參考資料
- https://www.sohu.com/a/368040295_472928
- https://www.cnblogs.com/hiramlee0534/p/6624197.html
- https://www.google.com.hk/search?q=基片集成波導&oq=&aqs=chrome.7.35i39i362l7j69i59i450.2009005192j0j15&sourceid=chrome&ie=UTF-8
- https://www.zhihu.com/question/37963899
- 郝張成，基片集成波導技術的研究，東南大學
前言
隨着現代微波毫米波電路系統的高速發展,其功能越來越復雜、電性能指標越來越高,同時其體積越來越小、重量越來越輕;整個系統迅速向小型化、輕量化、高可靠性、多功能性和低成本方向發展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技術對於開發商業化的低成本微波毫米波寬帶系統非常關鍵。因此,迫切需要發展新的微波毫米波集成技術。
無源電路是微波毫米波技術的基礎，從目前的技術看，有基於微帶線、共面波導、共面線的平面集成技術；有基於非輻射介質波導等的混合集成技術；有基於金屬波導和介質波導的立體技術；基於 LTCC 和多層 PCB 的多層集成技術。
可以粗略地將它們分為線類型和波導類型。其中金屬波導是經典的傳輸線。
波導本身及其派生的元器件，都具有低損耗、高性能、高功率容量等優點。
不過金屬波導類的無源器件主要缺點是其龐大的體積，高昂的成本，要求精准的機械加工工藝，更重要的是它難以在現在廣泛應用的半導體電路中集成或與有源電路系統集成，它與平面電路之間必須要通過復雜過渡來連接。
無源電路的集成度和性能是影響微波毫米波系統集成度、性能、成本等的主要因素。由此，人們一直努力研究既具有波導類技術的高性能又具有微帶類技術的高集成度的無源電路技術。
介紹
基片集成波導技術是以加拿大蒙特利爾大學吳柯教授的課題組和東南大學毫米波國家重點實驗室洪偉教授的課題組為主所倡導的一種新技術。
基片集成波導(SubstrateIntegrated Waveguide，SIW)技術是近幾年提出的一種可以集成於介質基片中的具有低插損、低輻射、高功率容量等特性的新的導波結構，
它是通過在上下底面為金屬層的低損耗介質基片上，利用金屬化通孔陣列而實現的，其目的是在介質基片上實現傳統的金屬波導的功能。
它可以有效地實現無源和有源集成，使微波毫米波系統小型化，甚至可把整個微波毫米波系統制作在一個封裝內。
其本身也是一種立體的周期性結構。
而且它的傳播特性與矩形金屬波導類似，所以由其構成的微波毫米波甚至亞毫米波部件及子系統具有高 Q 值、高功率容量，易與其它平面電路和芯片集成等優點，同時由於整個結構完全為介質基片 上的金屬化通孔陣列所構成，所以這種結構可以利用多層印刷電路板 （PCB） 工藝、低溫共燒（LTCC） 工藝、甚至薄膜電路工藝精確實現，並可與微帶電路實現無隙集成。
與傳統的波導形式微波毫米波器件的加工成本相比，基片集成波導微波毫米波器件的加工成本十分低廉，不需任何事后調試工作，非常適合微波毫米波電路的集成設計和大批量制作。
基片集成波導技術目前處於剛剛興起的階段，因此有許多理論問題需要研究，有很多應用領域亟待開拓。
近幾年，在對基片集成波導結構傳輸特性充分研究的基礎上，實現了高性能的濾波器、雙 工器、定向耦合器、功率分配器、天線陣列等以及多種有源器件，極大的推進了基片集成波導技術的發展。
基本原理
基片集成波導通過金屬通孔或空氣通孔向外輻射電磁波
在 SIW 中能夠傳播的模式是 \(TE_{n0}\) 膜（其中 n=1,2，……），\(TE_{10}\) 模是主模。
在波導中可以傳輸的 TM 模不能在 SIW 中傳播。
金屬通孔可以起到與金屬電壁相似的作用（在特殊基片上的工藝或者特殊情況下也允許使用較長的金屬化槽）。
用兩排金屬通孔和上下導體表面就能模擬一個介質填充的矩形金屬波導，從而把電磁波限制在一定范圍內向前輻射。
其中，金屬通孔直徑和波長的比例關系、金屬通孔直徑和通孔間距的比例關系都影響基片集成波導的插入損耗。
和傳統的矩形金屬波導相比，基片集成波導同樣有良好的傳播特性。而且易於集成，且在尺寸、重量和價格、可靠性等方向均有優勢。
研究方法
介質基片上下表面均為金屬化層，在介質基片中相隔一定距離制作兩排金屬化通孔，於是上下金屬面和兩排金屬化通孔之間就形成了一個類矩形波導的結構，稱作基片集成波導。介質基片的上下金屬面可以看成是相應矩形波導的上下波導壁，兩排金屬通孔構成了傳統矩形金屬波導的兩個金屬側壁。
- 目前，分析基片集成波導結構的方法主要有：全波分析法、等效模型法和商業電磁軟件仿真
全波分析法
電磁場全波分析方法是分析復雜結構電磁特性最准確的方法。
全波分析方法的種類很多，通常對一種特定結構，選擇分析方法時必須考慮到各種綜合因數。這是因為對於不同的結構，算法復雜度和所需計算時間相差很大，算法效率也各不相同。
對於圖中所示的基片集成波導結構，由於基片集成波導及其器件由成千上萬個金屬通孔緊密排列在一起所構成，對這些金屬通孔進行剖分以后將得到非常多的未知數，如果利用積分方程法分析以上問題，在復雜的多層結構中需要用到難以獲得的多層格林函數。
為了減少問題的復雜性，在本文中，對於一些特殊問題我們采用差分法對基片集成波導及其器件進行了分析，這是因為一方面差分法編程簡單，另一方面由於差分法構成的矩陣是稀疏矩陣（如頻域有限差分法）或者不需解復雜的矩陣方程（如時域有限差分法），從而可以減少算法的復雜度和編程
時間，實現基片集成波導器件的快速設計。
等效模型法
眾所周知，在表征導波結構特性的所有參數中，衰減常數 \(\alpha\) 和相位常數 \(\beta\)是最重要的兩個參數，這兩個參數是我們研究和設計基片集成波導的基礎。
在基片集成波導結構中，由於側壁是由金屬通孔相隔一定距離排列所構成，所以衰減常數 \(\alpha\) 主要由孔間的能量泄露、介質損耗和金屬損耗所構成。
由於基片集成波導具有和傳統矩形波導相類似的傳輸特性，所以可以在傳統的矩形金屬波導和基片集成波導之間建立相對應的關系。將基片集成波導器件的設計轉化為傳統矩形金屬波導器件的設計，從而大大減少設計時聞和問題的復雜度。
商業軟件
即 ADS、HFSS、CST 等仿真軟件
設計基礎
基片集成波導具有與傳統矩形波導相類似的傳輸特性，可以用來構成多種形式的波導器件，同時基片集成波導由於加工成本低，加工精度較高，體積小，重量輕、較低的輻射損耗、較強的抗干擾性以及較高的集成度等特點，可以用來設計高集成度的微波毫米波系統。
基片集成波導腔體
一段兩端封閉的波導可構成一個腔體。
如圖 2-1 所示。所有 SIW 腔體的側壁都是由一排金屬化孔來構成的，所以 SIW 腔體是由基片上下表面的金屬覆層、側面的金屬化孔和其中所圍的介質共同構成。
某個金屬腔體電磁場模式，如果能在 SIW 腔體中得到支持，則可以稱為 SIW 腔體中的工作模式。
此時的 SIW 腔體，完全等效於一個介質填充的金屬腔體，而金屬腔體與 SIW 腔體的本征頻率也具
有相同的等效關系
一些參數
當構成側壁的金屬化孔陣滿足一定的設計規則時，能量泄露基本上被抑制（通孔的距離非常近，當間距 < 波導波長的五分之一且 S<4d（d 為通孔的直徑）時，可以忽略孔間的輻射損耗）。
通常基片的厚度小於電磁波在基片介質中的波長。一般工藝條件下，金屬化孔的深度（基片的厚度）與其直徑在大致相近的數量級。
SIW 設計需要確定的參數有通孔的直徑 d,孔間距 p，寬度 \(a_r\) 和等效寬度 \(a_e\)，其中 d 和 p 影響輻射損耗和回波損耗，\(a_r\) 影響截止頻率和基模傳播常數。
一些設計
基片集成波導——微帶轉換器的設計
研究課題：如何測試利用基片集成波導結構的器件。
原因分析：
- 基片集成波導器件在微波介質上構成，基片集成波導的厚度十分薄，從而不能利用傳統測試金屬波導的實驗裝置來完成測試
- 常用測試微波毫米波電路裝置都是針對平面電路（微帶線和共面波導）而設計，無法用於基片集成波導器件的測試
解決辦法：設計一種輸出的轉換裝置，用來實現基片集成波導器件的測試。同時考慮到微波毫米波電路中，電路組成部分包含大量的微帶線、共面波導或其他形式的電路，可以設計實現基片集成波導器件和其他形式的電路集成。
- 可以使用基片集成波導——微帶線轉換器。實現基片集成波導和微帶線之間的集成后，再使用微帶線到其他形式電路的集成方法，就可以實現基片集成波導和其他器件之間的集成。
其主體為一段微帶漸變線，實現基片集成波導和 50 歐姆微帶線之間的阻抗變換。這里選擇的是線性微帶漸變線。
由微波技術，可以在設計的中心頻率上計算出漸變線的長度和 S 參數的關系，從而可以根據實際情況，選擇一個比較合適的長度使得 S 參數在該點的 S11 幅值很小，然后以此長度作為初值，在整個頻段內計算 S 參數，利用優化算法計算出比較合適的微帶漸變線的長度，從而完成基片集成波導——微帶線轉換器的設計。
總結與展望
隨着微波技術、材料技術、加工技術以及計算機技術的發展，微波毫米波集成電路設計技術得到了顯著的提高。高性能、低成本和小體積的微波毫米波電路受到了越來越多的關注，特別是在未來通信系統中，它一直是眾多專家學者關注的焦點。在微波毫米波電路的設計中，利用基片集成波導技術所構成的器件具有高品質因數、大功率容量、易於加工、造價低和容易集成的優點，使得微波毫米波高集成度系統的實現成為可能。
基片集成波導技術是一種新型的導波結構，它提供了一種平面/非平面混合集成電路設計的有效手段。目前的工作已經對基片集成波導的工作原理、導波特性等進行了比較充分的研究；利用基片集成波導技術實現了濾波器、天線、功率分配器和雙工器等基本的微波毫米波器件以及射頻前端子系統等。
基片集成波導技術在毫米波頻段以及其他很多方面將會得到極大的發展，進一步的研究展望如下：
- 借助先進的厚膜、薄膜和 MEMS 加工技術，在 60GHz 以上甚至 THz 頻段上使用基
片集成波導技術來實現高性能的單層基片集成波導毫米波亞毫米波器件。 - 利用多層 PCB 技術、LTCC 技術、MEMS 加工技術和砷化伽（Ga As）技術來實現毫米波亞毫米波多層 SIW 集成電路、SIW 立體電路和毫米波亞毫米波立體集成前端的設計。
- 利用基片集成波導技術來實現高集成度、高性能有源器件如毫米波功率放大器、毫米波倍頻器、毫米波混頻器等有源器件的設計。
- 利用基片集成波導技術來實現新型材料。
- 利用基片集成波導技術進行高性能的新型 SIW 天線的設計，包括毫米波 SIW 相控陣天線的研究以及 SIW 陣列天線的綜合設計等。
總之，基片集成波導技術目前處於快速發展階段，有很多設計方法和設計理念還值得進一步探討，它在微波毫米波甚至亞毫米波工程領域的研究和應用也剛剛開始，隨着設計方法的提高和工藝技術的日益成熟，必將在微波、毫米波、亞毫米波領域中得到廣泛的應用。