第20卷第4期微波学报Vol.20No.42004年12月JOURNALOFMICROWAVESDec.2004文章编号:100526122(2004)0420054203基片集成波导定向耦合器的仿真与实验研究X李皓1陈安定1洪伟1吴柯1,2崔铁军1陈继新1(1.东南大学毫米波国家重点实验室计算电磁学研究中心,南京210096;2.加拿大蒙特利尔大学工学院电子与计算机系,蒙特利尔,加拿大)摘要:基片集成波导(SIW)是一种新型的高Q值、低损耗集成导波结构,易于设计和加工,可以广泛应用于微波毫米波集成电路中。由于与传统矩形波导的相似性,很多设计概念可以借用,比如波导功分器、滤波器、天线等。在本文中,我们用这种导波结构实现了两种定向耦合器,其结构紧凑,实验结果与仿真结果吻合。关键词:定向耦合器,集成电路,基片集成波导InvestigationsonDirectionalCouplersBasedonSubstrateIntegratedWaveguideLiHao1,ChenAnding1,HongWei1,WuKe1,2,CuiTiejun1,2,ChenJixin1(1.StateKeyLaboratoryofMillimeterWaves,SoutheastUniversity,Nanjing210096;2.Poly2GramesResearchCenter,EcolePolytechniquedeMontreal,Montreal,Canada)Abstract:Substrateintegratedwaveguide(SIW)isanewtypeofguidedwavestructurewhichcouldbeimplementedinmi2crowaveaswellasmillimeterwaveintegratedcircuits.Manydesignconceptsofconventionalwavguidecouldbetransferedtothisnewplatform,suchasthewaveguidedivider,filter,antenna,etc.Inthispaper,twokindsofdirectionalcouplersbasedonSIWareinvestigated.Simulationandexperimentalresultsareingoodagreement.Keywords:Directionalcoupler,Integratedcircuits,Substrateintegratedwaveguide结构也都可以由SIW完成,如功分器、滤波器、天线引言等。为了更为紧凑和高效地集成微波、毫米波电路1SIW定向耦合器的设计系统,文献[1]提出了基片集成电路(SIC)的概念。基于这种概念,各种平面和非平面电路可以有效地本文中我们研究了两种定向耦合器,一种采用集成在电路基片上,典型的例子为非辐射介质波导了普通波导中窄边缝隙耦合的概念,通过调整孔间(NRD)在介质基片上的实现[2]。作为SIC的一个重距和共面波导耦合段的尺寸实现功率分配;另一种要组成部分,基片集成波导(SIW)是一种新型高Q借用了波导3dB电桥的概念,用SIW代替波导,其值、低损耗的基片集成导波结构[3～6],90年代末期基本结构如图1、图2所示。两种耦合器的几何尺对这种结构曾有过一些探讨[7,8]。随着SIC理论的寸分别示于表1、表2。图1中由3排金属化孔构成进一步完善和发展,基片集成波导在实际电路中的了两段基片集成波导,在公共边上距离1/4导波长应用日益增多。这类新型集成波导不但结构简单,的两处通孔的间距加大,这类似于普通波导中窄壁而且可以降低传输损耗[5],这点在毫米波波段尤为上的小孔。同时在开口处的上层金属面上设计了一重要。从其工作原理上看,能够用普通波导实现的段共面波导(CPW),其作用是增加能量的耦合。图X收稿日期:2003212229;定稿日期:2004204227基金项目:国家杰出青年资金(No.60225001);国家高科技863计划项目(No.2002AA123031);海外青年合作研究基金(No.60028101)第20卷第4期李皓等:基片集成波导定向耦合器的仿真与实验研究552是由4段SIW构成的电桥。耦合器的输出端均转CST软件对这两种结构进行仿真,仿真结果如图3、接到微带线以便于测量。图中,d表示周期性边界图4所示。仿真中发现在远小于波长的情况下,过一个周期的长度,s为缝隙的宽度。由于本文设计孔缝隙宽度的改变对输出特性的影响很小,这与文的耦合器工作在X波段,缝隙的尺寸远远小于波