参考资料
- https://www.sohu.com/a/368040295_472928
- https://www.cnblogs.com/hiramlee0534/p/6624197.html
- https://www.google.com.hk/search?q=基片集成波导&oq=&aqs=chrome.7.35i39i362l7j69i59i450.2009005192j0j15&sourceid=chrome&ie=UTF-8
- https://www.zhihu.com/question/37963899
- 郝张成，基片集成波导技术的研究，东南大学
前言
随着现代微波毫米波电路系统的高速发展,其功能越来越复杂、电性能指标越来越高,同时其体积越来越小、重量越来越轻;整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。因此,迫切需要发展新的微波毫米波集成技术。
无源电路是微波毫米波技术的基础，从目前的技术看，有基于微带线、共面波导、共面线的平面集成技术；有基于非辐射介质波导等的混合集成技术；有基于金属波导和介质波导的立体技术；基于 LTCC 和多层 PCB 的多层集成技术。
可以粗略地将它们分为线类型和波导类型。其中金属波导是经典的传输线。
波导本身及其派生的元器件，都具有低损耗、高性能、高功率容量等优点。
不过金属波导类的无源器件主要缺点是其庞大的体积，高昂的成本，要求精准的机械加工工艺，更重要的是它难以在现在广泛应用的半导体电路中集成或与有源电路系统集成，它与平面电路之间必须要通过复杂过渡来连接。
无源电路的集成度和性能是影响微波毫米波系统集成度、性能、成本等的主要因素。由此，人们一直努力研究既具有波导类技术的高性能又具有微带类技术的高集成度的无源电路技术。
介绍
基片集成波导技术是以加拿大蒙特利尔大学吴柯教授的课题组和东南大学毫米波国家重点实验室洪伟教授的课题组为主所倡导的一种新技术。
基片集成波导(SubstrateIntegrated Waveguide，SIW)技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射、高功率容量等特性的新的导波结构，
它是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片上，利用金属化通孔阵列而实现的，其目的是在介质基片上实现传统的金属波导的功能。
它可以有效地实现无源和有源集成，使微波毫米波系统小型化，甚至可把整个微波毫米波系统制作在一个封装内。
其本身也是一种立体的周期性结构。
而且它的传播特性与矩形金属波导类似，所以由其构成的微波毫米波甚至亚毫米波部件及子系统具有高 Q 值、高功率容量，易与其它平面电路和芯片集成等优点，同时由于整个结构完全为介质基片 上的金属化通孔阵列所构成，所以这种结构可以利用多层印刷电路板 （PCB） 工艺、低温共烧（LTCC） 工艺、甚至薄膜电路工艺精确实现，并可与微带电路实现无隙集成。
与传统的波导形式微波毫米波器件的加工成本相比，基片集成波导微波毫米波器件的加工成本十分低廉，不需任何事后调试工作，非常适合微波毫米波电路的集成设计和大批量制作。
基片集成波导技术目前处于刚刚兴起的阶段，因此有许多理论问题需要研究，有很多应用领域亟待开拓。
近几年，在对基片集成波导结构传输特性充分研究的基础上，实现了高性能的滤波器、双 工器、定向耦合器、功率分配器、天线阵列等以及多种有源器件，极大的推进了基片集成波导技术的发展。
基本原理
基片集成波导通过金属通孔或空气通孔向外辐射电磁波
在 SIW 中能够传播的模式是 \(TE_{n0}\) 膜（其中 n=1,2，……），\(TE_{10}\) 模是主模。
在波导中可以传输的 TM 模不能在 SIW 中传播。
金属通孔可以起到与金属电壁相似的作用（在特殊基片上的工艺或者特殊情况下也允许使用较长的金属化槽）。
用两排金属通孔和上下导体表面就能模拟一个介质填充的矩形金属波导，从而把电磁波限制在一定范围内向前辐射。
其中，金属通孔直径和波长的比例关系、金属通孔直径和通孔间距的比例关系都影响基片集成波导的插入损耗。
和传统的矩形金属波导相比，基片集成波导同样有良好的传播特性。而且易于集成，且在尺寸、重量和价格、可靠性等方向均有优势。
研究方法
介质基片上下表面均为金属化层，在介质基片中相隔一定距离制作两排金属化通孔，于是上下金属面和两排金属化通孔之间就形成了一个类矩形波导的结构，称作基片集成波导。介质基片的上下金属面可以看成是相应矩形波导的上下波导壁，两排金属通孔构成了传统矩形金属波导的两个金属侧壁。
- 目前，分析基片集成波导结构的方法主要有：全波分析法、等效模型法和商业电磁软件仿真
全波分析法
电磁场全波分析方法是分析复杂结构电磁特性最准确的方法。
全波分析方法的种类很多，通常对一种特定结构，选择分析方法时必须考虑到各种综合因数。这是因为对于不同的结构，算法复杂度和所需计算时间相差很大，算法效率也各不相同。
对于图中所示的基片集成波导结构，由于基片集成波导及其器件由成千上万个金属通孔紧密排列在一起所构成，对这些金属通孔进行剖分以后将得到非常多的未知数，如果利用积分方程法分析以上问题，在复杂的多层结构中需要用到难以获得的多层格林函数。
为了减少问题的复杂性，在本文中，对于一些特殊问题我们采用差分法对基片集成波导及其器件进行了分析，这是因为一方面差分法编程简单，另一方面由于差分法构成的矩阵是稀疏矩阵（如频域有限差分法）或者不需解复杂的矩阵方程（如时域有限差分法），从而可以减少算法的复杂度和编程
时间，实现基片集成波导器件的快速设计。
等效模型法
众所周知，在表征导波结构特性的所有参数中，衰减常数 \(\alpha\) 和相位常数 \(\beta\)是最重要的两个参数，这两个参数是我们研究和设计基片集成波导的基础。
在基片集成波导结构中，由于侧壁是由金属通孔相隔一定距离排列所构成，所以衰减常数 \(\alpha\) 主要由孔间的能量泄露、介质损耗和金属损耗所构成。
由于基片集成波导具有和传统矩形波导相类似的传输特性，所以可以在传统的矩形金属波导和基片集成波导之间建立相对应的关系。将基片集成波导器件的设计转化为传统矩形金属波导器件的设计，从而大大减少设计时闻和问题的复杂度。
商业软件
即 ADS、HFSS、CST 等仿真软件
设计基础
基片集成波导具有与传统矩形波导相类似的传输特性，可以用来构成多种形式的波导器件，同时基片集成波导由于加工成本低，加工精度较高，体积小，重量轻、较低的辐射损耗、较强的抗干扰性以及较高的集成度等特点，可以用来设计高集成度的微波毫米波系统。
基片集成波导腔体
一段两端封闭的波导可构成一个腔体。
如图 2-1 所示。所有 SIW 腔体的侧壁都是由一排金属化孔来构成的，所以 SIW 腔体是由基片上下表面的金属覆层、侧面的金属化孔和其中所围的介质共同构成。
某个金属腔体电磁场模式，如果能在 SIW 腔体中得到支持，则可以称为 SIW 腔体中的工作模式。
此时的 SIW 腔体，完全等效于一个介质填充的金属腔体，而金属腔体与 SIW 腔体的本征频率也具
有相同的等效关系
一些参数
当构成侧壁的金属化孔阵满足一定的设计规则时，能量泄露基本上被抑制（通孔的距离非常近，当间距 < 波导波长的五分之一且 S<4d（d 为通孔的直径）时，可以忽略孔间的辐射损耗）。
通常基片的厚度小于电磁波在基片介质中的波长。一般工艺条件下，金属化孔的深度（基片的厚度）与其直径在大致相近的数量级。
SIW 设计需要确定的参数有通孔的直径 d,孔间距 p，宽度 \(a_r\) 和等效宽度 \(a_e\)，其中 d 和 p 影响辐射损耗和回波损耗，\(a_r\) 影响截止频率和基模传播常数。
一些设计
基片集成波导——微带转换器的设计
研究课题：如何测试利用基片集成波导结构的器件。
原因分析：
- 基片集成波导器件在微波介质上构成，基片集成波导的厚度十分薄，从而不能利用传统测试金属波导的实验装置来完成测试
- 常用测试微波毫米波电路装置都是针对平面电路（微带线和共面波导）而设计，无法用于基片集成波导器件的测试
解决办法：设计一种输出的转换装置，用来实现基片集成波导器件的测试。同时考虑到微波毫米波电路中，电路组成部分包含大量的微带线、共面波导或其他形式的电路，可以设计实现基片集成波导器件和其他形式的电路集成。
- 可以使用基片集成波导——微带线转换器。实现基片集成波导和微带线之间的集成后，再使用微带线到其他形式电路的集成方法，就可以实现基片集成波导和其他器件之间的集成。
其主体为一段微带渐变线，实现基片集成波导和 50 欧姆微带线之间的阻抗变换。这里选择的是线性微带渐变线。
由微波技术，可以在设计的中心频率上计算出渐变线的长度和 S 参数的关系，从而可以根据实际情况，选择一个比较合适的长度使得 S 参数在该点的 S11 幅值很小，然后以此长度作为初值，在整个频段内计算 S 参数，利用优化算法计算出比较合适的微带渐变线的长度，从而完成基片集成波导——微带线转换器的设计。
总结与展望
随着微波技术、材料技术、加工技术以及计算机技术的发展，微波毫米波集成电路设计技术得到了显著的提高。高性能、低成本和小体积的微波毫米波电路受到了越来越多的关注，特别是在未来通信系统中，它一直是众多专家学者关注的焦点。在微波毫米波电路的设计中，利用基片集成波导技术所构成的器件具有高品质因数、大功率容量、易于加工、造价低和容易集成的优点，使得微波毫米波高集成度系统的实现成为可能。
基片集成波导技术是一种新型的导波结构，它提供了一种平面/非平面混合集成电路设计的有效手段。目前的工作已经对基片集成波导的工作原理、导波特性等进行了比较充分的研究；利用基片集成波导技术实现了滤波器、天线、功率分配器和双工器等基本的微波毫米波器件以及射频前端子系统等。
基片集成波导技术在毫米波频段以及其他很多方面将会得到极大的发展，进一步的研究展望如下：
- 借助先进的厚膜、薄膜和 MEMS 加工技术，在 60GHz 以上甚至 THz 频段上使用基
片集成波导技术来实现高性能的单层基片集成波导毫米波亚毫米波器件。 - 利用多层 PCB 技术、LTCC 技术、MEMS 加工技术和砷化伽（Ga As）技术来实现毫米波亚毫米波多层 SIW 集成电路、SIW 立体电路和毫米波亚毫米波立体集成前端的设计。
- 利用基片集成波导技术来实现高集成度、高性能有源器件如毫米波功率放大器、毫米波倍频器、毫米波混频器等有源器件的设计。
- 利用基片集成波导技术来实现新型材料。
- 利用基片集成波导技术进行高性能的新型 SIW 天线的设计，包括毫米波 SIW 相控阵天线的研究以及 SIW 阵列天线的综合设计等。
总之，基片集成波导技术目前处于快速发展阶段，有很多设计方法和设计理念还值得进一步探讨，它在微波毫米波甚至亚毫米波工程领域的研究和应用也刚刚开始，随着设计方法的提高和工艺技术的日益成熟，必将在微波、毫米波、亚毫米波领域中得到广泛的应用。