基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)是在双面覆有金属层的介质基片上实现的一种平面集成矩形波导。它具有低剖面、低损耗、低辐射、功率容量大、品质因素高等特点,可以和微带、共面波导等平面传输线有效集成在同一基片上。自2002年由加拿大蒙特利尔大学吴柯教授等提出以来,各国学者在基片集成波导的分析理论及应用研究方面开展了大量深入的研究,2011年,基片集成波导被著名杂志IEEE Microwave Journal列为改变未来无源和控制器件的十大非凡发明之首。因此,对基片集成波导开展深入的研究,特别是面向实际需求的应用研究,具有十分重要的理论意义和工程应用价值。本论文在现有基片集成波导理论和应用研究的基础上,着重研究其在精确测量、器件小型化、高功率、可切换重构以及电大尺寸系统电路优化设计等方面的关键技术。本论文的创新性工作可以总结如下:1.基片集成波导电路的精确测试方法研究:研究了TRL(Thru-Reflect-Line)校准方法,(a)提出了基片集成波导TRL校准件的设计准则,并进行了实验验证;(b)提出了一种采用归一化基片集成波导/微带线转换器的TRL校准件的改进方法,降低由于转换器的不一致性带来的测试误差;(c)提出窄带和宽带两种基片集成波导匹配负载的设计方法,这种匹配负载采用吸波材料嵌入基片介质的方法来实现,加工工艺简单,实用性较强。2.小型化、高功率基片集成波导器件的研究:基于低温共烧陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramics,LTCC)工艺,采用多层折叠的方法,(a)提出基片集成波导延迟线的设计方法,研制小型化两位色散型延迟电路。(b)提出基于基片集成波导的平面型高功率Gysel功率分配/合成器(功分器),并通过采用LTCC工艺实现了小型化的设计;(c)提出一种超小型的基片集成波导立体型Gysel功分器。基于LTCC工艺的基片集成波导电路的研究,验证了 LTCC工艺在基片集成波导实现上的突出优势,为小型化电路提供设计基础。3.(半模)基片集成波导开关和可重构电路研究:(a)研究加载微带开路线的半模基片集成波导电路的特性,提出一种通过加载可切换开路微带线来控制电路的方法,并对带宽拓宽的方法进行了研究;(b)研究和比较了加载开路微带线和短路微带线情况下半模基片集成波导的传输特性,提出一系列单刀单掷(SPST)和单刀双掷(SPDT)等开关电路的设计方法;(c)基于半模基片集成波导的电场分布及其阻抗特性,提出一种可在功分器和单刀双掷开关之间切换的功能可重构电路。基于半模基片集成波导的开关和可重构电路的研究,解决了基片集成波导这种单导体传输线用于开关电路设计等方面的问题。4.电大尺寸基片集成波导网络的应用研究:研究具有电大尺寸的基片集成波导网络的协同优化、分析与设计。结合工程应用需求,提出一种紧凑型基片集成波导单脉冲馈电网络系统的设计方法。(a)在主流有限元数值计算商业软件平台上,提出基片集成波导电路的高效仿真方法,从而为电大尺寸基片集成波导网络的仿真设计打下基础;(b)提出一种金属化孔和金属化槽相结合的高性能3dB电桥;(c)研究基片集成波导自补偿移相器的方法,提出一种具有双台阶的低回波损耗自补偿移相器;(d)结合基片集成波导和微带电路的特点,提出基片集成波导、微带线混合结构的小型化功分器。研究的网络结构紧凑、性能稳定,具有良好的电磁兼容性,充分验证了基片集成波导在低剖面、低损耗、高功率等方面的优势。