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摘要基片集成波导(SIW，Substrate Integrated Waveguide)由加拿大吴柯教授等提出，它具有高 Q 值，低损耗，重量轻，便于和微带电路集成等优点[1]。而半模基片集成波导(HMSIW，Half-Mode Substrate Integrated Waveguide)是在SIW基础上提出的波导结构。与SIW相比，HMSIW尺寸仅有其一半，在微波毫米波电路中有着更好的应用前景。 本文的主要研究内容是 HMSIW 的传输特性和侧壁漏波特性。运用商业电磁仿真软件HFSS 获得散射参数，通过比较 SIW 和 HMSIW 的散射参数推导得出介质基片的厚度范围。在此基础上，针对多条结构相同，厚度不同，介质材料不同的 HMSIW，深入研究诸多关键因素如基片厚度、金属通孔的直径和间距之比以及介质基片相对介电常数对 HMSIW 侧壁漏波特性的影响。31129
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毕业论文关键词 半模基片集成波导 侧壁漏波特性 传输特性
Title Study on the characteristics of leaky wave on half-mode substrate integrated waveguide lateral wall
Abstract Substrate Integrated Waveguide(SIW) is proposed by Ke Wu, Canadian professor. SIW is equipped with a high Q value, low loss, light weight and easy integration features. Half-Mode Substrate Integrated Waveguide(HMSIW) is a new waveguide structure based on SIW. Compared with SIW, HMSIW has only a half of its size. It has a better prospect in microwave millimeter-wave circuit. In this paper, we mainly research the transmission characteristics and the leaky wave characteristics of lateral wall. We use HFSS, one commercial electromagnetic simulation software, to get the scattering parameter. By comparing the parameters of SIW and HMSIW, we derive out the range of substrate thickness. On this basis, we further investigate the influences of some key factors on the transmission characteristic of HMSIW. The key factors includes the thickness of the substrate, relative permittivity of the substrate, the metal hole diameter and the distance between them.
Keywords Half-Mode Substrate Integrated Waveguide leaky wave characteristic of lateral walltransmission characteristic
目次
1绪论...1
1.1相关领域研究背景和现状.1
1.2Half-Mode基片集成波导的技术研究现状...3
1.3本文研究目标和主要内容.4
2基本理论...5
2.1基片集成波导空间结构及其主要分析方法...5
2.2Half-Mode基片集成波导.7
2.3HFSS软件简介.10
3Half-Mode基片集成波导的侧壁漏波特性分析...11
3.1介质基片厚度对于侧壁漏波特性的影响11
3.2金属通孔直径和间距对HMSIW传输特性影响16
3.3HMSIW介质基片材料对侧壁漏波特性的影响17
结论...19
致谢...20
参考文献..21
1 绪论 1.1相关领域研究背景和现状 1.1.1 主要传输线种类 伴随着现代微波理论技术的迅猛发展，微波波段已经将范围扩展至 300MHz 到 3THz 范围之间的电磁波。因为微波具有高频特性、短波特性、散射特性、穿透性和量子特性等基本特点[6]，如今微波已经用于雷达、卫星通信、移动通信，并作为重要的科学研究手段得到了广泛应用。而微波传输线是传输电磁波能量的一个重要载体，所以在实际应用中微波传输线显得格外重要，是所有应用中必不可少的[3]。 按空间几何结构大致来分，微波传输线可以被分两大类——非平面结构和平面结构。其中，非平面结构主要由矩形波导、圆波导以及同轴线等结构构成，而诸如微带线、带状线和槽线等则都是属于平面结构的范畴，在平面的电路应用经常会涉及。随着微波技术的发展，各式各样的微波传输线出现了，他们的特性不尽相同，并且有着他们独特的发展背景和发展历程[8]。 低频下，两根形状没有特殊要求的平行导线即可完成传输的任务，然而随着频率升高，波长开始缩短。当波长与平行导线之间距离相近时，所需传输的能量会通过导线辐射到空间中，导致能量损耗增大，传输效率变低。于是，为了避免这样的损耗，人们提出了同轴线[9]。同轴线可以避免辐射损耗，但随着频率提高，波长随之减小，同轴线横截面尺寸必须相应地减小，这会增加同轴线的欧姆损耗；从而限制传输功率容量；为了解决上述问题，将同轴线内导体变成空心的金属管，我们称之为“波导”；随着空间技术的发展，波导由于太笨重，于是出现了微带线；但微波工作频率的进一步提高，微带线缺点越来越明显，其尺寸小至难以加工，于是出现了介质波导；而鳍线的弧线为微波高频领域又开辟了一片新天地[3]。 随着微波技术理论的不断发展，微波电路需要小型化、平面化、集成化等特点来满足人们对于微波电路越来越高的要求。平面化的微波结构既有优点也有缺点。优点在于，平面结构电路可以容易地把有源结构和无源结构连接起来，有效实现系统内部电路结构的集成，从而保证系统电路的整体性、完备性，大大提高系统的性能、满足人们对于微波电路的需求[10]。然而，它的缺点在于，平面电路由于本身固有属性，存在着多种损耗，例如导体损耗、辐射损耗和介质损耗等问题。以上问题的出现导致系统的传输效率被迫降低，因此平面电路结构不适合工作在毫米波波段，同时也无法构成满足条件的高 Q 值部件。与平面电路结构不同，
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