[发明专利]基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导

说明书

本发明公开了一种基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导，包括介质基板，所述介质基板的上下两个面为金属层且两侧设置有金属化通孔，所述介质基板上表面的金属层上设置有孔结构，所述孔结构内设置有连接金属层的电感网络，其在基片集成波导的一金属面上加载电感的方式得到一种人造材料，将此材料作为SIW的基片，产生慢波效应，同时有效降低了尺寸，实现了在工作带宽内满足截止频率、插入损耗等要求时，显著降低基片集成波导尺寸的效果；且通过调节电感值，可有效的调节相速度和本征阻抗，为SIW设计带来新的自由度。

技术领域

本发明涉及基片集成波导领域，具体涉及一种基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导。

背景技术

基片集成波导即Substrate Integrated Waveguide，简称SIW。基片集成波导技术，是指通过在上下底面为金属面的低损耗介质基片两侧，利用PCB工艺加工出金属化通孔阵列来实现的一种导波结构，金属面一般为敷铜。SIW可以等效于传统的介质填充波导。介质基片的上下底面可以看作是传统金属矩形波导的上下宽边；当两相邻金属化通孔之间的距离S小于传导波长的五分之一且S＜4d时，d为通孔直径，可以忽略孔间辐射损耗，类似于传统金属矩形波导的宽边。在理想情况下，电磁波被完全束缚于上下金属层和两侧金属化通孔之间的介质中传播，其传输特性也与金属矩形波导非常相似，传播主模为TE₁₀模。

基片集成波导技术的概念起源于上世纪末。1994年，日本学者F.Shigeki提出了一种称为“波导线”的结构，可以看作是SIW概念的萌芽。1995年，K.A.Zaki等在低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)上利用金属化通孔实现了滤波器。当时虽然没有提出SIW的概念，但其形式与现在使用的SIW结构一样。1998年，Hirokawa和Uchimura分别提出了一种由两排金属化通孔阵列形成的结构，该结构可以用来实现介质填充矩形波导的功能。在此基础上，从2000年开始，加拿大蒙特利尔大学的吴柯教授系统阐述了平面与非平面电路之间的集成问题，分析了未来发展趋势，并提出了基片集成波导的概念。其后，吴柯教授与东南大学洪伟教授及其科研团队对基片集成波导的性质进行了详细的研究并设计出一系列基于基片集成波导的微波元器件。基片集成波导可以非常容易地与平面结构相结合，这为基片集成电路的研究开辟了新的领域。并且，通过与LTCC和微机械加工技术的结合，可使得集成度更高。

SIW既很好地保持了传统金属波导的优点：高Q值和高功率容量，又易于与各种平面结构如微带线、共面波导等集成。基片集成波导已广泛地运用于微波毫米波电路系统及微波元器件的设计，如微波滤波器、天线、定向耦合器、功分器、移相器、功率合成器等。

然而，传统基片集成波导仍然存在以下几个方面的问题：

一、受固有尺寸的限制，SIW在更低频率下紧凑性仍然无法满足当今微波毫米波器件小型化的需求。与矩形波导类似，在较低射频频段内，SIW结构的缺点是紧凑性和工作带宽。因此，如何做到SIW有效小型化而不丧失良好的传导特性成为SIW在较低频段内广泛应用的瓶颈。

二、由于SIW结构单一，其传播相速度等传导特性仅与基片材料和SIW等效宽度相关。一旦基片选材和波导尺寸受限，其传导特性就不能二次调节，设计自由度较低。因此寻求一种既保留了传统SIW天生优势，又能带来新的设计自由度的改进型SIW结构成为SIW的重要研究发展方向。

三、传统SIW的本征阻抗同样受限于固有的基片电参数和波导尺寸，缺乏可独立调节的自由度，因此匹配问题一直难以通过通用的手段解决。同样，寻求一种可以自由调节本征阻抗的新型SIW成为科学研究和工程应用的新热点。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导。

本发明通过下述技术方案实现：