平面SIW-CPW混合集成共享导波结构理论及其应用研究

With the development of microwave technology and increase of communication frequency, LSI (large scale integrated circuit) has become the trend. New waveguide structure with low cost and low loss characteristics which can be easily connected to passive or impassive device in series or parallel and suitable to transfer electronmagnetic wave in high or low frequency has become one of main research objects of microwave circuit. Weak dispersion characteristics of CPW provieds the possibility to design wideband circuit and devices. High integration and miniaturization of SIW provide the realizability to design highly integrated and low cost microwave circuit.The project proposes a substrate integrated sharing planar waveguide structure by synthesizing the advantages of substrate integrated waveguide and CPW transmission line. The project amylase the electromagnetic field distribution and characteristics of transmission, impedance, dispersion and decay of integrated sharing waveguide structure to deduce the close solution of characteristic parameters in theory and explore wideband-coupling mechanism of SIW-CPW and CPW-SIW on narrow wall. Then CPW-SIW, CPW-SIW coupler and power division network will be designed.The research of the waveguide structure will be focused on application at the frontend of system at microwave band such as switching circuit, six-port network, feeding network of antenna, active antenna, distributed phase shifter and amplifier which can provide greater flexibility for research, design and application of SICS.

随着微波技术的不断发展，通信工作频率不断提高，大规模集成电路成为趋势。低损耗、低成本、易于并联或串联有源和无源元件、适合高低频传输的新型导波结构成为微波电路主要研究对象之一。共面波导(CPW) 弱色散性为设计宽带电路和器件提供了可能性；基片集成波导（SIW）的高集成性、小型化为高集成度、低损耗微波电路设计提供了可实现性。本项目综合SIW和CPW传输线的各自优点，将两者结合起来，提出了一种基片集成共享的平面导波结构。本项目从集成共享导波结构的电磁场分布、传输特性、阻抗特性、色散特性、衰减特性着手，理论推导特性参量的闭合解；探索SIW-CPW及CPW-SIW窄边宽带耦合的实现机理；研究CPW-SIW、CPW-SIW耦合器、功分网络，开展此导波结构在毫米波前端的一些转换电路、六端口网络、天线馈电网络、有源天线、分布式移相器和放大器等方面研究，为基片集成电路的研究、设计与应用提供更大的灵活性。

随着微波技术的不断发展，通信工作频率不断提高，大规模集成电路成为趋势。传输线是微波电路的基本结构，传输线的特性对大规模集成电路的性能有着不可忽视的影响。本项目综合SIW、CPW的各自优点提出了一种基片集成共享的平面导波结构。项目组自立项以来，围绕集成共享导波结构的传输特性、阻抗特性、色散特性、以及SIW与CPW之间的相互耦合特性等方面进行了分析，为此结构在微波电路中的应用奠定理论基础。通过深入研究SIW主模场型为TE10模与CPW中传输的准TEM波的电磁耦合转换机理，实现SIW-CPW以及CPW-SIW窄边宽带耦合，并实现了基于集成共享导波结构的宽带功率分配器、耦合器，进行了实验验证。项目组探索实现了基于集成共享导波结构的宽带、结构紧凑、幅度相位一致性好的功分网络，完成了大规模毫米波天线阵列、圆极化阵列以及多极化天线的实验验证。. 项目组提出了微带耦合馈电阵和SIW耦合馈电阵的设计方法，采用耦合馈电的方式可以有效地简化阵列天线的馈电结构。所设计的耦合馈电天线阵结构简单紧凑，性能良好，不但可以单独使用，同时可用作高增益阵列天线的子阵单元。将微带和SIW耦合馈电阵作为子阵，加载SIW并馈网络应用于高增益大规模阵列天线的设计之中。提出了采用切比雪夫不等幅分布技术和45°极化技术降低平面阵列天线旁瓣电平的方法。利用耦合馈电天线阵，简化了多波束阵列天线的馈电结构，提高了波束扫描天线的性能。. 项目组针对平面SIW喇叭天线窄带特性，提出了一系列宽带平面SIW喇叭的实现方法并深入分析了其实现机理；项目组深入研究了SIW介质的导波作用，实现了SIW喇叭天线结构更加紧凑；项目组围绕SIW端射天线的圆极化辐射展开研究，实现SIW端射天线的低剖面、宽轴比、宽带圆极化。. 项目组在研究过程中提出了很多新思想和新方法。部分成果得到了国内外专家学者的肯定。已在IEEE Trans. Antennas Propag. 发表论文8篇，已在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters 发表论文3篇，已在IEEE Microwave Wireless Component Letters 发表论文1篇，已在Electronic Letters 发表论文2篇；已申请或授权专利6项。