關(guān)

6、研究結(jié)果在IEEEMicrowave and Wireless Components Letters(SCI：000258373400006：EI：20083411465772)和ICMMT'2008(EI：20083711539557)國(guó)際會(huì)議上發(fā)表，并提交了發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)。
　　 第三章研究了FHMSIW濾波器。利用耦合矩陣?yán)碚摵碗姶欧抡嫦嘟Y(jié)合的方法，提出并設(shè)計(jì)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(diǎn)外，面積進(jìn)一步縮小。研究結(jié)果將在“電子學(xué)報(bào)”上發(fā)表并提交了發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)。
　　 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(jié)構(gòu)的平衡性實(shí)現(xiàn)Balun功能為平面印刷八木天線饋電。首先設(shè)計(jì)了SIW饋電的八木天線，為了進(jìn)一步減小饋電系統(tǒng)的體積并擴(kuò)展帶寬，又設(shè)計(jì)了HMSIW饋電的八木天線。其中，HMSIW饋電的八木天線相對(duì)帶

8、寬約為30％(VSWR＜2)，增益可達(dá)10dB，實(shí)現(xiàn)了寬帶、高增益、低剖面的印刷八木天線。研究結(jié)果在APMC'2008國(guó)際會(huì)議上發(fā)表并提交了發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)。
　　 第五章研究了HMSIW和SIW饋電的基片集成對(duì)數(shù)周期偶極子天線及陣列。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了Ka波段SIW饋電的印刷對(duì)數(shù)周期天線及IX4陣列天線。為了進(jìn)一步減小饋電系統(tǒng)的體積和擴(kuò)展帶寬，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了工作頻率范圍為15GHz～40GHz的HMSIW饋電的印刷對(duì)數(shù)周期天線。該天線帶寬