第5讲基片集成波导 I
基片集成波导及其微带过渡的设计
舰 船 电 子 对 抗
ＳＨ Ｉ ＰＢ０Ａ ＲＤ ＥＬＥＣＴＲ０ Ｎ Ｉ Ｃ０ Ｕ ＮＴ ＥＲ Ｍ ＥＡ ＳＵ ＲＥ Ｃ
Ａ ｕ ．２ １ ｇ ０２
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ４ Ｉ３ ．
第 ３ ５卷第 ４期
基 片集 成波 导及 其 微 带过 渡 的设 计
赵 元 英 袁 皓 ，
收 稿 日期 ： ０ ２ ５—１ ２ １ —０ ０
０ 引 言
矩形 波导具 有 功 率 容量 大 、 耗 小 、 辐射 、 损 无 品 质 因数高 的特点 ， 高频波 段其优 势更 加 明显 ， 在 因此 在微 波 、 米波 电路 和系统 中被广 泛应 用 ， 在许 多 毫 现 毫米波 设备 的输 入 输 出端 口均 为 波 导形 式 。但 是 ， 由于其 体积 大 ， 量 大 ， 本 高 ， 须通 过 各 种 过渡 重 成 必
（． 国 电子 科 技 集 团公 司 １ 所 ， 家庄 ０ ０ ５ ；． １中 ３ 石 ５ ０ １ ２ 云南 大学 ， 明 ６０ ９ ） 昆 ５ ０ １
摘 要 ： 了工作 于毫米波频段 的基片集成波导 （Ｉ ， 了基片集成波 导及其微带过 渡的原理和结构 ， 推 设计 ＳＷ）阐述 公式
导 出过 渡 结 构 中各 种 参 数 的 计 算 方 法 ， 过 ＨＦ Ｓ软 件 进 行 仿 真 ， 作 了 ＳＷ 与 微 带 过 渡 的 样 品并 测 试 ， 果 表 明 通 Ｓ 制 Ｉ 结
ｔ ｎ ｌ Ｓ Ｓｌ ｓ ｈａ 一 １ Ｂ ｒ ｍ ５ ５ Ｇ Ｈ ｚｔ ７ ５ Ｇ Ｈ ｚ． ｕｒ Ｏ Ｓ ｉ ｅ ｓ ｔ ｎ ０ ｄ ｆｏ ３ ． ｏ ３ ．
Ｋｅ ｒ ： ｕｂ ｔ ａ ｅ ｉ ｅ ｒ ｔ ｄ ｗａ ｅ ｉ ｅ； ｃ ｏ ｔ ｉ ｒ ｎｓｔｏ ｉ ｐ ｄ ｎｃ ｙ ｗｏ ｄｓ ｓ ｓ ｒ ｔ ｎｔ ｇ ａ ｅ ｖ ｇｕ ｄ ｍｉｒ ｓ ｒｐ ｔ ａ ｉｉ ｎ；ｍ ｅ ａ ｅ
基片集成波导技术的研究共3篇
基片集成波导技术的研究共3篇基片集成波导技术的研究1随着科技的不断发展，无线通信和光通信成为人们生活中必不可少的一部分。
为了实现更高速、更安全、更稳定的通信，基片集成波导技术逐渐引起人们的关注。
本文将从基片集成波导技术的概念、特点、优势以及市场应用四个方面进行介绍。
一、基片集成波导技术的概念基片集成波导技术是利用半导体工艺技术将微波电路元器件制作在单片集成电路芯片制造过程中的一种技术。
也就是说，基片集成波导技术是把微波电路与基片电路有机的结合在一起，实现互联互通的技术。
二、基片集成波导技术的特点基片集成波导技术有以下三个特点：1. 集成度高：基片集成波导技术是通过将微波电路与单片集成电路进行结合，将微波元器件互联互通的功能与芯片电路进行有机的结合，从而实现电路的高度集成，大大简化了电路的结构，提高了系统的稳定性。
2. 小型化：由于基片集成波导技术体积小，微波电路在集成电路表面形成的结构也很小，可制成非常小型化的波导设备。
3. 精度高：基片集成波导技术采用的是微细加工技术，可以在芯片电路的表面上制造出微米级别的微波电路结构，精度高，噪声小，所以在高频传输上更加精准。
三、基片集成波导技术的优势基片集成波导技术具有以下优势：1. 技术成熟度高：基片集成波导技术是利用现有的半导体工艺技术进行制造，并且随着技术不断发展，技术成熟度也逐渐提高。
2. 互联互通性好：基片集成波导技术能够将微波电路与单片集成电路有机的结合在一起，常用于实现基于微波的无线通信和光通信的复杂系统互联互通。
由于网络的运行效率和稳定性强，所以基片集成波导技术被广泛应用于工业控制、通信系统和卫星通信等领域。
3. 成本低：由于基片集成波导技术采用的是微细加工技术，制造生产比较容易和快捷，因此成本低。
四、市场应用基片集成波导技术的市场应用包括无线通信、光通信、微波电子学、太阳能电池、卫星通信、雷达系统、无线电定位等领域。
总之，基片集成波导技术是一种非常重要的技术，可以满足人们对高速、高效、高精度无线通信和光通信的要求，同时也带来了很多商机和发展空间。
基片集成波导技术的研究
基片集成波导技术的研究一、本文概述随着现代通信技术的飞速发展，波导技术作为微波毫米波系统中的重要组成部分，其性能优劣直接关系到整个系统的传输效率和稳定性。
基片集成波导技术（SIW，Substrate Integrated Waveguide）作为一种新型的波导结构，近年来受到了广泛的关注和研究。
SIW技术结合了传统波导和微带线的优点，具有低损耗、高Q值、易于集成等优点，因此在微波毫米波集成电路、天线、滤波器等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在全面介绍基片集成波导技术的研究现状、基本原理、设计方法以及应用实例。
我们将回顾SIW技术的发展历程，分析其相比于传统波导和微带线的独特优势。
然后，我们将详细介绍SIW的基本理论和设计方法，包括SIW的传输特性等效电路模型、模式分析以及优化设计等方面。
接着，我们将通过一些具体的应用实例，展示SIW技术在微波毫米波系统中的实际应用效果。
我们还将讨论SIW技术的未来发展趋势和研究方向，以期为相关领域的研究者提供有益的参考和启示。
通过本文的阐述，我们期望读者能够对基片集成波导技术有一个全面而深入的了解，为该技术的进一步研究和应用提供坚实的理论基础和实践指导。
二、基片集成波导技术概述基片集成波导技术（SIW，Substrate Integrated Waveguide）是一种在微波和毫米波频段内实现波导传输的新型平面传输线技术。
该技术通过在介质基片上集成金属化通孔阵列来模拟传统矩形波导的行为，从而实现了波导传输的平面化、小型化和集成化。
SIW技术自21世纪初提出以来，在微波毫米波系统、集成电路、天线等领域中得到了广泛的应用和研究。
SIW技术的主要优势在于其兼具了传统矩形波导和微带线等平面传输线的优点。
与微带线相比，SIW具有更高的Q值、更低的辐射损耗和更高的功率容量；与传统矩形波导相比，SIW则具有平面化、小型化、易于集成和加工成本低等显著优势。
SIW的这些特点使得它在微波毫米波系统中具有广泛的应用前景，尤其是在高性能、高集成度的系统中表现出色。
基片集成波导的原理
基片集成波导的原理
基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，简称SIW）是一种在介质基片上实现传输电磁波的波导结构。
它利用微波电路和封装技术，使得传统的金属波导得以通过在介质基片上刻蚀几何结构来实现，从而实现微型化和集成化。
基片集成波导的原理如下：
1.介质基片：基片集成波导使用介质基片作为传输介质，通
常采用具有低介电损耗和高介电常数的材料，如陶瓷（LTCC）、石英、聚合物等。
介质基片具有规定的形状和厚度，用于形成波导的结构。
2.金属禁带：在介质基片上，通过在上方和下方各刻蚀一层
金属，形成金属禁带。
金属禁带用于限制电磁波能量在基片内的传播，从而形成波导效应。
3.模式传输：在基片上刻蚀特定的几何结构和尺寸，使得电
磁波在基片内以某种模式进行传输，例如TE模式（横电场模式）或TM模式（横磁场模式）等。
具体的结构形状和尺寸决定了不同模式的传输特性。
4.电磁波传输：通过在基片结构内的电磁波传输，波导效应
能够实现低损耗和低辐射的传输。
基片集成波导具有较高的带宽和较低的传输损耗，因此在微波和毫米波频段的应用中具有很大的潜力。
基片集成波导的优点包括尺寸小、成本低、集成度高、实现微
型化和集成化设计等。
这使得它在射频和微波电路、通信系统、雷达、天线等领域有广泛的应用。
基片集成波导
Filter
C波段椭圆函数滤波器 2005年，东南大学洪伟等人提出了一种采用LTCC的SIW的C波段四级 的椭圆函数滤波器。中心频率为4GHz，带宽150MHz，带内损耗0.6dB， 在3.29GHz、3.89GHz、4.11GHz、4.75GHz分别有四个传输零点。
CSSRs加载的基片集成波导滤波器
CSSRs刻蚀于印制板的顶层
CSSRs刻蚀于印制板的底层
等效电路模型
等效电路模型
fz 2
1
Ls(Cs C
Simulate frequency response corresponding to the basic cell of Fig.2 (thin line) and Fig.3 (thick line).
基片集成波导技术研究
张小川 导师：徐军
研究背景
各种导波结构可分为两大类，即平面结构和非平面结构。平面结构包括微带 线、共面波导、槽线等等。非平面结构包括矩形波导、同轴线、介质波导等等。
◇平面结构适合系统的混合集成，然而，这种结构也存在着自身的缺陷，由于 导体损耗、辐射损耗、介质损耗的存在，使得平面结构不利于工作在毫米波频 段，也无法构成高Q值的部件。
Substrate Integrated Waveguide Quasi-elliptic Filter based on split ring resonator
其中SIW腔体为双模工作，谐 振模式：TE102和TE201模，
f0=2c0r
r 2 s 2效长度
weqv
w d2 0.95b
d2 leqv l 0.95b
基片集成波导与微带线的转换设计
基片集成波导与微带线的转换设计随着通信技术的发展，无线通信系统越来越广泛地应用于日常生活和工业生产中。
在无线通信系统中，波导和微带线是常见的传输介质。
波导是一种用于传输电磁波的管道，其优点是低损耗、高传输效率和较大的带宽，但是波导的制作成本较高，体积较大，无法直接集成于集成电路中。
而微带线是一种用于传输微波信号的导行线，在集成电路中易于制作和集成，但是其损耗较大，带宽较小，因此在实际应用中需要将波导与微带线进行转换。
波导与微带线的转换设计是无线通信系统中的重要环节，其设计需要考虑到传输效率、损耗、带宽和制作成本等多方面因素。
本文将重点介绍基片集成波导与微带线的转换设计。
基片集成波导与微带线的转换设计是指将波导和微带线集成在同一电路板上，并设计出高效的波导与微带线之间的转换结构。
基片集成波导与微带线的转换设计既可以利用波导的优点，又可以利用微带线的优点，从而在无线通信系统中取得更好的性能。
基片集成波导与微带线的转换设计主要包括以下几个方面：波导与微带线之间的传输结构设计、波导与微带线之间的阻抗匹配设计、波导与微带线之间的传输效率和损耗分析、基片集成工艺等。
首先，波导与微带线之间的传输结构设计是基片集成波导与微带线的转换设计的重要部分。
传输结构的设计需要考虑到波导与微带线的特性，并设计出合适的结构来实现波导与微带线之间的信号传输。
目前常用的波导与微带线之间的传输结构有耦合槽、耦合窗、天线和耦合结构等，这些结构的设计需要考虑到波导与微带线的工作频率、阻抗匹配和传输效率等因素。
其次，波导与微带线之间的阻抗匹配设计是基片集成波导与微带线的转换设计的关键环节。
阻抗匹配设计需要将波导与微带线的阻抗进行匹配，从而实现波导与微带线之间的高效能量传输。
阻抗匹配设计需要考虑到波导与微带线的特性、工作频率、波导结构和微带线结构等因素。
第三，波导与微带线之间的传输效率和损耗分析是基片集成波导与微带线的转换设计的重要内容。
基片集成波导滤波器共32页文档
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
基片集成波导传输特性及阵列天线的理论与实验研究
基片集成波导传输特性及阵列天线的理论与实验研究一、本文概述SIW基本原理与传输特性分析：本文将对SIW的基本构造、工作原理进行详尽阐述，包括其矩形金属槽孔阵列与介质基片共同构成封闭传输通道的特点，以及由此带来的与传统金属波导相近的电磁场分布特性。
我们将通过精确的电磁场解析模型和数值仿真方法（如时域有限差分法、有限元法等），系统性地揭示SIW的传输特性，如截止频率、模式特性、色散关系、功率容量、插入损耗等关键参数，并对比分析其相对于传统金属波导及微带线结构的优势与局限。
SIW结构优化与特性调控：进一步，本文将探讨多种SIW结构优化策略与特性调控手段，如改变槽孔尺寸、间距、填充因子，引入弯曲、分支、过渡等复杂结构，以及利用高介电常数、低损耗材料等，以实现特定频段的匹配、拓宽带宽、抑制寄生模式、减小尺寸等目标。
相关优化方案将结合仿真验证与实验测量，确保理论设计与实际性能的一致性。
SIW阵列天线设计理论：在理论层面，我们将详细阐述基于SIW 技术的阵列天线设计原理，包括单元天线设计、馈电网络布局、辐射模式合成、阵列增益计算、方向图综合等关键技术。
特别关注SIW在实现高密度集成、简化馈电结构、控制互耦效应等方面的优势，以及如何利用SIW特有的传输特性来优化阵列性能。
SIW阵列天线实验研究：实验部分，本文将设计并制作若干款具有代表性的SIW阵列天线样机，涵盖线性、平面以及三维立体构型，覆盖不同的工作频段和应用场景。
通过网络分析仪、暗室测试系统等专业设备，对样机的反射系数（S11）、增益、轴比、方向图等关键性能指标进行实测，对比验证理论设计与仿真结果的准确性，并对可能存在的偏差进行深入分析与讨论。
应用前景与挑战探讨：本文将总结SIW技术在阵列天线领域的应用前景，探讨其在5G6G通信、雷达探测、卫星通信、无线能量传输等前沿领域的发展潜力，同时指出目前面临的技术挑战，如高二、基片集成波导的基本原理基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW）是一种在介质基片中刻蚀出波导结构的电磁波传输介质。
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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。
2
]
(2-1)
zz 2 (r r ') k0
3.对基片集成波导结构的数值分析
M n (k , k0 z , , z) ，Nn (k , k0 z , , z)是圆柱矢量本征函数，
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4 SIW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：
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。
连续的金属壁被分成很多段
j0W W s 0 ln 4 4R
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，在准静态情况下，当R=W/4时金属 圆柱形成的电壁其表面阻抗为0，跟实体电壁情况一样； 当R>W/4时金属圆柱形成电壁其表面阻抗为容性；当 R<W/4时金属圆柱形成的电壁其表面阻抗为感性。
About Guided Wave Structures
High Q-factor Low Insertion Loss High Power Handling Capacity High Performance Bulky, Heavy, Costly Not easy to be integrated with planar circuits
G FREE (r , r ') [
4
n
j
0
dk k
2 k0 z k
参见戴振铎的《电磁理论中 的并矢格林函数》
M n (k , k0 z , , z ) M n ( k , k0 z , ', z ') N n (k , k0 z , , z ) N n (k , k0 z , ', z ') k0 z k
1.基片集成波导结构的实现方法及其分类 基片集成波导 (Substrate Integrated Waveguide 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。
第15讲
基片集成波导
第 5讲
一
基片集成波导
基片集成波导的传播特性
二
基片集成波导的应用
w
金属面
金属通孔 介质基片
ε
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
A recently proposed guided wave structure
Be Easy Integrated High Density Layout Low Q-factor High Insertion Loss for high f Moderate Performance
Substrate Integrated Waveguide (SIW)
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(Boundary IntegralResonant Mode Expansion)—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。
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’
w w a' ctg ln 4a 4 R 2a
1
矩形波导壁 表面阻抗
s 0
SIW 壁表面 阻抗容性 s jx
SIW壁表面 阻抗感性s jx
矩 形 波 导壁 表面阻抗 s 0
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R<W/4, b图表示R>W/4)
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
ห้องสมุดไป่ตู้
1.基片集成波导结构的实现方法及其分类
图3 SIW与HMSIW的主模图
2.对基片集成波导与矩形波导等效的分析