2。2。2 基片集成波导传输特性

基片集成波导和传统的矩形金属波导的结构形状相差不大，其电磁波传输性能因此也和 传统矩形金属波导相像，若将基片集成波导两侧的金属化通孔看做是传统矩形金属波导的两 边导波壁，而其上下表面的金属层看做是矩形金属波导的顶面和地面的导波壁。当电磁波传 输时，电磁场在介质基片和两边的金属化通孔阵列之间传播，只有少量电磁能量泄露出模型。 随着对基片集成波导研究的深入，等效模型法、全波分析法以及软件仿真等研究方法应用的 越来越多。

因为基片集成波导的电磁传播性能和传统矩形金属波导雷同，经过对电磁场的参数研究

本科毕业设计说明书（ 论文） 第 5  页 解析以及相关电磁实验的验证，能够将基片集成波导的设计和传统矩形金属波导相联系，对 传统矩形金属波导的研究分析计算方法直接运用在关于基片集成波导的分析研究中，不仅轻

易地降低了设计问题的难易程度，而且大大提高设计效率，缩短需要的时间，这就是等效模 型法。在实际工程应用中经常会涉及到大型基片集成波导结构，用软件进行结构仿真时需要 大量的内存空间以及计算时间，仿真结果的数据量也会及其庞大，会给设计分析造成很大的 麻烦。根据等效模型法，可以利用基片集成波导与传统矩形金属波导的等效公式优化设计运 算，设传统矩形金属波导等效宽度为 aRWG，基片集成波导等效传统矩形金属波导的经验公式 如下：

如果已知基片集成波导的宽度 a，金属通孔的直径 d，同一边邻近的金属通孔圆心之间的 距离 p，由上诉公式（2-1）到（2-4），得到传统矩形波导的等效宽度，实用性已经在实际工 程中得到验证。

全波分析法种类很多，由于选择结构的不一样，需要考虑不同方面的因素，分析问题的 方法也就有了差异。基片集成波导是由多个金属通孔密切组合在一起构成的，如果用积分方 程分析问题会得到大量的待求函数，问题过于复杂很难解决。因此一般会选择矩量法、有限 时域差分法或者有限元法，根据边界条件求解出源分布的积分方程，得到源分布，最后根据 积分式算出总场，有效简化了算法复杂程度，大大缩短了运算时间。有限元法的本质是让连 续的待求场域分解变为有限个相连节点的等效组成体，即将待求场域的函数假设分解为各单 元内的相似函数，因为单元结构各异，且能够根据任意的连接方式结合，所以能组成各种几 何图形的求解场域。同时，可以通过常函数在各个单元节点的数值以及差值函数表达各个单

第 6  页 本科毕业设计说明书（论文） 元内的近似函数，待求场域函数在每个节点的参数就酿成新的待求量，这样用求解离散的有 限自由度待求量，代替求解连续的无穷自由度难题，可以利用迭代法或直接法解决有限元方

程问题。

在信息时代的高速发展下，有限元法、时域有限差分法等分析方法的创立推动了商用软 件的发展，以往难以解决的大量天线问题可以借助数字计算机处理，使天线的设计能利用商 用软件进行准确的预算优化。基于有限元法的 High Frequency Structure Simulator （HFSS）、 基于时域有限差分法的 CST Microwave Studio、基于矩量法的 AWR Microwave Office 等商用 软件已经得到广泛应用[9]。本论文使用的仿真工具 Ansoft HFSS 是由美国 Ansoft 公司研发的 可以分析研究多种三维无源结构的高频电磁场的全波三维电磁仿真软件，可以轻易给出品质 因数、传播常数、特征阻抗、天线参数以及天线方向图等参数。