基于基片集成波导加载开口环的介电测量传感器

基于微扰理论,提出了一种在基片集成波导(SIW)结构上加载椭圆形开口环的小型化介电常数测量传感器。在传感器表面刻蚀椭圆开口环,增加电流路径的同时,降低工作频率,实现器件的小型化。在中心区域挖有通孔,当放入具有不同介电常数的待测物体时,传感器的S参数会发生改变。通过仿真软件对传感器进行分析,介电常数实部从1至10变化,频率的相对偏移达到32.4%。测量结果表明:传感器对介电常数的测量误差小于3%,具有很好的测量效果。

X波段MEMS硅腔折叠基片集成波导环行器芯片

通信系统向小型化、高性能、集成化的快速发展对射频组件的体积和电性能提出了苛刻的要求。设计了一种X波段硅腔折叠基片集成波导(FSIW)环行器芯片。当基片集成波导(SIW)工作于主模时,将中央的对称面等效为虚拟磁壁,沿着窄边对电磁场进行多次折叠,形成FSIW。以该技术作为设计思路,提高空间利用率,实现了FSIW整体结构的小型化。将FSIW的优势融入环行器中心结设计,使设计的环行器芯片具有高功率容量、低插入损耗、体积小、质量轻的优点。基于微电子机械系统(MEMS)工艺,以高阻硅为衬底材料,制备了该硅腔FSIW环行器芯片,芯片整体尺寸为6.5 mm×6 mm×2.5 mm,工作频率为8.5~11.5 GHz,回波损耗>18.5 dB,带内插入损耗<0.4 dB,隔离度>20 dB。

基于横向耦合和正交耦合的基片集成波导超宽阻带滤波功分器

基片集成波导滤波功分器在通信系统中的应用逐渐广泛。与传统波导谐振器相同,基片集成波导谐振器含有多个传输模式,导致基片集成波导滤波器的宽阻带特性很难实现。本文设计了一种由电激励实现的超宽阻带基片集成波导滤波功分器。具体地,提出了一种基于电磁交替耦合拓扑的四阶基片集成波导滤波功分器,具有电输入和电输出端口。横向耦合通过谐振腔侧边开窗实现磁耦合,纵向耦合通过在相邻两腔之间的耦合窗口中蚀刻S槽线实现电耦合。通过正交传输路径可以抑制多个高阶模式,仿真和测量结果表明,阻带带宽分别大于9f 0和3.1f 0范围,该中心频率为35.5 GHz的滤波功分器的带外抑制效果优于-20 dB。上述方法经实物验证,试验结果与仿真结果吻合。

小型化八边形基片集成波导背腔缝隙天线

提出一款新颖的W波段八边形基片集成波导(SIW)背腔缝隙天线。相较传统的缝隙天线,具有体积小、易加工、Q值高、成本低等优点,且易于成阵。通过调节天线背腔缝隙的长度、宽度,以及SIW腔体的尺寸优化天线的辐射特性,通过电磁仿真软件HFSS对模型进行仿真优化,确定了天线的最优结构。仿真实验结果表明,所设计的天线相对带宽约4.5%,方向性优良,中心频率点谐振深度<-31 dB,天线最大增益达到5 dBi,满足设计要求,验证了设计的正确性。所设计的SIW背腔缝隙天线拓宽了数字通信的可用频谱,是一种新的尝试,可为以后的研究提供新的参考思路。

基于慢波半模基片集成波导的等长等宽小型化移相器

针对基片集成波导移相器小型化、高性能的需求,本文提出了基于慢波半模基片集成波导(Slow-Wave Half-Mode Substrate Integrated Waveguide,SW-HMSIW)的等长等宽小型化移相器.该SW-HMSIW上层金属表面由微带折线单元周期性加载构成,提高了SW-HMSIW的等效介电常数和磁导率,从而降低了SW-HMSIW的截止频率和相速度,实现了慢波效应并获得尺寸的减小.此外,可以通过调节微带折线单元横向和纵向的尺寸,灵活调节SW-HMSIW的相速度和截止频率.基于这一原则,本文设计实现了SW-HMSIW等长等宽小型化移相器,同时它具有较宽的工作带宽.测试结果表明,所设计的移相器在8.7~14.2 GHz内实现了90°±4°的相移量,相对带宽为48%,回波损耗优于12 dB,具有良好的传输性能和移相效果,并且具有小型化和等长等宽结构特点,适用于在大规模阵列天线的应用.

W波段片上基片集成波导高选择性滤波器研究

本文研究了通过引入负耦合结构为复平面虚轴增加一对零点以改善传统四阶滤波器的选择特性,通过设计刻蚀不同的耦合槽来比较不同耦合结构对滤波器幅频带外抑制度的改善效果。文章在先前已有的普通片上SIW四阶94GHz滤波器的基础上,为使其拓扑结构产生异相耦合,进一步地分别在两个非相邻耦合腔之间刻蚀了一种“H”形和一种为“弓”字形的两种不同槽结构,为原来均为磁耦合的拓扑添加一对电耦合。最后仿真结果成功地验证了所提出的方法,在保持其94GHz工作频率的同时实现了传输零点的产生,进而增加了滤波器的选择性。

基于慢波半模基片集成波导的紧凑型平衡滤波器设计

本文基于慢波半模基片集成波导(Slow-Wave Half-Mode Substrate Integrated Waveguide,SW-HMSIW)结构,设计了一款紧凑型平衡滤波器.该滤波器由金属盲孔阵列加载的SW-HMSIW多模谐振腔、两对间距0.5λ_(g)的差分馈电线(λ_(g)为滤波器中心频率处的波长)组成.该平衡滤波器由于利用了HMSIW多模谐振腔的不同模式,TE_(102)^(SW)和TE_(106)^(SW)两个模式工作在共模(Common Mode,CM)状态,而TE_(103)^(SW),TE_(104)^(SW),TE_(105)^(SW)这3个模式工作在差模(Differential Mode,DM)状态;因此该滤波器相较于已发表文献中的SIW平衡滤波器,具有更宽的工作带宽.进一步,慢波结构的引入实现了对HMSIW多模谐振腔不同模式谐振频率的调控,明显降低了谐振腔的纵向及横向尺寸,实现了滤波器的紧凑化设计.本文提出的滤波器,其总尺寸为1.86λ_(g)×0.34λ_(g),-3 dB DM工作相对带宽可达32%,-20 dB CM抑制相对带宽可达23%.与同类HMSIW平衡滤波器相比,本文提出的SW-HMSIW平衡滤波器的电路面积减小了约42%.

基于空气基片集成波导谐振器的低相位噪声振荡器

本文提出了一种基于空气填充的基片集成波导(AFSIW)滤波并联反馈结构的X频段低相位噪声振荡器。在振荡器设计中,AFSIW滤波并联反馈结构同时充当频率选择元件、功率分配器和匹配网络的作用。它具有低插入损耗、高品质因数、高电路集成度和良好的匹配性能。为了进一步验证,设计、制作和测试了一个带有屏蔽馈电方案的模型。测试结果表明,所提出的并联反馈振荡器在10 GHz频率下工作,在1 MHz频偏处的相位噪声性能为-142.6 dBc/Hz。

基于基片集成波导的宽带多模背腔缝隙天线

目的:设计一种背腔特殊十字形缝隙的四谐振基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)宽带天线。方法:基于经典微带线和波导技术,通过在天线的背腔刻蚀特殊的十字形缝隙,并加载一组短路通孔和一个额外通孔改变腔体结构,使天线腔体在工作频段上激发四种不同的电场谐振模式,实现四谐振背腔缝隙天线(cavity backed slot antenna,CBS)。结果:天线工作在X波段内激发的四种电场模式,分别为半TE 110模式、混合奇TE 120模式和偶TE 120模式,天线的相对带宽为20.5%(8.81~10.82 GHz),最高增益为7.28 dBi,辐射效率大于79%。结论:该基片集成波导天线具有宽带宽、高精度、体积小、重量轻、损耗低、高Q值、集成度高等特点,能适用于无线宽带通信。

基于基片集成波导双模腔体的正交极化双工滤波天线

利用基片集成波导设计了一款正交极化双工滤波天线,其由两级谐振腔构成,第一级双模腔体实现双工和第一级滤波的作用,第二级开细缝的单模腔体实现天线辐射和第二级滤波的作用。通过收发缝隙天线的正交放置,实现它们之间的正交极化关系。仿真结果表明,高频和低频两个通带内均有明显的谐振点,且在阻带范围内反射系数均接近0 dB,其中:低频通带-10 dB的带宽范围为3.77~3.83 GHz,分数带宽约为1.6%;高频通带-10 dB的带宽范围为4.46~4.54 GHz,分数带宽为1.8%。两个端口之间的隔离度在低频通带内超过26 dB,在高频通带内超过20 dB。两个通带的增益曲线都具有很好的频率选择和带外抑制特性。天线在两个中心频率处均具有很好的边射特性及较低的交叉极化水平。

集成宽带折叠半模基片集成波导带通滤波器

本文提出并设计了一种新型的折叠半模基片集成波导(Folded Half-Mode Substrate Integrated Waveguide:FHMSIW)宽带带通滤波器,并给出了FHMSIW上层金属层槽缝式和中间金属层槽缝式宽带滤波器的仿真和测试结果.相对于半模基片集成波导(Half-Mode Substrate Integrated Waveguide:HMSIW)槽缝式滤波器,由双层PCB制作的FHMSIW槽缝式滤波器的尺寸减小了约一半.同时测试结果和仿真结果表明该宽带滤波器具有损耗小、带外抑制好等特性.

半模基片集成波导(HMSIW)三分贝功率分配器

基片集成波导(SIW)具有损耗低、性能好、易于集成等优点,作为一种新型的导波技术已经被广泛地用于微波与毫米波电路。但是对于微波低频段,基片集成波导器件的尺寸偏大。最近,一种新的导波结构——半模基片集成波导(HMSIW)被提出。与基片集成波导相比,半模基片集成波导保留了基片集成波导的优点,同时在尺寸上缩小近一半,损耗也更低。本文提出了两种结合半模基片集成波导与基片集成波导技术的三分贝功率分配器,仿真结果与实验结果一致。

基于柔性基片集成波导技术的Ka波段功率放大器的设计和制作

设计、制作并测试了一个Ka波段八路合成宽带功率放大器.测试结果表明在26.5GHz上最大输出功率约为4.2W(连续波),在26.4GHz上最大合成效率约为72.5%,在25.1～28.4GHz范围内合成效率大于60%.这种功率放大器的基本组成单元是一对含对称尖劈过渡结构的柔性基片集成波导(FSIW).将一组该单元上的对称尖劈沿波导窄壁分别插入相应的输入和输出矩形金属波导,就可在波导内实现宽带、高效率的功率分配和功率合成.结果表明这项技术可方便地用于宽带毫米波固态功率放大器设计.

半模基片集成波导窄壁缝隙耦合定向耦合器

半模基片集成波导(HMSIW)是最近刚刚提出的一种微波毫米波平面集成导波结构,具有品质因数高,损耗小,结构紧凑和高集成度等优点。本文基于HMSIW技术和标准印刷电路板(PCB)工艺设计并研制了6 dB、10 dB、15 dB和20 dB四种窄壁缝隙耦合定向耦合器。所设计的定向耦合器在保留与基片集成波导(SIW)定向耦合器性能相同的基础上,将体积减小了近一半。测试结果与Ansoft HFSS商用软件仿真结果基本一致,验证了所设计的定向耦合器具有小型化和性能良好等优点。

新型半模基片集成波导镜像转接段的研究

本文提出了半模基片集成波导的镜像转接段设计,并对其功率分配方面的应用展开了研究.首先分析了半模基片集成波导应用于功分器设计的局限性,然后提出了通过镜像转接方式来实现具有双侧开口面的新型半模基片集成波导镜像转接段.通过仿真分析和实验测试验证了半模基片集成波导镜像转接段结构及其设计方法的可行性.最后设计了基于镜像转接段且具有对称结构的半模基片集成波导三路功分器.该功分器的仿真结果与实验数据表明,采用镜像连接段的半模基片集成波导器件具有良好的传输性能,有助于拓宽半模基片集成波导在功率分配网络设计方面的应用.

基于半模基片集成波导的高速数据传输系统

提出了基于半模基片集成波导(HMSIW)互连的高速数据传输系统,并实现了单通道7.5Gbps的高速数字信号传输。对传统SIW互连传输系统进行了改进,设计加工了新型HMSIW波导互连,替换传统SIW波导互连,使得信道传输带宽和系统传输速率显著提高。在相同主模截止频率条件下,HMSIW的工作带宽为SIW的两倍,而其宽度尺寸仅为SIW的一半。仿真与实测结果显示论文提出的HMSIW互连传输系统与文献提出的传统SIW互连传输系统相比,前者的最高传输速率是后者的1.5倍。

一种小型化基片集成波导滤波器的设计与实现

提出并设计了一种双重折叠四分之一模基片集成波导(double folded quarter mode substrate integrated waveguide,DFQMSIW)滤波器,滤波器通过在中间金属层开槽实现腔体间的耦合。相比于四分之一模基片集成波导滤波器,DFQMSIW滤波器的平面面积减小了约四分之三。理论、仿真和测试结果表明,该滤波器具有损耗小、易集成等优点,在设计小型化微波滤波器方面具有一定的参考价值。

双/三模基片集成波导和共面波导混合结构滤波器设计

针对微波带通滤波器小型化、高性能的应用需求,提出使用双/三模方形基片集成波导和共面波导混合结构设计带通滤波器.通过改变双模基片集成波导中TE_(102)和TE_(201)的谐振频率和外部耦合的强弱,可实现具有近似椭圆、非对称和无传输零点响应的双模滤波器;两个相同尺寸的共面波导作为谐振器蚀刻在基片集成波导表面,与TE_(102)和TE_(201)共同形成一个通带,设计具有多样性响应的四阶滤波器.在具有非对称响应四阶滤波器的基础上,使主模TE_(101)频率移动到该通带附近,设计更宽带宽的五阶滤波器.并对设计的滤波器进行加工和测试.测试结果与仿真结果吻合,表明了该混合结构设计高性能滤波器方法的可行性.

平衡馈电基片集成波导缝隙阵列全向天线

基于基片集成波导技术与标准印刷电路板工艺,设计并实现了缝隙阵列全向天线。为展宽带宽,天线由两个相同子阵组成。采用带状线T型功分器和共面波导转接,实现天线的平衡馈电结构。测试结果与全波仿真结果表明,对称平衡馈电基片集成波导缝隙阵列全向天线具有良好的全向性,较高的增益,相对较宽的带宽和紧凑的结构。

双层基片集成波导双通带滤波器设计

根据频率变换法的双通带滤波器综合理论,采用矩形基片集成波导谐振腔作为基本谐振单元,通过谐振器之间直接耦合设计了一种双层结构的双通带基片集成波导滤波器,利用Ansoft HFSS建立滤波器模型并进行全波仿真。仿真结果表明,两个通带内回波损耗均大于20 dB,插入损耗小于0.5 dB,通带之间的阻带衰减特性良好,同时其尺寸压缩了约50%,较好地实现了滤波器的小型化,满足了工程需要的技术指标。