基片集成波导介绍

      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(SubstrateIntegrated 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O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j二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。
基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide)技术研究现状
   近几年来，许多学者对于平面电路与非甲面电路特别是波导器什的混合集成技术已做了很多研究，其中非辐射性介质波导(NRD)技术引起了很多学者的关注。非辐射性介质波导(NRD)具有很小的辐射。即使在存在折弯等不连续性时，它的辐射也非常小，这种独特的性质使它在毫米波技术中得到了广泛应用。然而NRD并不适合于混合电路的集成，因为这种波导与有源器件的联接非常复杂，它难以与平面电路实现模式转换。即使是在简单的二极管电路的设计中，首先需要把二极管安装到平面电路上，然后必须将该平面电路准确地固定到NRD介质中。这样一来，不仅加工工艺复杂，而且很难准确地设训匹配。当然，其他复杂电路的设计就显得更加困难，因此NRD技术没有被广泛采用。

  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等特性的新的导波结构，它是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片上。利用金属化通孔阵列而实现的，其目的是在介质基片上实现传统的金属波导的功能。它可有效地实现无源和有源集成，使毫米波系统小型化，甚至可把整个毫米波系统制作在一个封装内，极大地降低了成本；而且它的传播特性与矩形金属波导类似，所以由其构成的毫米波和亚毫米波部件及子系统具有高Q值、高功率容量、易集成等优点，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PCB或LTCC工艺精确的实现，并可与微带电路实现无隙集成。与传统波导形式的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集成电路的设计和大批量生产。基片集成波导技术是以加拿大蒙特利尔大学吴柯教授的课题组和东南大学毫米波国家重点实验室洪伟教授的课题组为主所倡导的一种新技术。近几年，在对基片集成波导结构传输特性充分研究的基础上，实现了高性能的滤波器、双T器、定向耦合器、功率分配器、天线阵列等以及多种有源器件，极大的推进了基片集成波导技术的发展。近来，基片集成波导技术在中国台湾地区、韩国、日本、美国、欧洲等亦受到了大量关注，最近国外利用先进的加工工艺，已将基片集成波导技术应用于100．0GHz甚至是200．0GHz左右频段的毫米波电路的设计。这些发展说明了基片集成波导技术提供了一种高品质的微波毫米波电路集成新技术，目前它已逐渐为国际微波界所认识，并受到国际学术界与工业界的重视。

基片集成波导器件设计基础
  基片集成波导具有和传统矩形金属波导相类似的传输特性，它可以用来构成多种形式的波导器件。同时基片集成波导由于具有加工成本低、加工精度较高、体积小、重量轻、较低的辐射损耗、较强的抗干扰性以及较高的集成度等特点，它可以用来设计高集成度的微波毫米波系统。正如设计其他结构形式(如微带线，带状线等)的器件一样，设计基片集成波导器件首先必须对这些器件建立合适的分析模型和采用合适的分析方法；其次要解决不同形式器件之间的集成问题；另外为了保证高频测试中的准确性，必须对测试中的损耗因数进行较详细的分析。

基片集成波导器件的研究方法简介
  介质基片的上下表面均为金属化层，在介质基片中相隔一定距离制作两排金属化通孔，于是徂上下金属面和两排金属化孔之间就形成了一个类矩形波导的结构，称作基片集成波导。此外，利用多层印刷电路板(PCB)技术和低温共烧陶瓷(LTCC)技术也可以形成多层基片集成波导结构。这些结构和相应的传统矩形金属波导结构比较类似。介质基片的上下金属面可以看成是相应矩形波导的上下波导壁，睡排金属通孔构成了传统矩形金属波导的两个金属侧壁。当电磁波在两排金属通孔中传输时，它的传输特性和波在传统矩形金属波导中的传输特性相类似。在上中，Wsiw表示两排金属通孔的圆心之间的距离，称作基片集成波导的宽度，D表示金属通孔的直径，h是介质摹片的厚度，而Svp为金属化孔阵的周期。为了叙述的方便，在后面的章节中，如果没有作特别说明，基片集成波导参数将用以上符号表示。目前，分析基片集成波导结构的方法土要有全波分析法、等效模型法和商业电磁软件仿真等。

在此仅介绍用的较多的等效模型法：
众所周知，在表征导波结构特性的所有参数中，衰减常数和相位常数声是最重要的两个参数，这两个常数是我们研究和设计基片集成波导的基础。在基片集成波导结构中，由于侧壁是由金属通孔相隔一定距离排列所构成，所以衰减常数n主要由孔问的能量泄漏、介质损耗和金属损耗所构成。由于基片集成波导具有和传统矩形金属波导相类似的传输特性，所以可以在传统的矩形金属波导和基片集成波导之间建立相对应的关系，将基片集成波导器件的设计转化为传统矩形金属波导器件的设计，从而大大减少设计时闻和问题的复杂度。

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