第5讲基片集成波导-I.pptx

一基片集成波导的传播特性二基片集成波导的应用图1基片集成波导结构图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AboutGuidedWaveStructures基片集成波导基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide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。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。图2全模基片集成波导演化为半模基片集成波导示意图图3SIW与HMSIW的主模图2.对基片集成波导与矩形波导等效的分析2.对基片集成波导与矩形波导等效的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(BoundaryIntegral-ResonantModeExpansion)—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。图4SIW结构(a)波导端口(b)同轴端口图2-5同轴和波导端口的坐标系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并矢格林函数可方便的在谱域用以下公式描述：是圆柱矢量本征函数定义如下：(2-2)其中(2-3)考虑到在平行板坐标位置(r’)处磁流单元的存在该磁流沿着z的正向和z的负向辐射两个方向的电磁波该电磁波要被上下两个平板散射。根据矢量波动方程的展开式：(2-4)这里A1、A2、B1和B2都是未知矢量函数由于在上下金属平面的切向电场都要是零所以格林函数都要满足以下方程：(2-5)其中方程(2-4)中的未知矢量函数A1、A2、B1和B2分别为(2-6)其中根据留数定理由谱域积分可得(2-7)其中(2-8)用替换根据柱函数加法定理式(2-7)可以写成更为紧凑的形式(2-9)其中(2-10)下面来分析金属通孔的影响：在没有金属圆柱通孔的平板波导其磁流的辐射场和金属圆柱的散射场合在一起总磁场为：(2-11)上式中散射场是以金属圆柱为中心从金属圆柱出发的外向波