【摘 要】
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基片集成波导（Substate Integrated Waveguide,SIW）作为一类兼具矩形波导和微带类平面传输线优点的导波结构,具有高品质因素和易于与其它平面电路相集成的优点,已经被广泛应用在微波射频电路的设计中。但由于其结构本身固有的截止频率限制,在低频时占据的尺寸仍然较大,特别是在当前通信系统朝着集成化发展的趋势下,大大制约了其应用场景。加载慢波结构作为SIW小型化一种另辟蹊径的方式,
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基片集成波导（Substate Integrated Waveguide,SIW）作为一类兼具矩形波导和微带类平面传输线优点的导波结构,具有高品质因素和易于与其它平面电路相集成的优点,已经被广泛应用在微波射频电路的设计中。但由于其结构本身固有的截止频率限制,在低频时占据的尺寸仍然较大,特别是在当前通信系统朝着集成化发展的趋势下,大大制约了其应用场景。加载慢波结构作为SIW小型化一种另辟蹊径的方式,丰富和完善慢波结构的加载形式对于实现SIW小型化具有重要意义。本文的主要研究内容如下:提出了一种基于慢波基片集成波导（Slow-Wave Substate Integrated Waveguide,SW-SIW）的宽频带小型化功分器。首先设计出采用四个凹形微带线对称放置构成的慢波结构单元,为了分析其慢波效应,提取了单元的等效参数并给出了其等效电路。然后将其周期性加载于SIW金属表面上,代替传统SIW连续的金属表面,与同尺寸的SIW相比,SW-SIW的截止频率下降了40%,能够实现横向尺寸的缩减,尤其当SW-SIW达到与SIW相同的相移量时,SW-SIW所需纵向尺寸更小。最后将所设计的SW-SIW应用在功分器设计上。结果表明,该功分器在8.2 GHz-12.8 GHz频带内的反射系数|S11|＜-10 d B,相对带宽达到了43.2%。提出了一种基于慢波半模基片集成波导（Slow-Wave Half-Mode Substate Integrated Waveguide,SW-HMSIW）的等长等宽小型化移相器。设计了一种非均匀对称的SW-HMSIW,该SW-HMSIW上层金属表面由非均匀对称的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,设计实现了SW-HMSIW等长等宽小型化移相器,同时具有较宽的工作带宽。所设计的移相器在8.7 GHz-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 d B。提出了一种基于SIW移相功分器。结合前两章设计的器件功能,将移相器和功分器进行一体化设计,实现了具有移相功能的SIW功分器。首先将谐振环对称放置在SIW上实现移相功能,但由于产生了平稳相移的带宽较窄,对其进行了结构的改进,将内环的侧边与外环的侧边进行了合并,并将内环末端折线进行省去。改进后的结构在9.4 GHz-14.7 GHz实现了45°±5°的相位偏移,相对带宽达到了44%,最后将改进的结构应用到SIW移相功分器的设计上,在9.0 GHz-11.8 GHz频段内实现了良好的功分和移相功能。
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