第5讲 基片集成波导
一种新型基片集成脊波导结构的设计
一种新型基片集成脊波导结构的设计1. 引言1.1 背景介绍脊波导是一种常用的光学波导结构，具有较高的光的传输效率和方向性。
传统的脊波导结构存在一些问题，比如光损耗较大、集成度不高等。
为了解决这些问题，研究人员提出了一种新型基片集成脊波导结构。
这种结构利用基片作为底部支撑层，通过一系列微加工工艺制备出具有特殊形状的脊波导结构，从而实现了更高的光传输效率和集成度。
这种新型结构在光通信、光传感等领域具有广泛的应用前景，因此引起了研究人员的广泛关注和研究。
本文旨在探讨这种新型基片集成脊波导结构的设计原理、制备工艺、性能分析以及实验结果，为其在实际应用中的推广和优化提供理论和实验基础。
1.2 研究目的本研究的目的是设计一种新型基片集成脊波导结构，以实现对光波导的高效控制和传输。
通过研究这种新型结构的设计原理和制备工艺流程，我们希望能够解决传统波导结构存在的一些问题，并进一步提高其性能表现。
具体来说，我们的研究目的包括以下几个方面：1. 提高波导的传输效率和带宽，以满足高速通信系统对光波导性能的需求；2. 优化波导的耦合效率，实现更高的能量传输效率；3. 探索新型波导结构在光子器件中的应用潜力，为光电子学领域的发展提供新的思路和解决方案；4. 通过性能分析和实验结果的验证，进一步验证新型基片集成脊波导结构的优势和可行性，为未来相关研究提供参考和借鉴。
2. 正文2.1 新型基片集成脊波导结构设计新型基片集成脊波导结构设计是本研究的核心内容，通过结合基片集成技术和脊波导结构，可以实现更高效的光学器件。
我们设计了一种特殊的基片结构，能够在光波导中实现更好的光场传输效果。
我们在基片上引入脊波导结构，进一步优化了光的传输路径，提高了光学器件的性能。
这种新型设计不仅能够减小器件尺寸，提高集成度，还能够改善器件的光学特性，使其具有更好的性能和稳定性。
在设计过程中，我们采用了先进的光学仿真工具进行模拟，通过调整各个参数的数值，优化了波导的结构参数，使其能够实现更高效的光场传输。
基片集成波导对数周期偶极子阵列天线研究
基片集成波导对数周期偶极子阵列天线研究翟国华洪伟蒯振起（东南大学信息科学与工程学院，毫米波国家重点实验室，南京 210096）******************摘要：本文设计并研制了一种基于基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide: SIW）馈电单层宽带印刷对数周期偶极子阵列（Printed Log-Periodic Dipole Array: PLPDA）天线。
对数周期偶极子阵列（PLPDA）天线具有宽带宽、低剖面、重量轻等优点，但是其馈电需要平衡线结构。
基片集成波导具有平面集成、主模带宽宽、低损耗、尺寸小等优点，同时自身天然具有平衡线结构。
本文设计并制作了Ka波段的阵列天线，获得了很好的带宽、方向图和增益等指标，测试结果和仿真结果一致。
关键词：基片集成波导，对数周期天线，印刷天线Printed Wideband Log-Periodic Dipole Antenna FedbySubstrate Integrated WaveguideZHAI Guo-hua，Hong Wei，KUAI Zhen-qi（State Key Laboratory of Millimeter Waves, School of Information Science and Engineering,Southeast University, Nanjing 210096, China）Abstract: This paper developed a broadband single layer printed log-periodic dipole array (PLPDA) antenna fed by substrate integrated waveguide (SIW). The PLPDA antenna has the merits of wide bandwidth, low profile, and light weight, which should be fed by the balanced line. The balanced line created by the geometric features of the SIW, provides a balun with a considerably wide bandwidth with low profile, broad dominant mode bandwidth, and low insertion loss etc. Prototype of the proposed array at Ka band is designed and fabricated, the measured data are in agreement with the simulated results.Keywords: Substrate integrated waveguide (SIW); Log-periodic antenna; Printed antenna1 引言对数周期天线由于宽带性能在雷达和通信系统中扮演着越来越重要的角色。
基片集成波导及其微带过渡的设计
舰 船 电 子 对 抗
ＳＨ Ｉ ＰＢ０Ａ ＲＤ ＥＬＥＣＴＲ０ Ｎ Ｉ Ｃ０ Ｕ ＮＴ ＥＲ Ｍ ＥＡ ＳＵ ＲＥ Ｃ
Ａ ｕ ．２ １ ｇ ０２
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ４ Ｉ３ ．
第 ３ ５卷第 ４期
基 片集 成波 导及 其 微 带过 渡 的设 计
赵 元 英 袁 皓 ，
收 稿 日期 ： ０ ２ ５—１ ２ １ —０ ０
０ 引 言
矩形 波导具 有 功 率 容量 大 、 耗 小 、 辐射 、 损 无 品 质 因数高 的特点 ， 高频波 段其优 势更 加 明显 ， 在 因此 在微 波 、 米波 电路 和系统 中被广 泛应 用 ， 在许 多 毫 现 毫米波 设备 的输 入 输 出端 口均 为 波 导形 式 。但 是 ， 由于其 体积 大 ， 量 大 ， 本 高 ， 须通 过 各 种 过渡 重 成 必
（． 国 电子 科 技 集 团公 司 １ 所 ， 家庄 ０ ０ ５ ；． １中 ３ 石 ５ ０ １ ２ 云南 大学 ， 明 ６０ ９ ） 昆 ５ ０ １
摘 要 ： 了工作 于毫米波频段 的基片集成波导 （Ｉ ， 了基片集成波 导及其微带过 渡的原理和结构 ， 推 设计 ＳＷ）阐述 公式
导 出过 渡 结 构 中各 种 参 数 的 计 算 方 法 ， 过 ＨＦ Ｓ软 件 进 行 仿 真 ， 作 了 ＳＷ 与 微 带 过 渡 的 样 品并 测 试 ， 果 表 明 通 Ｓ 制 Ｉ 结
ｔ ｎ ｌ Ｓ Ｓｌ ｓ ｈａ 一 １ Ｂ ｒ ｍ ５ ５ Ｇ Ｈ ｚｔ ７ ５ Ｇ Ｈ ｚ． ｕｒ Ｏ Ｓ ｉ ｅ ｓ ｔ ｎ ０ ｄ ｆｏ ３ ． ｏ ３ ．
Ｋｅ ｒ ： ｕｂ ｔ ａ ｅ ｉ ｅ ｒ ｔ ｄ ｗａ ｅ ｉ ｅ； ｃ ｏ ｔ ｉ ｒ ｎｓｔｏ ｉ ｐ ｄ ｎｃ ｙ ｗｏ ｄｓ ｓ ｓ ｒ ｔ ｎｔ ｇ ａ ｅ ｖ ｇｕ ｄ ｍｉｒ ｓ ｒｐ ｔ ａ ｉｉ ｎ；ｍ ｅ ａ ｅ
基片集成波导技术的研究共3篇
基片集成波导技术的研究共3篇基片集成波导技术的研究1随着科技的不断发展，无线通信和光通信成为人们生活中必不可少的一部分。
为了实现更高速、更安全、更稳定的通信，基片集成波导技术逐渐引起人们的关注。
本文将从基片集成波导技术的概念、特点、优势以及市场应用四个方面进行介绍。
一、基片集成波导技术的概念基片集成波导技术是利用半导体工艺技术将微波电路元器件制作在单片集成电路芯片制造过程中的一种技术。
也就是说，基片集成波导技术是把微波电路与基片电路有机的结合在一起，实现互联互通的技术。
二、基片集成波导技术的特点基片集成波导技术有以下三个特点：1. 集成度高：基片集成波导技术是通过将微波电路与单片集成电路进行结合，将微波元器件互联互通的功能与芯片电路进行有机的结合，从而实现电路的高度集成，大大简化了电路的结构，提高了系统的稳定性。
2. 小型化：由于基片集成波导技术体积小，微波电路在集成电路表面形成的结构也很小，可制成非常小型化的波导设备。
3. 精度高：基片集成波导技术采用的是微细加工技术，可以在芯片电路的表面上制造出微米级别的微波电路结构，精度高，噪声小，所以在高频传输上更加精准。
三、基片集成波导技术的优势基片集成波导技术具有以下优势：1. 技术成熟度高：基片集成波导技术是利用现有的半导体工艺技术进行制造，并且随着技术不断发展，技术成熟度也逐渐提高。
2. 互联互通性好：基片集成波导技术能够将微波电路与单片集成电路有机的结合在一起，常用于实现基于微波的无线通信和光通信的复杂系统互联互通。
由于网络的运行效率和稳定性强，所以基片集成波导技术被广泛应用于工业控制、通信系统和卫星通信等领域。
3. 成本低：由于基片集成波导技术采用的是微细加工技术，制造生产比较容易和快捷，因此成本低。
四、市场应用基片集成波导技术的市场应用包括无线通信、光通信、微波电子学、太阳能电池、卫星通信、雷达系统、无线电定位等领域。
总之，基片集成波导技术是一种非常重要的技术，可以满足人们对高速、高效、高精度无线通信和光通信的要求，同时也带来了很多商机和发展空间。
基片集成波导技术的研究
基片集成波导技术的研究一、本文概述随着现代通信技术的飞速发展，波导技术作为微波毫米波系统中的重要组成部分，其性能优劣直接关系到整个系统的传输效率和稳定性。
基片集成波导技术（SIW，Substrate Integrated Waveguide）作为一种新型的波导结构，近年来受到了广泛的关注和研究。
SIW技术结合了传统波导和微带线的优点，具有低损耗、高Q值、易于集成等优点，因此在微波毫米波集成电路、天线、滤波器等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在全面介绍基片集成波导技术的研究现状、基本原理、设计方法以及应用实例。
我们将回顾SIW技术的发展历程，分析其相比于传统波导和微带线的独特优势。
然后，我们将详细介绍SIW的基本理论和设计方法，包括SIW的传输特性等效电路模型、模式分析以及优化设计等方面。
接着，我们将通过一些具体的应用实例，展示SIW技术在微波毫米波系统中的实际应用效果。
我们还将讨论SIW技术的未来发展趋势和研究方向，以期为相关领域的研究者提供有益的参考和启示。
通过本文的阐述，我们期望读者能够对基片集成波导技术有一个全面而深入的了解，为该技术的进一步研究和应用提供坚实的理论基础和实践指导。
二、基片集成波导技术概述基片集成波导技术（SIW，Substrate Integrated Waveguide）是一种在微波和毫米波频段内实现波导传输的新型平面传输线技术。
该技术通过在介质基片上集成金属化通孔阵列来模拟传统矩形波导的行为，从而实现了波导传输的平面化、小型化和集成化。
SIW技术自21世纪初提出以来，在微波毫米波系统、集成电路、天线等领域中得到了广泛的应用和研究。
SIW技术的主要优势在于其兼具了传统矩形波导和微带线等平面传输线的优点。
与微带线相比，SIW具有更高的Q值、更低的辐射损耗和更高的功率容量；与传统矩形波导相比，SIW则具有平面化、小型化、易于集成和加工成本低等显著优势。
SIW的这些特点使得它在微波毫米波系统中具有广泛的应用前景，尤其是在高性能、高集成度的系统中表现出色。
基片集成波导课件
第16页/共81页
3.对基片集成波导结构的数值分析
z G PPW |z0,h 0
(2-5)
其中 GPPW GFREE GS，方程(2-4)中的未知矢量函数A1、
A2.B1和B2分别为
A1
j
cos k0z (h z sin(k0 z h)
')
(t'' n
z)
A2
j
cos(k0z z ') sin(k0 z h)
e ( jk0zh
'' t n
z)
B1
[' n sin k0z (h
k sin(k0zh)
z
')
z]
(2-6)
B2
[' n sin k0z (h
第17页/共k81s页in(k0 z h)
z ')
z]e jk0 zh
3.对基片集成波导结构的数值分析
其中t / z z , 根据留数定理, 由谱域积分可得
Jr (kmaq )
H
( r
2)
(km
aq
)
H (2) nr
(km lq)e j(nr)lq
(2-14)
电压激励系数
TM q,r,m
Jr (kmaq )
H
(2) r
(kmaq
)
TM m,r
,q
(2-15)
j(1)rm (1 m0 )
vTM m,r,q
j
2k2mh
2
dr
'
M
'
n
(km
,
kzm
,
'
此外, 由于基片集成波导是一种类似于普通金属波导 的准封闭平面导波结构, 它除了具有类似于微带传输线的 平面集成特性外, 几乎严格消除了由于辐射和基片中的导 波模引起的电路中不同部分的相互干扰。
基片集成波导的原理
基片集成波导的原理
基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，简称SIW）是一种在介质基片上实现传输电磁波的波导结构。
它利用微波电路和封装技术，使得传统的金属波导得以通过在介质基片上刻蚀几何结构来实现，从而实现微型化和集成化。
基片集成波导的原理如下：
1.介质基片：基片集成波导使用介质基片作为传输介质，通
常采用具有低介电损耗和高介电常数的材料，如陶瓷（LTCC）、石英、聚合物等。
介质基片具有规定的形状和厚度，用于形成波导的结构。
2.金属禁带：在介质基片上，通过在上方和下方各刻蚀一层
金属，形成金属禁带。
金属禁带用于限制电磁波能量在基片内的传播，从而形成波导效应。
3.模式传输：在基片上刻蚀特定的几何结构和尺寸，使得电
磁波在基片内以某种模式进行传输，例如TE模式（横电场模式）或TM模式（横磁场模式）等。
具体的结构形状和尺寸决定了不同模式的传输特性。
4.电磁波传输：通过在基片结构内的电磁波传输，波导效应
能够实现低损耗和低辐射的传输。
基片集成波导具有较高的带宽和较低的传输损耗，因此在微波和毫米波频段的应用中具有很大的潜力。
基片集成波导的优点包括尺寸小、成本低、集成度高、实现微
型化和集成化设计等。
这使得它在射频和微波电路、通信系统、雷达、天线等领域有广泛的应用。
基片集成波导的原理
基片集成波导的原理
基片集成波导是一种将波导直接集成在基片上的光电路技术。
它
基于波导的工作原理，利用基片上的光学材料和结构形状来限制光在
基片上的传播。
基片集成波导的原理主要包括以下几个方面：
1. 光传输：基片集成波导中的光通常是沿着波导的传输方向进
行传播。
波导通常由两个具有不同折射率的材料层构成，其中一个材
料层具有较高的折射率用于限制光的传播，另一个材料层具有较低的
折射率用于光的引导。
2. 全反射：波导的结构形状通常设计为横截面呈现全反射条件，使得光在波导内部进行多次全反射。
这种结构可以保持光束的一致性，并使光沿着波导的方向传播。
3. 模式选择：基片集成波导中可以通过调整波导的几何尺寸和
材料参数来选择不同的传输模式。
不同的模式传输具有不同的模式场
分布、传输损耗和色散特性。
4. 耦合和分束：基片集成波导通常需要将入射光耦合到波导中，或者将波导中的光耦合到其他光器件中。
常用的耦合方法包括光纤耦合、光栅耦合、棒波导耦合等。
分束器件可以将波导中的光能够均匀
分配到不同的输出通道。
基片集成波导的原理使得光器件的集成化和微型化成为可能，能
够实现光电路的小型化、高性能和高密度集成。
这种技术在光通信、
光传感、光操控等领域具有广泛的应用前景。
基片集成波导功分器
基片集成波导功分器一、引言随着通信技术的不断发展，波导功分器作为一种重要的无源器件，被广泛应用于无线通信系统中。
而基片集成波导功分器作为一种新型的功分器，具有体积小、重量轻、损耗低等优点，成为了研究的热点之一。
二、基片集成波导功分器的概念基片集成波导功分器是指将功分器的分支线路和耦合结构等集成在同一块基片上，通过基片上的金属线路实现功分的器件。
相比于传统的波导功分器，基片集成波导功分器具有更小的体积和更低的损耗，能够满足现代通信系统对于高性能、小型化的要求。
三、基片集成波导功分器的制作工艺基片集成波导功分器的制作工艺主要包括基片制备、金属线路制作、光刻、腐蚀等步骤。
其中，基片制备是制作基片集成波导功分器的关键步骤，需要选择合适的基片材料，并通过化学气相沉积、物理气相沉积等方法在基片上生长出高质量的薄膜。
四、基片集成波导功分器的应用基片集成波导功分器广泛应用于无线通信系统中，如移动通信、卫星通信、雷达等领域。
在移动通信领域，基片集成波导功分器可以用于实现天线阵列的功分，提高通信系统的传输效率和可靠性；在卫星通信领域，基片集成波导功分器可以用于实现卫星天线的功分，提高卫星通信的覆盖范围和传输速率；在雷达领域，基片集成波导功分器可以用于实现雷达天线的功分，提高雷达系统的探测精度和距离分辨率。
五、基片集成波导功分器的发展趋势随着通信技术的不断发展，基片集成波导功分器的应用领域将会越来越广泛。
同时，基片集成波导功分器的制作工艺也将会不断改进，实现更高的制作精度和更低的损耗。
未来，基片集成波导功分器将会成为无线通信系统中不可或缺的重要器件。
六、结论基片集成波导功分器作为一种新型的功分器，具有体积小、重量轻、损耗低等优点，成为了研究的热点之一。
随着通信技术的不断发展，基片集成波导功分器的应用领域将会越来越广泛，同时制作工艺也将会不断改进，实现更高的制作精度和更低的损耗。
SIW(基片集成波导) 喇叭天线
一种基于SIW(基片集成波导) 技术的喇叭天线时间：2015-08-15 来源：天线设计网TAGS：SIW基片集成波导喇叭天线随着现代通讯技术的发展，市场对通讯设备的效率要求越来越高，也相应的引发了对宽通带#高传输效率的实时视频设备及数据传输设备的研究"由于市场对低频无线通信设备的广泛应用，使得低频信道越来越拥堵"人们普遍把目光集中在高频波段，同时还要求射频电路组件结构要紧凑#质量轻便"所以大频率贴片天线成为研究趋势。
设计的 H 面喇叭天线，是一种电场辐射呈现喇叭天线辐射特性的孔径天线"这使得该天线具有较高方向系数"众所周知，波导结构在毫米波通信领域有着广泛的应用，它拥有诸多优点，但其缺点也非常明显，那就是尺寸结构太大#剖面太高，限制了这种天线在高性能卫星通讯系统和雷达系统中的应用"而随着基片集成波导( SIW) 技术的提出，使这个问题找到了解决的途径，即研究以基片集成波导为平台的天线"基片集成波导技术[天线设计网]就是在普通微带印制板上沿边缘开规则的金属过孔，以此来模拟波导的磁壁"应用这种技术制成的基片集成波导保留了大部分的传统波导的传输性质，同时也比传统波导尺寸更小#剖面更低和更易于平板电路的集成。
设计原理天线总体分为 3 部分，在前端是由金属过孔和贴片上下金属表面共同围成的喇叭结构，与喇叭结构相连的是基片集成波导( siw) 构成的波导结构，最后用微带波导转换器进行馈电。
显然，这种天线是一种微带印制板天线，所以天线尺寸会缩小。
天线基板选用介电常数为10.2的 GaAs 板材，中心频率为26Ghz。
天线的馈电部分采用微带线——波导转[天线设计网]换结构，这种结构的前端是常规的50欧姆微带线，50欧姆微带线之后是一段呈锥型的过渡段，其作用是将微带线结构中传输的准TEM波转化为能在波导结构中传输的TM10波。
经过优化计算得到 50欧姆微带馈线的尺寸如图 1所示。
基于非谐振节点的基片集成波导滤波器设计
基于非谐振节点的基片集成波导滤波器设计汪洋; 余超; 毛晓炜; 郭瑜【期刊名称】《《电子元件与材料》》【年(卷),期】2019(038)011【总页数】5页(P49-52,60)【关键词】带通滤波器; 双模; 带线谐振器; 非谐振节点; 基片集成波导; 传输零点; 毫米波【作者】汪洋; 余超; 毛晓炜; 郭瑜【作者单位】江南大学物联网工程学院江苏无锡 214122【正文语种】中文【中图分类】TN713随着无线通信系统的发展,现有频谱资源越来越紧张,因此有必要寻找新的频率资源,例如毫米波。
毫米波不仅可以提供较宽的频谱资源,而且可以满足5G通信系统对高数据吞吐的要求。
当前,毫米波滤波器的研究受到了广泛的关注,传统的微带和波导结构的毫米波滤波器存在损耗较高和体积过大的问题,都不能很好地满足现代通信系统的需求。
而基片集成波导(SIW)具有损耗低、成本低、易于制作和平面集成等优点,为设计高性能的毫米波滤波器提供了一种非常有效的解决方案[1-2]。
另一方面,双模基片集成波导作为基片集成波导技术的重要发展方向,不仅可以减小体积,还可以提高滤波器设计的性能和自由度。
传统的双模SIW滤波器只能在上阻带或者下阻带引入一个传输零点[3],所以存在带外抑制差的问题。
为了获得更高选择性和带外抑制的滤波器,需要级联两个或多个双模SIW滤波器[4],此类结构的滤波器不仅具有较大尺寸,且设计的自由度较低。
近年来,非谐振节点技术因为可在源负载之间引入额外的传输路径,被广泛应用于SIW滤波器的设计中。
文献[5]采用单个SIW谐振腔作为非谐振节点,但是电路面积较大,并且只能引入一个传输零点。
文献[6]通过在SIW谐振腔表面刻蚀共面波导(CPW)谐振器实现非谐振节点,该滤波器实现较好的频率选择性,但是刻蚀的槽线会导致较大的辐射损耗,从而会恶化SIW谐振器的Q值,因此这种结构并不适用于毫米波频段。
为了避免上述问题,文献[7]将双模SIW谐振器的主模TE101作为非谐振节点,虽然该滤波器可以充分利用基片集成波导的模式,但是非谐振节点的参数却很难独立控制。
基片集成波导实现方法概述
响 了 电路 的集 成 度和 实 际 应用 ［ 半 模 基 片 ３ ］ 。 集 成 波导 克 服 了以上 缺 点 ， 由于 Ｓ ｗ工 作于 １ 主 模 式 时 电 场 的最 大 值 在 沿着 传 播 方 向的 垂 直 中心 面上 ， 因此该 中 心平 面可 认为是 一 个 等效 的磁 壁 。 于 该思 想可 沿着 该垂直 中 基 心面（ 也就 是 虚 拟 的磁 壁 ） １ 将ｓ ｗ成 两 半 ， 每 半均 是一 个 半模 基 片集成 波导 结 构 ， 且 并 由于 其 宽高 比大 可 认 为在 半 个 开 放式 结 构 叶 能支 持该 牛 开放 的 电磁场 模式 ， 结构 保 １ 该 留了原 来的 电磁场 分布 。 由于虚 拟 的磁壁 只 是 用于 证 实半模 基 片集 成波 导 的理论 分 析 ， 在 实际 电路 中并 不 需要 有一 个实 际 的磁 壁 ，
将 其 分 为 两 类 ： 模 基 片 集 成 波 导 和 半 模 全 基片集成波导 。 ２ １全模 基片 集成 波导 ． 基 片 集 成 波 导就 是 将 传统 波 导 结 构 集 成 在 基 片 中 ， 在 介 质 基 片 中 形 成 该 波 导 或 结 构 ， 实 质是 一 种 介 质填 充 波 导结 构 。 其 基 片集 成 波 导 是 由左 右 两 排 金 属 化 通 孔 、 上 下两 层 金 属 面 以 及 中 间 的填 充 介 质 构 成 ， 如 图 ｌ 示 。 属通 孔 的 直 径 和 孔 中心 之 间 所 金 的 间 距分 别 为 和 ， 排 金 属 化 通 孔 的 中 心 两 间距 为 ， 质 基 片 的 介 电常 数 和 厚 度 分 别 介 为和 。 片 集 成 波 导 的 两 排 金 属化 孔 构 成 基
Ｑ：
Ｓｃｉ ｃｅ ｎｄ ｅｎ ａ Ｔｅｃｈｎ ｏ ｌｎｏｖ８ ｝ Ｈｅｒ Ｉ ｏＩ ｇＹ ｎ ｔ ｏｎ ８ｄ
基片集成波导I课件
contents
目录
• 基片集成波导概述 • 基片集成波导的制造工艺 • 基片集成波导的特性分析 • 基片集成波导的设计方法 • 基片集成波导的应用实例
01
基片集成波导概述
基片集成波导概述
• 基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW）是 一种基于介质基片的导波结构，通过在介质基片上刻蚀出金属 导电结构，形成类似于波导的结构，用于传输电磁波。
可加工性强
基片集成波导可以采用标准的 微加工工艺进行制备，具有较 好的加工一致性和可重复性。
可应用于微机械系统
基片集成波导可以应用于微机 械系统中，作为机械传动、传
感器等器件的重要组件。
04
基片集成波导的设计方法
等效电路法
01
等效电路法是一种将基片集成波 导等效为传统波导的方法，通过 建立等效电路模型来分析其传输 特性和性能。
光学性能可调
通过改变基片集成波导的结构 参数，可以实现对光信号的调 控，从而实现可调谐的光学器 件。
机械特性
高稳定性
基片集成波导的结构设计使其 具有较高的机械稳定性，能够
承受一定的机械应力。
可承受较大应变
基片集成波导的材料和结构设 计使其具有较强的应变承受能 力，能够在较大的形变下保持 性能的稳定。
基片集成波导在雷达天线的制造中也有广泛应用，可以提高天线的增益和方向性。
传感器系统
பைடு நூலகம்
基片集成波导在传感器系统中 主要用于信号传输和检测。
基片集成波导具有灵敏度高、 响应速度快和稳定性好的优点 ，可以提高传感器系统的测量 精度和可靠性。
在传感器系统中，基片集成波 导可以用于温度、压力、流量 等物理量的测量和转换。
《集成光波导》课件
测试设备
插入损耗
指集成光波导传输过程中产生的光功率损耗，是评估光波导性能的重要参数。
带宽
指集成光波导传输光谱的范围，是衡量光波导传输性能的重要指标。
偏振相关损耗
指集成光波导对不同偏振态光波的损耗差异，是评估光波导性能的重要参数。
弯曲损耗
指集成光波导弯曲时产生的光功率损耗，是评估光波导性能的重要参数。
将未反应的光敏材料去除，留下光波导结构。
硬化
使光波导结构更加稳定和坚固。
检测
对制造完成的光波导进行检测，确保其性能符合要求。
04
CHAPTER
集成光波导的性能测试与评估
包括光谱分析仪、光功率计、光波长计等，用于测量集成光波导的传输光谱、功率和波长等参数。
采用透射或反射方式，对集成光波导进行测试，获取其传输性能数据。
集成光波导是一种特殊的光波导结构，它可以将光波限制在微小的空间范围内，实现光波的传输和控制。与传统的光纤相比，集成光波导具有更高的集成度，更低的传输损耗，并且可以与微电子器件实现无缝集成。这些特点使得集成光波导在光通信、光学传感、光计算等领域具有广泛的应用前景。
详细描述
集成光波导在光通信、光学传感、光计算等领域具有广泛的应用。
集成光波导是一种将光波导集成在硅基材料上的微型光学器件。
通过在硅基材料上刻蚀出特定的形状和结构，可以形成具有特定功能的光波导器件，如光调制器、光开关、光滤波器等。
通过优化设计，可以提高集成光波导的传输效率、减小损耗、提高器件的稳定性和可靠性。
常用的设计方法包括物理光学法、传输矩阵法、有限元法等，可以根据具体需求选择合适的设计方法。
《集成光波导》ppt课件
目录
集成光波导概述集成光波导的基本原理集成光波导的制造工艺集成光波导的性能测试与评估集成光波导的应用案例集成光波导的未来展望与挑战
基片集成波导
High Q-factor Low Insertion Loss High Power Handling Capacity High Performance Bulky, Heavy, Costly Not easy to be integrated with planar circuits
A recently proposed guided wave structure
2.对基片集成波导与矩形波导等效的分析
SIW的等效宽度a’
a
'
2a
ctg 1
w
4a
ln
w 4R
矩形波导壁 表面阻抗
s 0
SIW 壁 表 面 阻抗容性
s jx
SIW壁表面
阻抗感性s jx
矩形波导壁
表面阻抗 s 0
矩形波导和SIW俯视图的一半中的电力线和磁力线 (a图表示R<W/4, b图表示R>W/4)
并矢格林函数可方便的在谱域用以下公式描述：
GFREE (r, r ')
j
4
n
0
dk k
参见戴振铎的《电磁理论中 的并矢格林函数》
[
M
n
(k
,
k0
z
,
,
z)Mn (k k0z k2
,
mk0
z
,
',
z
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Nn
(k
,
k0z
,
,
z)Nn (k k0z k2
,
mk0 z
,
',
z
') ]
(2-1)
z z (r r ')
1.基片集成波导结构的实现方法及其分类
提高基片集成波导圆极化天线轴比带宽方法概述
提高基片集成波导圆极化天线轴比带宽方法概述张叶枫;郭园园;刘明飞【摘要】概述了提高基片集成波导圆极化天线轴比带宽的方法.首先介绍了圆极化天线的基本知识;其次介绍了基片集成波导圆极化天线存在的问题;最后分析了提高基片集成波导圆极化天线轴比带宽的方法,为设计基片集成波导宽带圆极化天线提供依据和指导.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】2页(P158-159)【关键词】基片集成波导;圆极化天线;轴比带宽【作者】张叶枫;郭园园;刘明飞【作者单位】武警工程大学研究生管理大队13队;武警工程大学研究生管理大队13队;武警工程大学研究生管理大队13队【正文语种】中文圆极化天线常用于雷达通信系统，可以解决极化失配和多径效应等问题。
基片集成波导是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片上，利用金属化通孔阵列而实现的[1]，作为一种新型的导波结构，因其低剖面、易于平面集成、功率容量大等优势，在众多领域应用广泛。
2009年，一种基于基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）矩形腔的圆极化天线首次被提出[2]，该天线在顶面刻蚀十字交叉缝隙，采用共地共面波导馈电结构，性能良好。
经过十多年的发展，基片集成波导圆极化天线种类繁多。
由于基片集成波导的低剖面结构和大多数结构采用的单馈电方式，基片集成波导圆极化天线的轴比带宽较低，一般在3%以下。
因此，拓展基片集成波导圆极化天线的轴比带宽是研究的重点和难点。
为此，许多学者进行了探索并取得了显著的成果，经归纳整理，主要是通过改变馈电方式来提高天线的轴比带宽。
改进的提高SIW圆极化天线轴比带宽的馈电方式主要分为以下三种：加载分支耦合器馈电法、加载枝节的带状线馈电法和顺序旋转馈电。
其中顺序旋转馈电法又可分为三种实现方法：采用微带结构的威尔金森功分器、采用基片集成波导结构的功分器和采用同轴线-SIW结构的功分器。
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1.基片集成波导结构的实现方法及其分类
它与传统矩形波导不同的特点在于：它与有源器件 的兼容性好，便于平面集成及小型化，具有体积小、重量 轻、装配简单、加工容易和成本低等传统波导所没有的优 点。可以用来设计很多高Q值、低损耗的平面微波毫米波 电路。
1.基片集成波导结构的实现方法及其分类
基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide 缩写为 SIW)：是一种在介质基片上采用印刷工艺实现的新型微 波、毫米波导波结构。
这种波导是一种平面传输线，同时它又具有与传统金 属波导相似的传播特性，因而兼有了金属波导传输损耗小、 Q值高等优点同时又易于平面集成。
基片集成波导பைடு நூலகம்
一 基片集成波导的传播特性
1.基片集成波导结构的实现方法及其分类
微波毫米波电路的发展趋势：小型化、高度平面集成。 传统金属波导优点：损耗小、Q值高、功率容量大。
缺点：体积庞大，难于与其它微波、毫米 波电路平面集成，更难实现小型化， 而且加工难度和成本都比较高。
微带等平面传输线缺点：传输损耗大、辐射干扰强，品 质因数低，因而采用它所设计制作的 各种微波毫米波电路的一些关键性能 指标不如波导元器件，而且在很多场 合无法替代波导元器件。
2.对基片集成波导与矩形波导等效的分析
SIW的等效宽度a’
a
'
2a
ctg 1
w
4a
ln
w 4R
矩形波导壁 表面阻抗
s 0
SIW 壁 表 面 阻抗容性
s jx
SIW壁表面
阻抗感性s jx
矩形波导壁
表面阻抗 s 0
矩形波导和SIW俯视图的一半中的电力线和磁力线 (a图表示R<W/4, b图表示R>W/4)
应用：可以用来设计各种高Q值的无源器件，诸如转 换器、滤波器、环形器及天线等，同时可将基片集成波导 元件与有源器件结合，设计各种高性能的有源电路，广泛 地应用于微波及毫米波电路中。
1.基片集成波导结构的实现方法及其分类
电壁：电场切向分量 为零的平面，相当于 理想导体导电平面 磁壁：磁场切向分量 为零的平面，相当于 理想导磁平面
z z (r r ')
k02
3.对基片集成波导结构的数值分析
M n (k , k0z , , z) ，Nn (k , k0z , , z)是圆柱矢量本征函数，
定义如下： M n (k , k0z , , z) (n (k , ,)e jk0zz z) Nn (k , k0z , , z) (n (k , ,)e jk0zz z) / k (2-2)
其中
k0
n
(k
,
,
)
Jn (k )e jn
图2全模基片集成波导演化为半模基片集成波导示意图
1.基片集成波导结构的实现方法及其分类
图3 SIW与HMSIW的主模图
2.对基片集成波导与矩形波导等效的分析
连续的金属壁被分成很多段
s0
j0W
4
ln
W 4R
图2-7 连续的金属实体壁通过间隙W被分成很多段
从上式可以看出，在准静态情况下，当R=W/4时金属 圆柱形成的电壁其表面阻抗为0，跟实体电壁情况一样； 当R>W/4时金属圆柱形成电壁其表面阻抗为容性；当 R<W/4时金属圆柱形成的电壁其表面阻抗为感性。
3.对基片集成波导结构的数值分析 一、通过端口给 基片集成波导馈电
图4 SIW结构 (a)波导端口 (b)同轴端口
3.对基片集成波导结构的数值分析 图2-5 同轴和波导端口的坐标系
3.对基片集成波导结构的数值分析
下面我们推导用散射层叠的方法推导平行板波导的磁
场并矢格林函数。对一个单元(r=r’)激励信号的自由空间
第15讲 基片集成波导
第15讲 基片集成波导
一 基片集成波导的传播特性 二 基片集成波导的应用
w
金属面
介质基片 ε
图1 基片集成波导结构图
金属通孔
第15讲 基片集成波导
一 基片集成波导的传播特性
1.基片集成波导结构的实现方法及其分类 2.对基片集成波导与矩形波导等效的分析 3.对基片集成波导结构的数值分析 4.基片集成波导电磁传输特性
A recently proposed guided wave structure
Be Easy Integrated High Density Layout Low Q-factor High Insertion Loss for high f Moderate Performance
Substrate Integrated Waveguide (SIW)
3.对基片集成波导结构的数值分析
基片集成波导结构的分析方法：
散射层叠法、
边界积分谐振模式展开法(Boundary IntegralResonant Mode Expansion)—简称BI-RME法、 时域有限差分法(FDFD)、 传输线模型法、 矩量法。 共性：针对Floquet周期结构采用模式扩展的方法来 分析的。即这些方法都是针对基片集成波导的金属柱来求 其传播特性的。这些实际装置的设计主要取决于求解单元 数量的多少。当对电大尺寸求解时要占用大量的计算时间 和存储空间。 关于积分谐振模式展开法和频域有限差分法已有文献 作了详细讨论，我们着重介绍金属柱的散射层叠法。
About Guided Wave Structures
High Q-factor Low Insertion Loss High Power Handling Capacity High Performance Bulky, Heavy, Costly Not easy to be integrated with planar circuits
并矢格林函数可方便的在谱域用以下公式描述：
GFREE (r, r ')
j
4
n
0
dk k
参见戴振铎的《电磁理论中 的并矢格林函数》
[
M
n
(k
,
k0
z
,
,
z)Mn (k k0z k2
,
k0z , ', z ')
Nn
(k
, k0z
,
,
z)Nn (k k0z k2
,
k0z , ', z ') ]
(2-1)