CN104393385A - 一种k波段siw传输线及其设计方法 - Google Patents

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本发明涉及微波、传输线技术。提出了一种K波段SIW传输线及其设计方法:通过在介质基片上打上两排正方形通孔,正方形通孔的两条平行边平行于传播方向,正方形孔的边长0.4mm<d≤0.8mm,两排金属通孔的行距w<8mm,s是同一排相邻两个金属通孔的间距0.4<d/s<0.8,SIW的传播常数和介质波导宽边的等效公式为weff=w-d。通过改变通孔形状,实现了一种传输性能满足实际需求,体积小,功率容量高,可用带宽达到满频带,并与介质波导有精确的等效公式的新型SIW传输线。使设计平面电路的各种微波器件时,有了一种新的结构选择方案。

Description

一种K波段SIW传输线及其设计方法
技术领域
本发明涉及微波、传输线技术。
背景技术
在过去的几十年内,传输线技术的研究有了很大进展。在传统的波导之外,还出现了微带线、带状线等微带型结构。以上几种传输线都有各自的优点与缺陷。波导结构能传输较大的功率,损耗较小,传输性能好,但是体积较大,不易实现与各种平面电路的集成;微带型结构体积较小,易于集成,但是损耗较大,传输性能远远低于波导结构。
基片集成波导SIW(Substrate Integrated Waveguide)是一种新型的微波传输结构。SIW传输线是一种兼顾波导和微带结构优点的传输线。SIW的结构通常是在介质基片上打上两排金属通孔,以代替介质波导的窄边。电磁波从而被限制在接地的上下边界和金属通孔之间。并且由于金属通孔的不连续性会切断TM模式的管壁电流,因此SIW中只有TE模式存在。同矩形波导一样,TE10模为主模。
SIW结构拥有与微带结构类似的体积,传输性能优于微带,但是弱于波导。2002至2005年加拿大蒙特利尔大学吴柯教授等人在IEEE上发表了一系列文章,提出了设计SIW结构的等效公式其中,weff是等效介质波导的宽边长度,w是两排金属通孔的行距,d是金属通孔的直径,s是同一排金属通孔的间距但通常用2d代替。于是影响SIW传输性能的参数被认为就是s、d和w,之前对传输性能的优化研究方向也集中在对这三个参数的调整。然而此公式精确度不高。现有的SIW传输线打的金属通孔,是按照之前在波导中打销钉的技术,在基板上打圆形的金属通孔。
发明内容
针对上述存在问题或不足,本发明提出了一种K波段SIW传输线及其设计方法。
如图1所示,其结构是在介质基片上打上两排正方形通孔,正方形通孔的两条平行边平行于传播方向,d是正方形孔的边长0.4mm<d≤0.8mm,w是两排金属通孔的行距w<8mm,s是同一排相邻两个金属通孔的间距0.4<d/s<0.8,SIW的传播常数和介质波导宽边的等效公式为weff=w-d。
其设计方法具体如下:
步骤一、按照圆孔SIW结构的经验公式,得出传统K波段SIW传输线的各参数,以得到圆孔SIW传输线的性能。
步骤二、将d作为正方形通孔的边长,孔间距和宽度仍使用s和w,以此作为正方形孔SIW传输线的初始值仿真。
步骤三、分别对d、s、w,固定两个参数,扫描剩下一个参数,以较大步长,确定最优值的大致范围。
步骤四、对d、s、w同步扫参,以确定其符合要求的最优值。
步骤五、对参数扫描中不同的d、s、w的值,用HFSS计算得到SIW的传播常数,并分别与相同传播常数的介质波导相对应,以归纳得到SIW和介质波导宽边的等效公式weff=w-d,依据等效公式和各参数取值范围0.4mm<d<0.8mm,5mm<w<7mm,s=2d±0.3mm,确定各参数值。
如果正方形孔的角度不按照本方案布置,比如,角点朝内,则会由于孔边与电磁波传播方向存在夹角而加大反射。
本发明的有益效果是,通过改变通孔形状,实现了一种传输性能满足实际需求,体积小,功率容量高,可用带宽达到满频带,并与介质波导有精确的等效公式的新型SIW传输线。使设计平面电路的各种微波器件时,有了一种新的结构选择方案。
附图说明
图1是本发明K波段正方形孔SIW传输线的立体图
图2是本发明K波段正方形孔SIW传输线的初始仿真S11参数
图3是本发明K波段正方形孔SIW传输线的初始仿真S21参数
图4是本发明K波段正方形孔SIW传输线的最终结果的S11参数
图5是本发明K波段正方形孔SIW传输线的最终结果的S21参数
图6是本发明K波段正方形孔SIW传输线的最终结果的VSWR曲线
图7是本发明K波段正方形孔SIW传输线的最终结果的传播常数
图8是本发明K波段正方形孔SIW传输线的最终结果的衰减常数
图9是本发明K波段正方形孔SIW传输线的最终结果的高次模出现频率
具体实施方式
作为更具体的实施示例,以设计中的几个主要参数为例,对本发明进行说明。
本发明使用三维电磁仿真软件HFSS(High Frequency Structure Simulator)进行设计。
步骤一、按照圆孔SIW结构的经验公式,得出K波段长30mm SIW传输线的各参数:金属通孔直径d,同一排两个相邻金属通孔的孔间距s,以及两排金属孔之间宽度w。介质基板的参数为:相对介电常数为3,损耗角正切为0.0013。基板厚度1mm。初试的d和s选择0.6mm和1.2mm。得出w的值为6.49mm。
步骤二、将d作为方形孔的边长,孔间距和宽度仍使用s和w。以此作为正方形孔SIW传输线的初始值。仿真得出各S参数。由于SIW传输线可以等效为一个双口网络,故S11参数即为此段传输线的回波损耗。S21参数即为此段传输线的插入损耗。由图2和图3得到,S参数虽然已满足实际使用的需求,但仍然有优化的空间,尤其是S21参数。
步骤三、分别对d、s、w,固定两个参数,扫描剩下一个参数,以确定最优值的大致范围。故本步骤所取的扫频步长较长,范围较大。通过改变固定长度30mmSIW传输线中一排金属通孔的数量n,可以改变孔间距s的大小,其对应关系为s=30/(n-1),单位为毫米。选择d的取值从0.4mm至0.8mm,步长0.2mm;金属通孔个数,其首尾两端两个半孔各算一个孔,从20至40,步长5。w从5.5mm至7mm,步长0.5mm。对以上结果进行筛选:为使高次模介质频率大于等于标准波导,需要使w-d≤6.2mm;由于传输性能的需要,要使S11参数小于30dB,并且波纹较为平整。综合起来,选择d=0.6mm,n=25,w=6mm。
步骤四、对d、s、w同时进行小步长的扫参,比较各传输特性参数以确定符合使用要求的最优值。d从0.5mm至0.7mm,步长0.05mm;w从5mm至7mm,步长0.2mm;n从20至30,步长1。最终选择d=0.5mm,w=6.6mm,n=26(即s=1.2mm)。最终得出weff=w-d。在设计过程中,d/s的值最小为0.4,最大为0.8。
步骤五、对步骤三和步骤四中不同的d、s、w的值,计算SIW传输线的传播常数,并分别与相同传播常数的介质波导相比较,以归纳得到SIW和介质波导宽边的等效公式。
最终各参数如图4至图8。可以看出,表征回波损耗的S11参数在整个频段小于34dB(作为对比,行业中实际应用的标准约为20dB),表征插入损耗的S21参数大于0.198dB,端口的驻波系数小于1.038,衰减常数小于0.75,并且在28.5GHz才出现高次模,甚至略高于标准波导(28GHz前)。而与使用相同介质基板的圆孔SIW结构对比,两者在全频段都不会出现高次模,但是圆孔SIW传输线的回波损耗只能控制在25dB以下,比正方形孔SIW传输线损耗大10dB左右。

Claims (2)

1.一种K波段SIW传输线,在介质基片上打上两排通孔,其特征在于:所述通孔为正方形,且其两条平行边平行于传播方向,正方形通孔的边长0.4mm<d≤0.8mm,两排金属通孔的行距w<8mm,s是同一排相邻金属通孔的间距0.4<d/s<0.8,SIW的传播常数和介质波导宽边的等效公式为weff=w-d。
2.如权利要求1所述K波段SIW传输线的设计方法,包括以下步骤:
步骤一、按照圆孔SIW结构的经验公式,得出传统K波段SIW传输线的各参数,以得到圆孔SIW传输线的性能;
步骤二、将d作为正方形通孔的边长,孔间距和宽度仍使用s和w,以此作为正方形孔SIW传输线的初始值仿真;
步骤三、分别对d、s、w,固定两个参数,扫描剩下一个参数,以较大步长,确定最优值的大致范围;
步骤四、对d、s、w同步扫参,以确定其符合要求的最优值;
步骤五、对参数扫描中不同的d、s、w的值,用HFSS计算得到SIW的传播常数,并分别与相同传播常数的介质波导相对应,以归纳得到SIW和介质波导宽边的等效公式weff=w-d,依据等效公式和各参数取值范围0.4mm<d<0.8mm,5mm<w<7mm,s=2d±0.3mm,确定各参数值。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104820740A (zh) * 2015-04-24 2015-08-05 电子科技大学 一种计算siw传输线传输功率的方法
CN108539344A (zh) * 2018-03-28 2018-09-14 电子科技大学 一种双c结构siw传输线
CN110797615A (zh) * 2019-09-29 2020-02-14 成都天成电科科技有限公司 一种基片集成波导的制作方法及基片集成波导
CN112713376A (zh) * 2020-12-28 2021-04-27 赣州市深联电路有限公司 一种毫米波基片集成波导结构及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101834339A (zh) * 2010-04-23 2010-09-15 电子科技大学 一种基片集成波导结构延迟线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOUCHRA RAHALI等: "Design of K-Band Substrate Integrated Waveguide Coupler, Circulator and Power Divider", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF INFORMATION AND ELECTRONICS ENGINEERING》 *
JENS BORNEMANN等: "A Mode-matching Approach for the Analysis and Design of Substrate-integrated Waveguide Components", 《AUTHOR’S COPY | AUTORENEXEMPLAR》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104820740A (zh) * 2015-04-24 2015-08-05 电子科技大学 一种计算siw传输线传输功率的方法
CN104820740B (zh) * 2015-04-24 2017-10-17 电子科技大学 一种计算siw传输线传输功率的方法
CN108539344A (zh) * 2018-03-28 2018-09-14 电子科技大学 一种双c结构siw传输线
CN108539344B (zh) * 2018-03-28 2020-03-27 电子科技大学 一种双c结构siw传输线
CN110797615A (zh) * 2019-09-29 2020-02-14 成都天成电科科技有限公司 一种基片集成波导的制作方法及基片集成波导
CN112713376A (zh) * 2020-12-28 2021-04-27 赣州市深联电路有限公司 一种毫米波基片集成波导结构及其制备方法

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