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基片集成波导技术的研究

郝张成  
【摘要】: 随着现代微波毫米波电路系统的高速发展,其功能越来越复杂、电性能指标越来越高,同时其体积越来越小、重量越来越轻;整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。因此,迫切需要发展新的微波毫米波集成技术。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射、高功率容量等特性的新的导波结构,它可以有效地实现无源和有源集成,使微波毫米波系统小型化,甚至可把整个微波毫米波系统制作在一个封装内;而且它的传播特性与矩形金属波导类似,所以由其构成的微波毫米波甚至亚毫米波部件及子系统具有高Q值、高功率容量、易与其它平面电路和芯片集成等优点,同时由于整个结构完全为介质基片上的金属化通孔阵列所构成,所以这种结构可以利用普通PCB工艺、LTCC工艺、甚至薄膜电路工艺精确实现。与传统的波导形式微波毫米波器件的加工成本相比,基片集成波导微波毫米波器件的加工成本十分低廉,不需任何事后调试工作,非常适合微波毫米波电路的集成设计和大批量制作。基片集成波导技术目前处于刚刚兴起的阶段,因此有许多理论问题需要研究,有很多应用领域亟待开拓。 本文对如何利用基片集成波导技术实现高性能基片集成波导器件以及基片集成波导集成子系统开展研究。 为了解决基片集成波导的测试问题和基片集成波导与微带电路的无隙集成问题,本文在第一章对多种基片集成波导—微带电路转换器的设计方法进行了研究,探讨了测试和计算基片集成波导器件插损的方法,实验测试结果和全波仿真结果的良好吻合验证了方法的正确性和有效性。 本文的第二章和第三章基于基片集成波导技术,设计和实现了多种新颖的集成高性能滤波和双工器件:基片集成波导感性通孔滤波器、基片集成波导感性窗滤波器、基片集成波导E面感性带滤波器、基片集成波导L型双工器、基片集成波导T型双工器、多层基片集成波导椭圆滤波器、单层基片集成波导传输零点滤波器、具有传输零点的双模基片集成波导滤波器、基片集成波导-有损地面超宽带滤波器、基片集成波导-电子带隙结构超宽带滤波器、基片集成波导-共面波导超宽带滤波器等。本文在微波频段(4GHz-18GHz)和毫米波频段(26.5GHz-40GHz)对这些滤波器件进行了设计并给出了测试结果。这些结果表明这些滤波器件具有良好的滤波特性,并具有高品质因数、大功率容量、易于加工、成本低和容易集成等优点。其中,基片集成波导-共面波导超宽带滤波器、多层基片集成波导椭圆滤波器等多种滤波器和双工器为首次提出并实现。成果已在本领域国际最高刊物IEEE Trans. on MTT、IEEE Wireless Components and Guided Wave Letters、IEE Proc.-H等上发表,并已被他人引用。 在第四章中,利用基片集成波导技术对功率分配器进行了研究;提出和设计了可以用于毫米波的基片集成波导强耦合器和弱耦合器的定向耦合器结构;提出了正反线性渐变槽天线的基片集


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