基片集成波導(dǎo)技術(shù)的研究

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1、分類號(hào)墜型!密級(jí)坌五UDC——學(xué)號(hào)蝗2塑2東南大學(xué)博十學(xué)位論文y1040"／31基片集成波導(dǎo)技術(shù)的研究博士生：郝張成導(dǎo)師：洪偉教授專業(yè)：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)東南大學(xué)毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國·南京二零零五年十月摘要基片集成波導(dǎo)技術(shù)的研究博士生：郝張成導(dǎo)師：洪偉教授(東南大學(xué)無線電工程系毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)要隨著現(xiàn)代微波毫米波電路系統(tǒng)的高速發(fā)展，其功能越來越復(fù)雜、電性能指標(biāo)越來越高，同時(shí)其體積越來越小、重量越來越輕；整個(gè)系統(tǒng)迅速向小型化、輕量化、高可靠性、多功能性和低成本方向發(fā)展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技術(shù)對(duì)于開發(fā)商業(yè)

2、化的低成本微波毫米波寬帶系統(tǒng)非常關(guān)鍵。因此，迫切需要發(fā)展新的微波毫米波集成技術(shù)?；刹▽?dǎo)(SubstrateIntegratedWaveguide，SIW)技術(shù)是近幾年提出的一種可以集成于介質(zhì)基片中的具有低插損、低輻射、高功率容量等特性的新的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，它可以有效地實(shí)現(xiàn)無源和有源集成，使微波毫米波系統(tǒng)小型化，甚至可把整個(gè)微波毫米波系統(tǒng)制作在一個(gè)封裝內(nèi)；而且它的傳播特性與矩形金屬波導(dǎo)類似，所以由其構(gòu)成的微波毫米波甚至亞毫米波部件及子系統(tǒng)具有高O值、高功率容黿，易與其它平面電路和芯片集成等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于整個(gè)結(jié)構(gòu)完全為介質(zhì)基片j二

3、的金屬化通孔陣列所構(gòu)成，所以這種結(jié)構(gòu)可以利用普通PCB工藝、LTCC工藝、甚至薄膜電路工藝精確實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)的波導(dǎo)形式微波毫米波器件的加工成本相比，基片集成波導(dǎo)微波毫米波器件的加工成本十分低廉，不需任何事后調(diào)試工作，非常適合微波毫米波電路的集成設(shè)計(jì)和大批量制作?；刹▽?dǎo)技術(shù)目前處于剛剛興起的階段，因此有許多理論問題需要研究，有很多應(yīng)用領(lǐng)域亟待開拓。本文對(duì)如何利用基片集成波導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高性能基片集成波導(dǎo)器件以及基片集成波導(dǎo)集成子系統(tǒng)開展研究。為了解決基片集成波導(dǎo)的測(cè)試問題和基片集成波導(dǎo)與微帶電路的無隙集成問題，本文在第一章對(duì)多種

4、基片集成波導(dǎo)一微帶電路轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)力法進(jìn)行了研究，探討了測(cè)試和計(jì)算基片集成波導(dǎo)器件插損的方法，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和全波仿真結(jié)果的良好吻合驗(yàn){丑了方法的正確性和有效性。本文的第二章和第三章基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了多種新穎的集成高性能濾波和雙工器件：基片集成波導(dǎo)感性通孔濾波器、摹片集成波導(dǎo)感性窗濾波器、基片集成波導(dǎo)E面感性帶濾波器、基片集成波導(dǎo)L型雙工器、基片集成波導(dǎo)T型雙工器、多層基片集成波導(dǎo)橢圓濾波器、單層基片集成波導(dǎo)傳輸零點(diǎn)濾波器、具有傳輸零點(diǎn)的雙模基片集成波導(dǎo)濾波器、基片集成波導(dǎo)一有損地面超寬帶濾波器、基片集成波導(dǎo)一電

5、子帶隙結(jié)構(gòu)超寬帶濾波器、基片集成波導(dǎo)一共面波導(dǎo)超寬帶濾波器等。本文在微波頻段(4GHz-18GHz)和毫米波頻段(26．5GHz-40GHz)對(duì)這些濾波器件進(jìn)行了設(shè)計(jì)并給出了測(cè)試結(jié)果。這些結(jié)果表明這些濾波器件具有良好的濾波特性，并具有高品質(zhì)因數(shù)、大功率容量、易丁加工、成本低和容易集成等優(yōu)點(diǎn)。其中，基片集成波導(dǎo)一共面波導(dǎo)超寬帶濾波器、多層基片集成波導(dǎo)橢圓濾波器等多種濾波器和雙1器為首次提出并實(shí)現(xiàn)。成果己在本領(lǐng)域國際最高刊物IEEETransonMTT，IEEEWirelessComponentsandGuidedWaveLett

6、ers，lEEProc．-H等上發(fā)表，并已坡他人引用。在第四章中，利片{基片集成波導(dǎo)技術(shù)對(duì)功率分配器進(jìn)行jr研究；提出和設(shè)計(jì)了可以用于毫米波的基片集成波導(dǎo)強(qiáng)耦合器和弱耦合器的定向耦合器結(jié)構(gòu)；提出了正反線性漸變槽天線的基片集摘要成波導(dǎo)饋電系統(tǒng)，將正反線性漸變槽天線和基片集成波導(dǎo)饋電系統(tǒng)無隙地集成在一起；提出了基片集成波導(dǎo)饋電的介質(zhì)諧振天線的設(shè)計(jì)。本章在x波段、Ku波段和26．0GHz的毫米波頻段對(duì)以上器件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，給出了測(cè)試結(jié)果，這些結(jié)果表明了所提出的基片集成波導(dǎo)功率分配器件的優(yōu)越性。本文在第五章對(duì)多種基片集成波導(dǎo)天線進(jìn)行

7、了研究。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的863項(xiàng)目B3G系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基片集成波導(dǎo)定向天線和基片集成波導(dǎo)全向天線；高頻微波電路常使用較薄的介質(zhì)基片，在這種介質(zhì)基片上難以實(shí)現(xiàn)高增益和寬頻帶的平面天線，為了克服這一難點(diǎn)，本章提出和設(shè)計(jì)了平衡饋電基片集成波導(dǎo)天線，并對(duì)之進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；本章還首次提出了基片集成波導(dǎo)濾波天線的概念，并對(duì)之進(jìn)行了研究。本文的最后一章對(duì)基片集成波導(dǎo)集成子系統(tǒng)進(jìn)行了研究。采用基片集成波導(dǎo)技術(shù)將基片集成波導(dǎo)天線、基片集成波導(dǎo)饋電系統(tǒng)、基片集成波導(dǎo)雙工器和基片集成波導(dǎo)鏡像抑制濾波器等元部件一體化設(shè)計(jì)并集成在同一塊介質(zhì)基片上，形成了x

8、波段無線微波鏈接系統(tǒng)(RadioLink)的子集成系統(tǒng)并給出了仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)鍵詞：基片集成波導(dǎo)，微波濾波器，微波雙工器，電子帶隙結(jié)構(gòu)，有損地面結(jié)構(gòu)，共面波導(dǎo)，天線，功率分配器，定向耦合器，集成子系統(tǒng)，微波毫米波集成電路l】^bstTactINVESTIGATIONSoNT