一種脊基片集成波導的設計方法技術

該發明專利技術公開了一種脊基片集成波導的設計方法,屬于微波無源器件領域，具體涉及一種RSIW的設計方法。通過在SIW縱向中心線嵌入非全高長方體金屬脊或在SIW結構中將該脊挖去并在露出的外表面覆上金屬構成。長方體金屬脊構成了中間電流的通路，對SIW駐波的影響較小，并且有效的將電場和磁場束縛在RSIW中央，降低了主模的截止頻率和提高了次高模的截止頻率，擴展了單模帶寬。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于微波無源器件領域，具體涉及一種RSIW的設計方法。
技術介紹
基片集成波導(substrateintegratedwaveguide:SIW)是上世紀90年代提出的一種新型波導結構，其基本結構為在低損耗介質基板上下兩面覆以金屬銅，基板側面加以金屬化通孔陣列。SIW兼具有金屬波導和微帶線的優點，同時能通過現有的PCB或LTCC工藝來制作。因此，在微波、毫米波通信器件和系統的開發研究領域受到了越來越多的關注。除了在各個領域研發SIW的應用，對SIW結構的研究也一直在進行。一方面，基片集成波導雖然能夠代替金屬波導應用于各種微波有源無源電路中，但是它并沒有改善波導的帶寬，因此在寬帶微波毫米波系統中的應用受到限制。另一方面，基片集成波導相較于金屬波導雖然橫向寬度可以降低至εr-1/2，但在一些應用中，希望可以將SIW的尺寸變得更小，更為緊湊。因此，衍生出了折疊基片集成波導(SubstrateIntegratedFoldedWaveguide：SIFW)，中間的金屬層使波導實現了折疊，在保持SIW的傳輸特性的同時，其橫向尺寸約為SIW的1/2；半模基片集成波導(Half-modeSubstrateIntegratedWaveguide:HMSIW)，垂直切割后的SIW切面近似等效于垂直磁壁，在保持SIW的傳輸特性的同時，將尺寸減小為SIW的1/2；折疊半模基片集成波導(FoldedHalf-modeSubstrateIntegratedWaveguide:FHMSIW)結合了SIFW和HMSIW兩種技術，進一步縮小了SIW的尺寸。脊基片集成波導(RidgedSubstrateIntegratedWaveguide:RSIW)通過在SIW中加脊而構成。相對于SIW，它具有頻帶寬、等效阻抗低和同頻率下尺寸小的優勢，相比于SIW，在帶寬和緊湊性兩個方面都有提升。2008年提出的一種脊基片集成波導(RidgedSubstrateIntegratedWaveguide:RSIW)通過在SIW縱向中心線嵌入周期性的非全高金屬脊柱而構成，該RSIW帶寬為4.9～13.39GHz，相對帶寬92.84％，與不加脊的SIW相比帶寬提高37％，此結構存在的問題是駐波比較大，通帶內回波損耗僅小于-9dB；2009年提出的一種脊基片集成波導的改進結構通過在SIW縱向中心嵌入非全高金屬脊柱，再在金屬柱底部加入一條金屬條帶而構成，該RSIW工作在ku波段，帶寬為6.8～25.0GHz，相對帶寬為114.5％，此結構存在的問題是加工較為復雜。
技術實現思路
本專利技術針對
技術介紹
存在的缺陷，提出了一種RSIW。本專利技術RSIW可通過在SIW縱向中心線嵌入非全高長方體金屬脊或在SIW結構中將該脊挖去并在露出的外表面覆上金屬構成。長方體金屬脊構成了中間電流的通路，對SIW駐波的影響較小，并且有效的將電場和磁場束縛在RSIW中央，降低了主模的截止頻率和提高了次高模的截止頻率，擴展了單模帶寬。本專利技術的技術方案如下：一種RSIW，通過在SIW嵌入非全高長方體金屬脊或在SIW結構中將該脊挖去并在露出的外表面覆上金屬構成。其特征在于，所述長方體金屬脊結構位于SIW縱向中心線上；所述的脊結構可以是雙脊也可以是單脊；所述脊結構在脊寬度與SIW寬度和通孔直徑之差的比值在0.15～0.35之間可獲得最大帶寬，即脊結構最優寬度與SIW寬度和通孔直徑之差的比值在0.15～0.35之間；所述雙脊結構RSIW的相對帶寬BWF隨著h/t的減小而增加，且在雙脊寬度取最優值時滿足函數關系式:BWF=(p1(ht)5+p2(ht)4+p3(ht)3+p4(ht)2+p5(ht)+p6)/(q+ht),]]>p＝[52.5,-167.9,229,-194.1,141.6,8.574],q＝0.04508，其中t為基板厚度，h為兩個脊之間距離；所述相對帶寬由主模截止頻率f1和次高模截止頻率f2計算可得，計算公式為所述單脊結構RSIW的相對帶寬BWF與h/t的函數關系基本與雙脊結構一致，當h/t<0.2時存在一定的誤差；所述脊結構在脊寬度取最優值時，主模和次高模的截止頻率幾乎以相同的量相對于中心頻點減小和增加。上述一種脊基片集成波導的設計方法，包括以下步驟：步驟1：利用基片集成波導和矩形波導的等效公式確定基片集成波導的寬度w，金屬通孔直徑d和孔間距p，根據現有板材厚度選定基板厚度t；步驟2：在基片集成波導中構建長方體金屬脊，確定采用單脊還是雙脊結構；脊寬度為w2，取步驟3：根據需要基片集成波導的主模截止頻率f1和次高模截止頻率f2計算可得相對帶寬BWF，計算公式為步驟4：利用步驟2中的脊寬度，根據相對帶寬BWF與h/t的函數關系計算出脊高度t-h，得到滿足帶寬的RSIW；其中相對帶寬BWF與h/t的函數關系為：BWF=(p1(ht)5+p2(ht)4+p3(ht)3+p4(ht)2+p5(ht)+p6)/(q+ht)]]>其中[p1、p2、p3、p4、p5、p6]＝[52.5、-167.9、229、-194.1、141.6、8.574]，q＝0.04508，t為基板的厚度。本專利技術的有益效果為：本專利技術通過在SIW縱向中心線嵌入非全高長方體金屬脊或在SIW結構中將該脊挖去并在露出的外表面覆上金屬構成RSIW。長方體金屬脊構成了中間電流的通路，對駐波的影響較小，并且有效的將電場和磁場束縛在RSIW中央，當脊寬度選取最優值時幾乎以相同的量降低了主模的截止頻率和提高了次高模的截止頻率，擴展了帶寬。附圖說明圖1為實施例RSIW的結構圖；圖1中:1為頂層金屬，2為底層金屬，3為介質基板，4為金屬通孔，5為長方體金屬脊；圖2為實施例RSIW相位常數與頻率的關系圖；圖3為實施例RSIW的S11參數仿真結果；圖4為實施例RSIW的S12參數仿真結果。具體實施方式下面結合附圖和實施例，詳述本專利技術的技術方案。一種RSIW，通過在SIW嵌入非全高長方體金屬脊或在SIW結構中將該脊挖去并在露出的外表面覆上金屬構成。其特征在于，所述長方體金屬脊結構位于SIW縱向中心線上；所述的脊結構可以是雙脊也可以是單脊；所述雙脊結構在脊寬度與SIW寬度和通孔直徑之差的比值在0.15～0.35之間可獲得最大帶寬，即雙脊結構最優寬度與SIW寬度和通孔直徑之差的比值在0.15～0.35之間；所述單脊結構最優寬度稍小于雙脊結構；所述雙脊結構RSIW的相對帶寬BWF隨著h/t的減小而增加，且在雙脊寬度取最優值時滿足函數關系式p＝[52.5,-167.9,229,-194.1,141.6,8.574],q＝0.04508，其中t為基片的厚度，t-h為脊的高度；所述相對帶寬由主模截止頻率f1和次高模截止頻率f2計算可得，計算公式為所述單脊結構RSIW的相對帶寬BWF與h/t的函數關系基本與雙脊結構一致，當h/t<0.2時存在一定的誤差；所述脊結構在脊寬度取最優值時，主模和次高模的截止頻率幾乎以相同的量相對于中心頻點減小和增加。實施例一種X波段雙脊結構倍頻RSIW的設計方法，包括以下步驟：步驟1：利用SIW和矩形波導的等效公式確定SIW寬度w＝16mm，金屬通孔直徑d＝0.8mm和孔間距p＝1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種脊基片集成波導的設計方法，包括以下步驟：步驟1：利用基片集成波導和矩形波導的等效公式確定基片集成波導的寬度w，金屬通孔直徑d和孔間距p，根據現有板材厚度選定基板厚度t；步驟2：在基片集成波導中構建長方體金屬脊，確定采用單脊還是雙脊結構；脊寬度為w2，取步驟3：根據需要基片集成波導的主模截止頻率f1和次高模截止頻率f2計算可得相對帶寬BWF，計算公式為步驟4：利用步驟2中的脊寬度，根據相對帶寬BWF與h/t的函數關系計算出脊高度t?h，得到滿足帶寬的RSIW；其中相對帶寬BWF與h/t的函數關系為：BWF=(p1(ht)5+p2(ht)4+p3(ht)3+p4(ht)2+p5(ht)+p6)/(q+ht)]]>其中[p1、p2、p3、p4、p5、p6]＝[52.5、?167.9、229、?194.1、141.6、8.574]，q＝0.04508，t為基板的厚度。

【技術特征摘要】
1.一種脊基片集成波導的設計方法，包括以下步驟：步驟1：利用基片集成波導和矩形波導的等效公式確定基片集成波導的寬度w，金屬通孔直徑d和孔間距p，根據現有板材厚度選定基板厚度t；步驟2：在基片集成波導中構建長方體金屬脊，確定采用單脊還是雙脊結構；脊寬度為w2，取步驟3：根據需要基片集成波導的主模截止頻率f1和次高模截止頻率f2計算可得相對帶寬BWF，計算公式為步驟4：利用步驟2中的脊寬度，根...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪曉光，李麗華，張宇希，鄧龍江，陳虹宇，董師伶，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51