单模SIW的设计步骤

最新推荐文章于 2025-07-03 16:50:31 发布
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#SIW

本文旨在记录单模SIW（TE10）的设计过程。

参考文献：Guided-Wave and Leakage Characteristics of Substrate Integrated Waveguide

                    电磁场与微波（矩形波导）

SIW可以近似看成是填充介质的矩形波导。只是窄壁被金属过孔所代替。SIW的主要参数包括介质厚度h, 平行金属过孔之间的距离w, 相邻金属扩孔距离s, 金属过孔的直径d. 将SIW等效为矩形波导之后，等效宽度可表示为：

    （1）

并且d，s需满足条件：

d/w < 0.2;        s/d < 2;          （2）

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设计了一款直接耦合的SIW带通滤波器, 采用直接耦合的形式, 工作频率覆盖19~21 GHz, 通带内插入损耗小于1.5 dB, 回波损耗小于-20 dB, 带外抑制特性良好.
HFSS初学笔记（五）——SIW基片集成波导
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zhangyoufei9999的博客
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Slot line 阻抗計算公式
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常见微波传输线形式 1.微带线 2.共面波导 3.带状线 4.传统金属波导 4.1矩形波导 4.2圆形波导 4.2直波导、弯波导、扭波导
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### SIW滤波器概述 SIW（Substrate Integrated Waveguide，基板集成波导）是一种结合了传统矩形波导和微带线优点的技术。它通过在多层介质基板上蚀刻金属通孔阵列来形成封闭的电磁场环境[^1]。这种技术具有低损耗、高Q值以及良好的电磁屏蔽性能，在射频和微波领域得到了广泛应用。 #### 设计原理 SIW结构的设计基于传统的矩形波导理论。其核心在于利用周期性排列的金属化过孔将上下两层接地平面连接起来，从而模拟出类似于矩形波导的工作模式[^2]。设计过程中需要考虑以下几个方面： - **谐振频率计算**：根据目标工作频率范围选择合适的物理尺寸参数。 - **传输特性优化**：调整腔体长度和其他几何形状以满足特定的应用需求。 - **端口匹配处理**：为了减少反射并提高效率，通常会在输入/输出端加入渐变过渡区域或者加载电感/电容网络来进行阻抗变换。 #### 实现方式 实际制造时可以通过标准PCB加工工艺完成，具体步骤如下所示： 1. 使用带有高频特性的 Rogers 或 Teflon 材料作为底层板材； 2. 在顶层与底面分别铺设铜箔，并钻取适当间距分布的小孔群组构成侧壁边界条件； 3. 应用化学沉镀镍金保护表面免受氧化影响同时增强电气接触质量； 以下是创建基本模型的一个简单MATLAB脚本示例用于初步分析： ```matlab % 参数定义 f = linspace(0, 20e9, 1000); % 频率向量 (Hz) c = 3e8; % 光速 (m/s) a = 7.5e-3; % 波导宽边尺寸 (m) b = 3.8e-3; % 波导窄边尺寸 (m) lambda_c = 2*a; % 截止波长 fc = c / lambda_c; % 截止频率 % 计算S参数 s11 = zeros(size(f)); for i=1:length(f), if f(i) >= fc, s11(i) = exp(-j*2*pi*(f(i)-fc)/c * a); else s11(i) = 1; end end figure(); plot(f/1e9, abs(s11), 'LineWidth', 1.5); xlabel('Frequency [GHz]'); ylabel('|S_{11}|'); title('Reflection Coefficient of SIW Cavity Resonator'); grid on; ``` 上述代码片段展示了如何绘制一个理想化的SIW腔体谐振器反射系数曲线图[^3]。 #### 仿真工具推荐 对于更复杂的三维建模及精确数值求解可以采用商业软件如 HFSS(Autodesk EAGLE)，CST Microwave Studio 等进行辅助开发验证。这些平台提供了直观图形界面操作选项配合强大的算法引擎支持快速迭代修改直至达到预期效果为止。 ---
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