第讲基片集成波导I
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。
第4章集成光波导1-2
7
§4.2 对称平板波导中的模式
▪ 图中画出了两个波的传播因子。图中被导波的净传播方向
是在水平方向上。传播因子在这个方向上的分量为：
k sin k0n1 sin.......... .......... .....4.3
▪ 通常称之为纵向传播因子。
k0
nneeffffckk00...k..0.n..1k.s.0i.n........n. 1..s.i.n...............................................44..67
▪ 对于波导中光的传播，等效折射率是一个关键参数，正如折
射率在非导向波传播中所起的作用。
图4.3 传输模式在Z字形路径上 的一个周期。波的相位沿传输路 径以及在反射面上发生变化。
§4.2 对称平板波导中的模式
——4.2.2 TE偏振和TM偏振
▪ 处理平面边界上的反射问题时，一般将其分解成两种可能的
偏振形态：电场强度矢量垂直于入射平面和平行于入射平面。
▪ 如图yz为入射面。电场指向x轴方向对应于垂直偏振，或称为
3
§4.1 电介质平板波导
▪ 电介质平板波导的结构如图4.1。电磁波主要在中间层传播，
其折射率为n1。中间层通常很薄，一般小于一个微米，称 为薄膜。薄膜夹在折射率分别为n2和n3的敷层与衬底之间。
▪ 光线通过内全反射被束缚在中心薄膜之中。只有当n2和n3都
小于n1时，才会发生内全反射。
图4.1 电介质波导 （n1>n2,n1>n3)
1
第4章 集成光波导
——在一个集成光网络中，光通过矩形电介质波导 在各个元件间传输。平板光波导在集成光学中的作 用与光纤相似，本章将研究光在平板波导中的传播 规律。学习光在平板波导中的传播特性有助于理解 光在光纤中的传播。
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。
《2024年基片集成波导技术的研究》范文
《基片集成波导技术的研究》篇一一、引言随着无线通信技术的快速发展，基片集成波导技术（Substrate Integrated Waveguide, SIW）在微波和毫米波电路中得到了广泛的应用。
该技术以其高集成度、高稳定性和低成本的优势，逐渐成为了射频领域研究的重要方向。
本文将对基片集成波导技术的研究进行深入的探讨。
二、基片集成波导技术概述基片集成波导技术是一种在印刷电路板（PCB）上实现的微波传输线技术，它采用平面结构设计，使得射频电路具有较高的集成度。
与传统的同轴线和矩形波导相比，SIW技术具有结构简单、体积小、易于制造等优点。
在毫米波和微波系统中，基片集成波导被广泛用于信号传输、耦合和辐射等功能。
三、基片集成波导技术的研究进展（一）理论研究早期对基片集成波导技术的研究主要集中在理论分析和建模上。
学者们通过电磁仿真软件（如HFSS）对SIW进行建模，分析了其传播特性和损耗特性，为后续的工程应用奠定了基础。
（二）工艺制造随着工艺技术的不断发展，基片集成波导的制造工艺也得到了不断优化。
从最初的厚膜工艺到现在的薄型PCB工艺，SIW的制造工艺已经越来越成熟，制造成本也在不断降低。
（三）应用领域基片集成波导技术在无线通信领域得到了广泛应用。
在5G 基站、卫星通信、雷达系统等领域，SIW技术都发挥着重要作用。
此外，SIW技术还被应用于生物医学、汽车雷达等领域。
四、基片集成波导技术的关键问题及解决方案（一）传输损耗问题由于基片材料和金属层的损耗，基片集成波导的传输损耗问题较为突出。
为降低传输损耗，可采用低损耗的介质材料和优化结构设计等措施。
此外，采用新型的表面处理技术也能有效降低传输损耗。
（二）信号泄漏问题由于SIW的结构特点，信号在传输过程中容易发生泄漏。
为解决这一问题，需优化波导壁的阻抗匹配设计，减小信号的反射和散射。
同时，在设计中要充分考虑结构的尺寸和布局等因素，避免可能产生信号泄漏的潜在问题。
五、展望未来研究趋势与挑战（一）研究方向与趋势未来，基片集成波导技术将进一步朝着小型化、集成化和多功能化方向发展。
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。
射频与微波电路-教学大纲、授课计划
《射频与微波电路》教学大纲一、课程信息课程名称：射频与微波电路课程类别：素质选修课/专业基础课课程性质：选修/必修计划学时：64计划学分，4先修课程：无选用教材：《射频与微波电路》，李兆龙，王贵主编，2023年，电子工业出版社教材。
适用专业：本课程适合作为通信、电子信息类专业的课程，也适合相关工程技术人员参考。
课程负责人：二、课程简介本课程以传输线理论为钥匙，试图打开射频与微波电路“场”与“路”相互交织的大门，通过深入剖析具有高度学习价值的经典射频与微波电路，促使学生快速掌握射频与微波无源电路和有源电路的基本设计原理、方法，以及一定的使用经验，使得不具备高深电磁理论的学生也能在短期内掌握这一不遵循摩尔定律的电路设计艺术。
三、课程教学要求求与相关教学要求的具体描述。
“关联程度”栏中字母表示二者关联程度。
关联程度按高关联、中关联、低关联三档分别表示为“H”或“1”.”课程教学要求”及“关联程度”中的空白栏表示该课程与所对应的专业毕业要求条目不相关。
四、课程教学内容五、考核要求及成绩评定六、学生学习建议(-)学习方法建议1.依据专业教学标准，结合岗位技能职业标准，通过案例展开学习，将每个项目分成多个任务，系统化地学习。
2.通过每个项目最后搭配的习题，巩固知识点。
3.了解行业企业技术标准，注重学习新技术、新工艺和新方法，根据教材中穿插设置的智能终端产品应用相关实例，对己有技术持续进行更新。
4.通过开展课堂讨论、实践活动，增强的团队协作能力，学会如何与他人合作、沟通、协调等等。
（-）学生课外阅读参考资料《射频与微波电路》，李兆龙，王贵主编，2023年，电子工业出版社教材。
七、课程改革与建设本课程坚持的理念是着重培养学生分析问题和解决问题的能力，而不是单纯的知识点的积累。
对于人的成长，重要的是对知识理解的积累，而不仅仅是知识库容的扩大。
所以，本课程不追求大而全的包含射频与微波电路学科的全部知识点，而是侧重深度分析和应用具有极高学习价值的射频与微波典型电路及结构，从而达到提高学生分析问题与解决问题能力的教学目标。
基片集成波导技术的研究
基片集成波导技术的研究基片集成波导技术的研究摘要：基片集成波导技术是一种在光通信领域中广泛应用的技术，它通过将波导器件集成在基片上，实现了光路的高集成度和紧凑性，极大地提高了光通信系统的性能和可靠性。
本文主要介绍了基片集成波导技术的研究进展和应用。
首先，介绍了基片集成波导技术的基本原理和特点。
随后，详细探讨了基片集成波导器件的设计和制备方法，包括光刻、离子注入、溅射沉积等。
接着，分析了基片集成波导器件的性能和优势，包括低损耗、高效率和稳定性等。
最后，介绍了基片集成波导技术在光通信领域中的应用，包括光开关、光调制器和光放大器等方面。
关键词：基片集成波导技术；光通信；波导器件；性能；应用1. 简介基片集成波导技术是一种在光通信领域中广泛应用的技术，它将波导器件集成在基片上，实现了光路的高集成度和紧凑性。
基片集成波导技术不仅可以提高光通信系统的性能和可靠性，还能够减少系统的功耗和体积，降低系统的成本。
因此，基片集成波导技术具有重要的研究和应用价值。
2. 基片集成波导器件的设计和制备方法2.1 光刻技术光刻技术是基片集成波导器件制备的核心技术之一。
它通过光敏胶和光遮罩的配合，实现了对光刻胶的局部曝光和显影，得到所需的波导结构。
光刻技术具有分辨率高、加工精度高的优势，能够满足基片集成波导器件制备的要求。
2.2 离子注入技术离子注入技术是基片集成波导器件制备的一种关键技术。
它通过注入离子束到基片中，改变材料的光学性能，实现波导结构的形成。
离子注入技术具有制备工艺简单、控制性能好的优势，能够满足基片集成波导器件制备的要求。
2.3 溅射沉积技术溅射沉积技术是基片集成波导器件制备的一种重要技术。
它通过将材料蒸发并喷射到基片上，实现波导结构的形成。
溅射沉积技术具有高效率、制备过程简单的优势，能够满足基片集成波导器件制备的要求。
3. 基片集成波导器件的性能和优势3.1 低损耗基片集成波导器件具有较低的光损耗，能够减少系统的信号衰减。
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 ')
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4
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参见戴振铎的《电磁理论中 的并矢格林函数》
[
M
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,
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,
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,
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(2-1)
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1.基片集成波导结构的实现方法及其分类
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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。
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。
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'2actg14w aln4wR
矩形波导壁 表面阻抗
s 0
SIW 壁 表 面 阻抗容性
其中
n(k,,)H Jnn2((kk)e)ejnjn
0
z
k
2
', z ') ]
(2-1)
z z ( r r ')
k
2 0
3.对基片集成波导结构的数值分析
Mn(k,k0z,,z) ，Nn(k,k0z,,z)是圆柱矢量本征函数，
定义如下：
M n (k ,k 0 z, ,z) (n (k , ,)e jk 0 zzz)
N n (k ,k 0 z,,z ) (n (k ,,) e jk 0 zzz )/k(2-2)
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。
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
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)
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
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。
并矢格林函数可方便的在谱域用以下公式描述：
G F R E E ( r , r ')
j
4
n
0 dkk
参见戴振铎的《电磁理论中 的并矢格林函数》
M [
n(k ,
k0z,
, z)M n(k
k
0
z
k
2
, mk 0z ,
',
z
')
N n (k , k0z, , z)N n ( k ,mk0z,
k
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
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)
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。
第15讲 基片集成波导
第5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
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 j40Βιβλιοθήκη ln4WR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
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