基于SIW结构的功分器与电控移相器

摘要

近来几年，基于对宽带的低成本微波与毫米波设备的需求，出现了大量新型的微波电路设计和加工技术。基于基片集成波导技术(SIW)的各种设计具备了出色的特性，使得SIW成为其中发展最快，最为领先的技术之一。SIW技术具备了传统金属波导的所有优质特性，同时由于其使用了廉价的印刷电路板技术(PCB)，使得其加工成本降低至与集成平面传输线相同。总的来说，SIW技术同时具备传统金属波导的低损耗、高Q值与平面传输线的低成本、易集成特性。
　　在前两章中，本文针对SIW技术的一些新型应用进行了研究，简单介绍了设计SIW设备的几种常见方法。在本文第三章中，利用SIW技术的优异特性，设计了一种多路放射状SIW功分器，同时给出了这种设计的等效电路模型，使得研发人员可以根据模型设计出满足不同需求的功分器。此功分器外形紧凑，测试结果表明具有低损耗的特性(＜0.45dB)。在第四章中，提出了一种基于SIW结构，利用PIN开关实现电控的可变移相器的设计方法。在这类移相器的设计中，引入了将SIW结构的表面开槽，并采用电控开关对槽进行短路/开路的控制，从而实现移相的新颖思路。这种移相器设计简单，易于加工，并能提供最大至90°的电控移相，同时保持了较低的损耗，使得其在相控阵天线系统中的应用成为可能。在第五章中，提出了另外一种基于SIW结构的电控移相器，这类移相器利用PIN开关控制SIW表面开槽长度，使得能量通过不同长度的槽在两层SIW结构间耦合，从而实现不同角度的移相。实测结果显示此移相器有较宽带宽(33％)，较低插入损耗(＜1.5dB)，同时实现了最大可至180°的移相，带内平稳性良好。在每章末尾，均针对本设计与国际先进的同类工作进行了对比。在此类电控移相器中，开关的控制电路的设计同样较为困难。本文中提出了一种直观且简单的控制电路设计，采用了在SIW表面开槽，对控制电路进行隔离的方法;这种设计方法避免了控制电路对设计带来的附加困难。

目录

声明

摘要

ABSTRACT

ACKNOWLEDGMENTS

DEDICATION

Table of Contents

List of Tables

List of Figures

THESIS OVERVIEW

1．1 Introduction

1．2 Problem Statement and objectives

1．3 limitations and Some basic assumptions

1．4 Overview of the Report

LITERATURE REVIEW

2．1 Background and motivation

2．2 Substrate integrated circuits(SICs)

2．3 Types of SICs and their applications

2．4 Substrate integrated waveguide(SIW)

2．5 Current status and historical review of SIW

2．6 Comparison of SIW with other Technologies

2．7 Development of SIW based devices

2．7．1 SIW antennas

2．7．2 SIW Power dividers

2．7．3 SIW Phase Shifters

2．8 SIW Modelling and Design Procedure

2．9 SIW Transitions

2．10 Conclusion

N-WAY SIW RADIAL POWER DIVIDER

3．1 Introduction

3．2 Design of SIW radial power divider

3．2．1 Structure of proposed power divider

3．2．2 Equivalent circuit model of N-Way power divider

3．3 Step-by-step Design Procedure

3．3．1 Feed region

3．3．2 Radial Cavity

3．3．3 Reference plane Rb(YLeft and YRight)

3．3．4 SIW section

3．3．5 Total input admittance of the circuit YT

3．3．6 Microstrip Region

3．4 Numerical Results

3．5 Experimental Results

3．6 Conclusion

A DIGITAL SIW PHASE SHIFTER USING ELECTRONICALLY SWITCHABLE TRANSVERSE SLOTS

4．1 Introduction

4．2 Structure of Phase Shifter

4．3 Operation Principle of Phase Shifter

4．4 Equivalent Circuit Model

4．5 Simulation and Experimental Results

4．6 Fabrication

4．7 Conclusion

A NOVEL BROADBAND TUNABLE DIGITAL PHASE SHIFTER USING THE MULTILAYER SIW STRUCTURE

5．1 Introduction

5．2 Physical Structure of Phase Shifter

5．2．1 Layer 1

5．2．2 Layer 2

5．3 Equivalent circuit modelling and operation principle of SIW Phase Shifter

5．3．1 Function of PIN Diode

5．3．2 Two stage structure

5．4 Simulation and Experimental Results

5．5 Conclusion

5．6 Publications

CONCLUSION AND FUTURE PLANS

6．1 Conclusion

6．2 Future Plans

LIST OF PUBUCATIONS

REFERENCES