【摘 要】
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基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）在介质基板中实现了波导中场的传播模式,具有功率容量大、辐射损耗小等特点。通过在SIW中加载微波周期结构对电磁波进行调制,SIW器件的性能可以被进一步改善。本文将基片集成波导和周期结构相结合,从基础理论、结构分析和器件设计三个层次,开展对SIW微波无源器件小型化和高性能等方面的研究,既具有理论意义,又具有应用价值。本
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基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）在介质基板中实现了波导中场的传播模式,具有功率容量大、辐射损耗小等特点。通过在SIW中加载微波周期结构对电磁波进行调制,SIW器件的性能可以被进一步改善。本文将基片集成波导和周期结构相结合,从基础理论、结构分析和器件设计三个层次,开展对SIW微波无源器件小型化和高性能等方面的研究,既具有理论意义,又具有应用价值。本文主要的工作内容和创新点如下:1、利用并联加载的周期结构,本文提出了一种基于新型慢波（Slow Wave,SW）结构的半模基片集成波导（Half Mode Substrate Integrated Waveguide,HMSIW）。该结构引入的并联电容降低了 HMSIW横向宽度,而加载周期结构带来的慢波效应减小了 HMSIW纵向尺寸。基于所提出的SW-HMSIW,本文设计并实现了两种紧凑型耦合器:基于SW-HMSIW的五孔耦合器在6.60-8.15 GHz的频带范围内实现了 15.05 dB的耦合和30 dB的隔离,与同等尺寸的传统HMSIW耦合器相比,其最低工作频率下降了 2 GHz,器件面积仅0.679λg2（λg是均匀介质中平面波的波长）;基于SW-HMSIW的3-dB耦合器采用了短缝耦合的方式,在7.5 GHz的中心频率处和28.32%的相对带宽内,实现了 3.67 dB的耦合和15 dB的隔离,其面积仅0.524λg2。2、利用HMSIW表面刻蚀的交指电容和互补开口谐振环（Complementary Split Ring Resonator,CSRR）两种结构,本文提出了串联电容加载构建HMSIW消逝模频段通带的方法,实现了 SIW移相器尺寸的缩小和性能的提高。基于CSRR-HMSIW,本文设计并实现了一种紧凑的反射型移相器,该电路在6.06-8.35 GHz的范围内实现了 0°-120°的移相,加工测试的两个通道分别实现了 47°±5°和91°±6°的相移,相对带宽分别为33.3%和31.7%,带内最大插损分别为1.71 dB和1.9 dB,移相器每个通道面积为0.985λg2。基于HMSIW中串联电容和并联电容的相位互补,本文设计了一种宽频带、相位偏差小的移相器,加工测试的两个通道分别实现了 43.5°±2.5°和86.5°±2.5°的相移,相对带宽分别为35.7%和53.3%,带内最大插损分别为0.63 dB和1.32 dB,每个通道面积仅0.343λg2。3、利用周期加载的图钉结构,本文提出了一种具有的电磁带隙（Electromag-netic Band Gap,EBG）特性的 HMSIW,通过引入并联电容和谐振回路,该结构在消逝模频段构建了通带的同时,也在较高的频率处产生了电磁禁带。基于EBG-HMSIW,本文设计并实现了一种直线型滤波器,以6.92 GHz为中心频率,相对带宽10.69%,带内最大插损为1.86 dB,20 dB的带外抑制范围被拓宽到4.25f0,该滤波器的面积仅0.147λg2。
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