X波段Si基片集成脊波导MEMS环行器

基于波导传输理论设计并制备了一款Si基片集成脊波导(RSIW)微电子机械系统(MEMS)环行器,该环形器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。通过在基片集成波导(SIW)结构中添加脊梁结构,形成RSIW传输结构,使传输主模TE10模的截止频率比矩形波导TE10模的低,从而实现相同频率下更小的器件尺寸。同时,通过电磁仿真软件对射频匹配和磁场分布进行了精确的建模仿真,完成了Si基片集成脊波导MEMS环行器的仿真设计。制备了尺寸为6 mm×6 mm的环行器样品并进行了测试,结果验证了仿真设计的准确性,其工作频率为8~12 GHz,回波损耗大于20 dB,隔离度大于18 dB,插入损耗小于0.5 dB。实现优良微波特性的同时,相比于常规的SIW结构环行器尺寸缩小了20%左右。

基片集成脊波导传输特性的研究

将构成基片集成脊波导脊的一排金属针等效成实金属脊。基于基片集成波导等效宽度计算公式推导了基片集成脊波导等效脊宽的计算公式。运用横向谐振法推导了TEm0模基片集成脊波导截止频率的计算公式,同时运用这些公式分别计算了TE10模、TE20模和TE30模基片集成脊波导的截止频率,并与仿真软件计算的结果和参考文献所给结果进行了比较。结果显示:利用所给公式计算的结果具有较高的精度,且使用方便。此外,还研究了截止频率与脊宽和脊隙之间的关系,对一种适合宽带应用的宽脊结构进行了讨论。

基片集成脊波导毫米波板间垂直互联结构研究

在毫米波系统级封装(System-On-Package,SOP)中,需要一种宽带、小型化、易集成的板间垂直互联电路,以实现不同功能层之间毫米波信号的可靠互联。不同于常规基片集成波导(SIW),提出一种基于Z向基片集成脊波导(Substrate-Integrated-Riged-Waveguide,SIRW)的毫米波板间垂直互联结构。该结构体积小、易集成,可与多层基板加工工艺兼容、一体化同步实现。最后利用低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)加工工艺,制作了背靠背互联实物,电路接口尺寸2.2 mm×1.3 mm,经测试在28~36 GHz频带内实现单个互联插损小于0.45dB,带内平坦度优于±0.5 dB,回波损耗优于-12 dB。

一种新型基片集成脊波导结构的设计

为了解决基片集成波导带宽窄的局限性,设计了一种新型的基片集成脊波导(ridge substrate integrated waveguide,RSIW)结构。该结构在传统的基片集成脊波导基础上采用了不同介电常数的两层介质板,同时在其两侧还设置了两排周期性排列的空气孔。仿真结果表明:所设计结构的单模工作带宽达到10.88GHz,相对带宽B达到了4.42,相比其他结构的单模工作带宽和相对带宽分别提高了57%和18.8%;该结构在整个通带范围内表现出了良好的传输特性,能够覆盖整个超宽带范围的应用。该设计为解决基片集成波导带宽窄的局限性以及实现紧凑型宽带互连提供了参考。

基于基片集成脊波导的缝隙阵列天线的仿真与实验研究

为了降低缝隙天线阵列的重量和体积,提出了基于介质集成脊波导的缝隙阵列天线。专门设计了一种渐变微带线与介质集成脊波导的过渡结构,使得天线可以使用SMA接头进行馈电。在CST Microwave Studio软件中建立了工作于C波段的介质集成脊波导4缝天线阵列模型并进行了仿真分析,并使用仿真数据建立了天线的等效磁流阵列模型,很好地解释了天线的辐射特性。仿真与实验结果表明,4缝天线具有10.8%的阻抗带宽（4.4~4.9 GHz）,带内增益为8.5 d Bi。天线为印刷型结构,具有剖面低、重量轻、易于集成、带宽较宽及增益较高的特点,可以广泛应用在相应频段的通信设备中。

一种基于基片集成脊波导的介电常数测量研究

随着可持续发展观点的深入,水的可持续利用和废水资源化已经成为水处理领域中的一场革命。废水成分与其介电常数密切相关,废水的介电特性决定了微波在废水中的传播与吸收的特点,是研究微波与废水相互作用的关键。基于此,本文设计了一套基于基片集成脊波导的测量结构,通过测量2.45 GHz频率的散射参数,并结合神经网络算法反演得到介电常数,实现废水介电常数实时测量,为微波处理废水提供帮助。

基于基片集成脊波导的宽带漏波天线的设计与仿真

普通的基片集成波导缝隙阵列天线的阻抗带宽很窄,这成为了制约其应用于宽频带雷达等领域的瓶颈。考虑到脊波导的单模工作带宽较宽的特性,本文采用了加脊基片集成波导进行缝隙阵列漏波天线的设计,获得了超过13%的阻抗带宽。在此基础上,采取缝隙长度为"蝶形"分布的尺寸配置方式,以及在金属脊上覆盖金属条带的方法,设计了一种新型的基片集成脊波导宽带缝隙漏波天线。所有的仿真均使用了Ansoft HFSS软件,仿真结果表明,该漏波天线的相对阻抗带宽超过38%(8.5~12.5GHz),带内增益为14.0007dBi。天线为印刷型结构,具有剖面低、重量轻、易于集成、带宽较宽、增益较高的优点,以及漏波天线的高方向性、波束可控的固有特点,使其可以广泛应用在相应频段的通信设备中。