折叠衬底集成波导（FSIW）的理论研究及工程应用

论文摘要

现代通信技术的发展，对微波电路的研究提出了平面化、小型化和集成化的要求。本文在衬底集成波导（substrate-integrated waveguide，SIW）的研究基础上，提出了新型的折叠衬底集成波导（folded substrate integrated waveguide，FSIW）结构。这种新型结构不仅保留了原来的SIW结构的传输特性，而且其横向尺寸减小了一半，结构更为紧凑，可利用空间更大，可以用于设计小型化、集成化的新型微波毫米波电路或系统。本文用理论分析的方法首次推导了FSIW的传输特性（传播常数及主模截止频率）公式，以及FSIW的宽度及中间层间隔宽度的计算公式。利用这些公式，可以对FSIW进行较准确的理论分析并有效地指导FSIW及相关器件的工程设计。理论计算的结果与HFSS仿真和实验测试结果吻合很好，验证了理论分析方法的有效性和精度。接着，本文在总结了几种SIW弯波导结构的基础上，以其中一种弧度弯曲为例，阐述了FSIW弯波导在两个不同波段的传输特性，并将FSIW直波导的理论公式应用在FSIW弯波导的结构设计中，进一步对理论分析方法的有效性进行了验证。最后，以FSIW结构为平台，并结合新型的螺旋紧凑型微带谐振单元结构（spiral compact microstrip resonant cell，SCMRC），设计并制作了一个超宽带的带通滤波器，测试和仿真结果吻合较好，证明了FSIW结构应用的可行性。我们深信大量基于SIW或是矩形波导的其它应用能够在FSIW结构中体现出来，获得更为紧凑并具有较高集成度的电路或系统设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 相关领域的发展状况
• 1.3 本论文的主要工作
• 第2章 SIW和FSIW的传输特性
• 2.1 SIW的传输特性
• 2.2 SIW与矩形波导的等效
• 2.3 SIW与传输线之间的转换
• 2.4 FSIW的传输特性
• 2.5 小结
• 第3章 FSIW传输特性的理论分析及验证
• 3.1 背景简介
• 3.2 FSIW传输特性公式的推导
• 3.2.1 金属柱的表面阻抗
• 3.2.2 FSIW结构到脊波导的转化
• 3.2.3 并联电容C的公式
• 3.2.4 FSIW的特性公式
• 3.3 FSIW特性公式的验证
• 3.3.1 FSIW特性公式的仿真验证
• 3.3.2 FSIW特性公式的实验验证
• 3.3.2.1 FSIW传输线的设计
• 3.3.2.2 测试结果与结论
• 3.4 小结
• 第4章 SIW-bend和FSIW-bend的传输特性
• 4.1 衬底集成波导弯曲（SIW-bend）结构
• 4.1.1 45°斜角弯曲
• 4.1.2 正方形切口弯曲
• 4.1.3 弧度弯曲
• 4.2 折叠衬底集成弯波导（FSIW-bend）的传输特性
• 4.2.1 FSIW和FSIW-bend传输特性的比较
• 4.2.2 SIW-bend和FSIW-bend传输特性比较
• 4.3 小结
• 第5章 FSIW-SCMRC带通滤波器
• 5.1 SCMRC的简介及特性
• 5.2 FSIW-SCMRC带通滤波器
• 5.2.1 FSIW-SCMRC滤波器的设计
• 5.2.2 测试结果与讨论
• 5.3 小结
• 第6章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表或投出的论文