四川省电子学会电子测量与仪器专委会第十三届学术年会论文集
基片集成波导功分器仿真设计
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邓磊+唐高弟
(中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳，621900)
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摘要基片集成波导(slw)是一种新型的高Q值、低损耗集成导波结构，并能方便实现与微
带线、共面波导等平面传输线的集成，且易于设计和加工。可以广泛应用于微波毫米波集成电路中．
本文探讨了SIW功分器的工作原理，介绍了SlW功分器的设计规则和关键技术，并使用IIFSS仿真
设计了一个Ka波段SIW功分器，仿真结果表明其在毫米波频段具有良好的性能，且结构简单，易
于生产．
关键词基片集成波导功分器毫米波
1引言
在现代微波毫米波电路的设计中，功率分配器件占据了很重要的位置，特别是在微波毫米波阵
列天线的设计中，功率分配器的工作带宽、插损和功分比决定了天线阵列的工作带宽、增益和方向
图形状。在毫米波频段，由于器件的体积较小，具有复杂结构的器件会增加加工难度和生产成本，，
因此有必要对功率分配器件进行进一步的研究，设计出结构简单容易加工的高性能功率分配器件。
基片集成波导(Substrate
IntegratedWaveguide，SIW)技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片
中的新型导波结构，它可以有效地实现无源和有源集成，使微波毫米波系统小型化。本文主要根据
基片集成波导的传输特性和设计规则，开展了基片集成波导结构的功分器设计理论和关键技术研究，
并通过三维电磁场仿真软件仿真设计了一个Ka波段基片集成波导功分器。
2基片集成波导传输特性和设计规则
图1描述了一个典型的单层基片集成波导几何结构。图中介质基片的上下表面均为金属化层，在
介质基片中相隔一定距离制作两排金属化通孔，于是在上下金属面和两排金属化孔之间就形成了一
个类矩形波导的结构，称作基片集成波导。介质基片的上下金属面可以看成是相应矩形波导的上下
波导壁。两排金属通孔构成了传统矩形金属波导的两个金属侧壁。当电磁波在两排金属通孔中传输
时，它的传输特性和波在传统矩形金属波导中的传输特性相类似。在图1中，嗾示两排金属通孔的
圆心之间的距离，称作基片集成波导的宽度，Weff是基片集成波导等效为传统波导的宽度，D表示金
属通孔的直径，^是介质基片的厚度，而b为金属化孔阵的周期。只要满足6／D2和D／矽0．2，
基片集成波导的传输特性与等效的矩形波导基本一致n1。
‘作者简介：邓磊(1979·)，男，四川省简阳市人，2006年5月毕业于中国工程物理研究院北京研究生部无线电物理
专业，获理学硕士学位，主要从事微波毫米波电路和组件、雷达引信技术研究工作。
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图1基片集成波导结构图
基片集成波导与矩形波导具有类似传输特性，同时由于结构的特殊之处，两者也存在一定的差
别。根据研究【Il，基片集成波导只能传输忽柚模，这是由于基片集成波导的侧壁由周期排列的金属
化过孔构成，这种结构可以等效为在矩形波导的窄壁上横向开槽。根据矩形波导理论可知，如果开
槽切割管壁电流，波导内传输模式的能量将向空间辐射：若开槽不切割管壁电流，则基本不产生空
间辐射．由矩形波导中TEa。模管壁电流分布情况可知，窄壁横向开槽不切割管壁电流，因此基片集
成波导结构可以传输甄。模，其中TEl。模为传播主模。而对于矩形波导中TM模，窄壁电流为纵
向分布，横向开槽必然切割电流，从而产生较大空间辐射，使得n嗄在基片集成波导中无法传播。
同理，死’舢模(以≠0)在基片集成波导中也无法传播。
实验和仿真已经证