基于慢波基片集成波导的小型化移相功分器

针对移相器和功分器的功能融合设计,提出了一种基于慢波基片集成波导(Slow-Wave Substrate Integrated Waveguide,SW-SIW)的小型化移相功分器,两个输出分支等长带宽,可实现30°相移量.其中一个输出分支通过基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)实现,而另一个输出分支将互补开口谐振环(Complementary SplitRing Resonator,CSRR)加载在上层金属表面,代替传统SIW连续的金属表面,该CSRR由经典CSRR结构演变而来,同时为了降低由CSRR加载所造成的相位上的不稳定,在CSRR内部添加金属化通孔,实现SW-SIW,使得截止频率和相速度降低.测试结果表明,移相功分器在9.0~11.8 GHz频带范围内反射系数|S11|小于-10 d B,相对工作带宽为26.9%,插入损耗小于1.3 d B.两个输出端口的相位差稳定在30°±3°,幅度差小于1.4 d B,实现了等功率分配.所设计的移相功分器具有较小的尺寸和低制造成本,适合应用在相控阵天线中.

基片集成波导馈电的毫米波雷达阵列天线

为了满足毫米波雷达的应用需求,本文设计了一款工作于24 GHz的毫米波雷达阵列天线。该天线由八个1×8单元的微带串馈直线阵列组成平面阵列,每一个线阵采用中心馈电的形式,解决了传统串馈阵列波束偏离阵列法线的问题。同时,利用基片集成波导设计了低损耗的馈电网络,且将馈电网络和辐射贴片排布为两层,大大减小了天线的平面尺寸。此外,本设计中还利用泰勒综合法优化设计了阵列单元的宽度和功分器的分配比例,从而同时优化了天线E面和H面的旁瓣电平。测试结果表明,天线在23.7 GHz~24.2 GHz的频带内|S11|<-10 dB,相对带宽约为2.1%,最大增益为21.1 dB。天线在电场面旁瓣电平小于-20 dB,磁场面小于-23 dB,整体效率约为69%。

基于基片集成波导的Ka波段毫米波缝隙天线设计

本文总结了由基片集成波导(SIW)设计缝隙天线的一般方法,并设计了一款8×8 SIW缝隙天线阵列。该天线主要由SIW馈电网络、缝隙阵列和微带线至SIW转换器三部分构成。利用泰勒分布函数控制阵列的馈电幅度以及缝隙的偏置距离,从而有效地控制了阵列在方位面和俯仰面的旁瓣电平。实验结果表明,该天线在33.30 GHz~36.54 GHz的频带范围内S 11幅值小于-10 dB,相对带宽为9.3%。天线最大增益为18.56 dB,H面副瓣电平小于-20 dB,E面副瓣电平小于-18 dB。该天线剖面低,易于共形,在机载、弹载等场景中有较好的应用前景。

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。

采用基片集成波导技术的毫米波MEMS环行器

设计并制备了一款毫米波的微机电系统(MEMS)环行器。该毫米波MEMS环行器芯片采用高阻硅作为衬底,利用基片集成波导(SIW)技术,基于硅基MEMS工艺,采用低损耗金属化技术,实现了硅通孔金属化的制备。采用三维电磁仿真软件进行模拟,设计了该毫米波MEMS环行器的结构以及SIW与微带线的过渡匹配,并在此基础上优化设计了一套通用的制备毫米波MEMS环行器的工艺流程。并对制备的毫米波MEMS环行器进行了性能测试。结果表明,该环行器的频率范围为24~28 GHz,频带内插入损耗≤0.5 dB,隔离度≥17 dB,尺寸仅为5 mm×5 mm×2.5 mm,能够满足大部分应用需求。

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%.

碲化镉片上集成波导的自相位调制特性研究

中红外(2.5μm~25μm)波段包含许多重要的原子和分子共振峰,因此中红外超连续谱广泛应用于生物医学、光谱学和环境科学等领域。碲化镉(cadmium telluride,CdTe)在中红外波段具有超宽的透射光谱范围0.86μm~25μm,同时CdTe具有较大的三阶非线性系数,是实现中红外超连续谱的理想材料。本文设计并加工了一种基于CdTe为芯层、低折射率介质硫化镉为缓冲层、硅为衬底的波导。采用广义非线性薛定谔方程仿真了该波导以中心波长为5.5μm中红外激光作为泵浦,能够实现4.1μm~9.7μm的超连续谱输出。实验中通过湿法刻蚀制作CdTe多晶波导,并采用中心波长为1030 nm,脉冲宽度为250 fs的激光器作为泵浦源,观察到在波导中发生明显的自相位调制而产生的光谱展宽。该工作为CdTe集成波导应用于中红外超连续谱及中红外波段的片上光学器件提供了新的可能。

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.

基于基板集成波导喇叭天线的研究

基板集成波导(SIW)因具有加工容易、传播损失小等特点在微波天线领域广受关注,常被作为雷达天线设计的主要方式之一。这种SIW的天线设计采用超低损耗的PCB材料,降低损耗增大天线辐射。以基于基板集成波导的喇叭天线作为解析对象,探讨了几种喇叭天线的开口形状,旨在实现更高的天线增益。对SIW天线进行解析时,针对导体圆柱产生的电磁散乱波采用了基于全域基函数的矩量法(MoM)。通过对整个波导通路的分析,研究了喇叭内部的电磁波分布情况,并基于此探讨了喇叭天线形状对天线增益的影响。结果表明:类抛物线形的喇叭天线比传统的喇叭天线具有更好的天线增益。

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。