第5讲基片集成波导

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一种新型基片集成波导带通滤波器的设计

一种新型基片集成波导带通滤波器的设计
倪国旗;倪围
【期刊名称】《电波科学学报》
【年(卷),期】2014(0)3
【摘要】基片集成波导是一种具有低差损、低辐射、高品质因数的新型平面导波结构.文中利用基片集成波导结构设计并制作了一种工作于X波段的带通滤波器,该滤波器易与其它微波平面电路集成.实测结果表明,该滤波器的中心频率是9.75 GHz,相对带宽是15.4％,通带内反射系数均小于-15 dB,插入损耗均优于1.5 dB,与仿真结果基本吻合,验证了设计方法的正确性.
【总页数】5页(P543-547)
【作者】倪国旗;倪围
【作者单位】空军空降兵学院,广西桂林541003
【正文语种】中文
【中图分类】TN713+.5
【相关文献】
1.一种新型X波段基片集成波导双模带通滤波器 [J], 秦培元;石小林;梁昌洪;吴边
2.一种新型基片集成波导合成器的设计 [J], 张国强
3.一种新型基片集成波导带通滤波器的设计与实现 [J], 陈飞;田爱君;袁学松
4.一种新型基片集成波导振荡器的仿真设计 [J], 杨飞;于洪喜;张睿奇
5.一种新型基片集成波导双模带通滤波器 [J], 张胜;王子华;肖建康;李英
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一种新型基片集成波导合成器的设计

收稿１期：００— ４—０３２１０６
如图１所示，Ｉ由上下两个金属导体层和中ＳＷ
作者简介：国强，１８张男，９３年生，助理工程师（硕士）研究方向为射频．Ｒ组件的设计。，ｒ／
第３期
张国强：种新型基片集成波导合成器的设计一
１引言
在现代相控阵雷达系统中，／ＴＲ组件作为核心部件而广泛采用。组件对元器件的基本要求就是小型化、易集成。传统的矩形波导具有结构简单，功率容量大的优点，带电路具有体积小、集成的特微易
点。但是，这两种器件的过渡往往需要设计复杂的波导一带转换结构来实现，就势必造成机械加微这工难度大，成本高等问题 … 。
第３９卷第３期（总第１３期）５
２１００年９月
火控雷达技术
ＦｉｅＣｏｍｌＲａａｃｎｌｇｒｎｆｄｒＴｅｈｏｏｙ
Ｖ１３ｏ３Ｓｒｓ１３ｏ．９Ｎ．（ｅｅ５）ｉ
Ｓｐ．２０１ｅ０
一
种新型基片集成波导合成器的设计
ｔｍｓｉ２ｄｎｔｄｎａｅｒｔＳｕｌｓｓ－ＢａｄｓｎｉｇｗｖｉＷＲ）ｉ１２．ｏ０ａａｏ（ｓ．５Ｋｙｏｄ：ａｂｎ；ｕｓａｅｉｅｒｔｄｗｖｇｉｅ（Ｉ；ｉｅｓｎｐｒｍｔｓｅｗｒｓＫ —ａｄｓｂｔｔｎｇａａｅｕｄＳＷ）ｄｓｒｏａａｅｒｒｔｅｐｉｅ

基于基片集成波导(SIW)的低副瓣阵列天线设计

（ｉｎＥｅｔｎｃＥｇｎｅｎｅａｃｓｔｔ，ｉｎ７０Ｏ）ＸｌｒｉｎｉｅｒｇＲｓｒＩｔｕＸ１１０ａｃｏｉｅｈｎｉｅａ
ＡｓａｔｕｓａｔｒｅａｅｕｄＳＷ）ｉｐｉａｇｅｔｔｎｉｎｄｅｏｉｗｉｓｒｏｓｎａｙａ — ｂｔｃ：Ｓｂｔｔｉｅａｄｗｖｇｉｒｒｅｎｇｔｅ（Ｉｓａｄｒａａｔｔｕｓｏｅｔｎｌｓｄｅｓｂｅｏｔｔｌｎｉｏａｌ
Ｋｅｗｏｄ：ｓｂｔａｅｉｔｇａｅａｅｕｄＳＷ）ｙｒｓｕｓｔｎｅｒｔｄｗｖｇｉｅ（Ｉ；ｍｕｔｂａａｔｎａｌｔｒａｎｅｎｒｌ — ｅｍｎｅｎ；ｓｒｙａｔｎａｉｏａ
１引言
基片集成波导（Ｉ技术是近几年提出的一ＳＷ）
ｒｃｔｏｉａｉｎ．ＡＫｕ— ａｄｌｗｉｅｏｅａｒｙａｔｎｎｔ０一ｌｍｅｈｎｅｄｉｅｉｎｄｂａｅｎＳＷｅｈｉｕ．ｂｎｏｓｄｌｂｒａｎｅａｗｉ２ｅｅｎｔｓｕｔｆｅｓｄｓｇｅｓｄｏＩｔｃｎｑｅｈ
宽内，ＶＷＲ＜１５，以实现一２ｄ以下副瓣电平及高于１．ｄ其Ｓ．可７Ｂ８７Ｂ的增益。此天线应用了改进
的维尔瓦迪辐射单元，效抑制了单元间的互耦，功分器经过仔细设计达到了良好的带内功分比有其
例一致性。关键词：片集成波导；基多波束天线；隙阵列天线缝中图分类号：Ｎ２．Ｔ８１８文献标志码：Ａ文章编号：０８８５（０１Ｏ－９－４１０ —６２２ｌ）１０１０

K波段基片集成波导带通滤波器的设计

K波段基片集成波导带通滤波器的设计
李尚生;陈佳林;于晶;杜磊;陈如山
【期刊名称】《海军航空工程学院学报》
【年(卷),期】2010(025)003
【摘要】基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)是一种低插损、低辐射、高品质因素的导波结构.文章利用基片集成波导技术设计了一种K波段带通滤波器,其中心频率为19.4 GHz,相对带宽为7.48%,插损小于1 dB,该滤波器具有体积小、重量轻、易于加工和集成等优点.
【总页数】3页(P289-291)
【作者】李尚生;陈佳林;于晶;杜磊;陈如山
【作者单位】海军航空工程学院,电子信息工程系,山东,烟台,264001;海军航空工程学院,电子信息工程系,山东,烟台,264001;海军航空工程学院,电子信息工程系,山东,烟台,264001;南京理工大学,通信工程系,南京210094;南京理工大学,通信工程系,南京210094
【正文语种】中文
【中图分类】TN713
【相关文献】
1.一种新型X波段基片集成波导双模带通滤波器 [J], 秦培元;石小林;梁昌洪;吴边
2.Ku 波段基片集成波导带通滤波器的设计 [J], 张静;尹治平;杨军
3.X波段基片集成波导带通滤波器的设计 [J], 赵毅;王玲
4.Ka波段基片集成波导窄带带通滤波器设计 [J], 葛俊祥;李浩;杨现志;汪洁
5.Ka波段基片集成波导带通滤波器的设计 [J], 衣晓洋;王朗
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多传输零点基片集成波导双通带滤波器

图 1 双通带滤波器结构 Fig. 1 Structures of the dual-band ﬁlter
1.1
耦合矩阵
双通带滤波器的指标如下: 滤波器 1 的中心频率为 12.98 GHz, 在 11.98 和 13.60 GHz 处, 抑制度大于 30 dB; 滤波器 2 的中心频率为 15.44 GHz, 在 14.85 和 15.82 GHz 处, 抑制度大于 30 dB; 两通带带宽分别为 220 和 120 MHz, 回波损耗均为 20 dB. 采用文献 [11] 中的方法可以确定 2 个滤波器的传输零点的位置分别为 11.84, 13.75 和 14.42, 16.10 GHz, 其阶数 N 均为 2. 由于引入了源与负载之间的耦合, 采用广义切比雪夫滤波器综合可求得 2 个滤波器的“N +2”
Substrate Integrated Waveguide Dual-Band Filter with Multi-transmission Zeros
CHENG Xiao-qi, LI Guo-hui, JIAN Hao, PENG Tai-wei
(Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, Shanghai University, Shanghai 200072, China)
第3期
程孝奇, 等: 多传输零点基片集成波导双通带滤波器
331
近年来, 国内外学者对双通带滤波器的设计方法展开了一系列研究, 主要可以概括为串并联法、寄生通带法、传输零点法和频率变换法. 在实现形式上, 已有的研究更多的是采用微带以及同轴腔体, 但因微带滤波器的品质因数不高, 插损相对偏大[1-2] . 文献 [3] 中的两种双通带同轴腔体滤波器插损较小, 但整体尺寸偏大, 难于集成. 基片集成波导(substrate integrated waveguide, SIW)是一种新型波导结构[4] , 由介质基板、上下金属面、金属化通孔组成, 具有低插损、高 Q 值、易于集成的优点, 其在多通带领域的应用已引起了众多学者的关注. 文献 [5] 研究了基于频率变换法的 K 波段 SIW 多通带滤波器, 但该方法仅局限于设计对称的双通带滤波器[6] . 文献 [7] 采用并联的 SIW 结构, 实现了对双通带滤波器的中心频率和带宽的灵活设计, 但滤波器带外抑制度较低, 尺寸稍大. 文献 [8] 通过在 SIW 上刻蚀互补开环谐振器(complementary split ring resonators, CSRR), 有效地压缩了滤波器的体积, 但滤波器的衰减不陡峭, 且由于结构复杂, 增加了设计的周期和成本. 本研究基于矩形 SIW 谐振腔结构, 采用 2 个滤波器共用输入输出耦合结构[9] 的设计方法实现双通带, 2 个滤波器的阶数和带宽均可以单独设计, 简化了设计的复杂度, 并且在源与负载之间引入蛇形槽结构以实现电耦合, 从而产生多个有限频率传输零点, 进一步改善了滤波器的带外抑制特性. 另外, 本研究设计的滤波器还采用折叠布局, 有效地压缩了尺寸, 能够适应工程需要.

基于基片集成波导（SIW）的多层转换器的设计与仿真

基于基片集成波导（SIW）的多层转换器的设计与仿真基于基片集成波导（SIW）的多层转换器的设计与仿真0 引言基片集成波导(SIW)是一种立体的周期性结构，它可利用PCB、LTCC等集成工艺获得，并可通过金属通孔或者空气过孔限制向外辐射的电磁波，从而代替传统矩形金属波导或非辐射介质波导(NRD)的集成类波导结构。

和传统的矩形金属波导相比，SIW同样有着良好的传播特性，诸如品质因数高、易于设计加工等，同时较传统波导更为紧凑，具有体积小、重量轻等优点，而且这种结构易于集成，因而可大大减小原有微波毫米波波导器件以及建立在波导基础上的其它微波无源器件的尺寸、重量和价格。

基片集成波导技术可提供一种高品质的微波毫米波电路集成新技术，目前，它已逐渐为微波界所认识，并受到国际学术界与工业界的重视。

然而，该技术一个重要的问题就是它与其它形式的传输线之间的过渡问题(转换)。

微波有源器件大都是表面封装或芯片形式，在安装时需要共面电路结构(如共面波导、微带线等)。

因此，SIW与共面传输线的过渡问题是这项技术的一个重要前提，其最重要的指标是带宽及回波损耗。

1 SIW的基本原理矩形波导与微带线的转换在毫米波频段是较常用的一种。

对其转换的基本要求是传输损耗和回波损耗要低，而且应有足够的频带宽度;装配容易，同时具有良好的重复性和一致性。

另外，它还可与电路协调设计，十分便于加工制作。

SIW侧壁由周期排列的金属通孔构成，等效于在矩形波导的窄壁横向开槽，以使SIW只能传输TEno模。

实验证明，SIW的传输特性和矩形波导类似，因此，SIW可以转化为等效矩形波导，并运用矩形波导的理论加以设计，从而提高设计效率。

SIW的宽度W与等效矩形波导宽度W的等效关系如下：式中，d为金属通孔直径，s为相邻通孔中心间距，W为SIW宽度。

2 微带-探针-SIW异面转换结构采用异面结构，可设定下层基板为SIW，上层基板为普通PCB，并在上层基板上蚀刻微带线。

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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)
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。
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.对基片集成波导与矩形波导等效的分析
SIW的等效宽度a’
a
'
2a
ctg 1
w
4a
ln
w 4R
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)
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
连续的金属壁被分成很多段
s0
j0W
4
ln
W 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。
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。
第15讲基片集成波导
第15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
w
金属面
介质基片 ε
图1 基片集成波导结构图
金属通孔
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
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。
并矢格林函数可方便的在谱域用以下公式描述：
GFREE (r, r ')
j
4
n
0
dk k
参见戴振铎的《电磁理论中的并矢格林函数》
[
M
n
(k
,
k0z,源自,z)Mn (k k0z k2
,
mk0
z
,
',
z
')
Nn
(k
,
k0z
,
,
z)Nn (k k0z k2
,
mk0 z
,
',
z
') ]
(2-1)
z z (r r ')
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
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
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
其中
k0
n
(k
,
,
)
Jn (k )e jn
H
2 n
(k
k02
3.对基片集成波导结构的数值分析
M n (k , k0z , , z) ，Nn (k , k0z , , z)是圆柱矢量本征函数，
定义如下： M n (k , k0z , , z) (n (k , ,)e jk0zz z) Nn (k , k0z , , z) (n (k , ,)e jk0zz z) / k (2-2)