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第15讲基片集成波导第5讲基片集成波导一基片集成波导的传播特性二基片集成波导的应用

图1基片集成波导结构图

第15讲基片集成波导一基片集成波导的传播特性1.基片集成波导结构的实现方法及其分类2.对基片集成波导与矩形波导等效的分析3.对基片集成波导结构的数值分析4.基片集成波导电磁传输特性

AboutGuidedWaveStructuresHighQ-factorLowInsertionLossHighPowerHandlingCapacityHighPerformanceBulky,Heavy,CostlyNoteasytobeintegratedwithplanarcircuitsArecentlyproposedguidedwavestructureBeEasyIntegratedHighDensityLayoutLowQ-factorHighInsertionLossforhighfModerateSubstrateIntegratedWaveguide(SIW)Performance

基片集成波导一基片集成波导的传播特性1.基片集成波导结构的实现方法及其分类微波毫米波电路的发展趋势：小型化、高度平面集成。传统金属波导优点：损耗小、Q值高、功率容量大。缺点：体积庞大，难于与其它微波、毫米波电路平面集成，更难实现小型化，而且加工难度和成本都比较高。微带等平面传输线缺点：传输损耗大、辐射干扰强，品质因数低，因而采用它所设计制作的各种微波毫米波电路的一些关键性能指标不如波导元器件，而且在很多场合无法替代波导元器件。

1.基片集成波导结构的实现方法及其分类基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide缩写为SIW)：是一种在介质基片上采用印刷工艺实现的新型微波、毫米波导波结构。这种波导是一种平面传输线，同时它又具有与传统金属波导相似的传播特性，因而兼有了金属波导传输损耗小、Q值高等优点同时又易于平面集成。此外，由于基片集成波导是一种类似于普通金属波导的准封闭平面导波结构，它除了具有类似于微带传输线的平面集成特性外，几乎严格消除了由于辐射和基片中的导波模引起的电路中不同部分的相互干扰。

1.基片集成波导结构的实现方法及其分类它与传统矩形波导不同的特点在于：它与有源器件的兼容性好，便于平面集成及小型化，具有体积小、重量轻、装配简单、加工容易和成本低等传统波导所没有的优点。可以用来设计很多高Q值、低损耗的平面微波毫米波电路。应用：可以用来设计各种高Q值的无源器件，诸如转换器、滤波器、环形器及天线等，同时可将基片集成波导元件与有源器件结合，设计各种高性能的有源电路，广泛地应用于微波及毫米波电路中。

1.基片集成波导结构的实现方法及其分类电壁：电场切向分量为零的平面，相当于理想导体导电平面磁壁：磁场切向分量为零的平面，相当于理想导磁平面图2全模基片集成波导演化为半模基片集成波导示意图

1.基片集成波导结构的实现方法及其分类图3SIW与HMSIW的主模图

2.对基片集成波导与矩形波导等效的分析连续的金属壁被分成很多段图2-7连续的金属实体壁通过间隙W被分成很多段从上式可以看出，在准静情况下，当R=W/4金属柱形成的壁其表面阻抗0，跟体壁情况一；当RW/4金属柱形成壁其表面阻抗容性；当RW/4金属柱形成的壁其表面阻抗感性。

2.对基片集成波导与矩形波导等效的分析SIW的等效宽度a’SIW壁表面阻抗容性矩形波导壁表面阻抗SIW壁表面阻抗感性矩形波导和SIW俯视图的一半中的电力线和磁力线(a图表示RW/4,b图表示RW/4)

3.对基片集成波导结构的数值分析基片集成波导结构的分析方法：散射层叠法、边界积分谐振模式展开法(BoundaryIntegral-ResonantModeExpansion)—简称BI-RME法、时域有限差分法(FDFD)、传输线模型法、矩量法。共性：针对Floquet周期结构采用模式扩展的方法来分析的。即这些方法都是针对基片集成波导的金属柱来求其传播特性的。这些实际装置的设计主要取决于求解单元数量的多少。当对电大尺寸求解时要占用大量的计算时间和存储空间。关于积分谐振模式展开法和频域有限差分法已有文献作了详细讨论，我们着重介绍金属柱的散射层叠法。

3.对基片集成波导结构的数值分析一、通过端口给基片集成波导馈电图4SIW结构(a)波导端口(b)同轴端口

3.对基片集成波导结构的数值分析图2-5同轴和波导端口的坐标系

3.对基片集成波导结构的数值分析下面我们推导用散射层叠的方法推导平行板波导的磁场并矢格林函数。对一个单元(r=r’)激励信号的自由空间并矢格林函数可方便的在谱域用以下公式描述：参见戴振铎