1。1  课题研究背景

随着对高速度大容量通信的需求增大，人们开始开发利用高频段更丰富的频谱资源。新兴的毫米波频段的应用需要具有高效率、低价格、结构紧凑等性能的器件和电路，这就是基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW）技术在近些年来得到很大关注的原因。基片集成波导是指一种能够利用PCB、LTCC等集成工艺获得的，并由空气过孔或金属通孔来使向外辐射的电磁波被限制在传输结构中的一种集成类波导结构[1]，从而代替了传统矩形金属波导。早在1998年Hirokawa和Uchimura就先后发现当在波导上面开凿金属通孔阵列时它们同样会起到与波导金属壁一样的作用[2]，它们同样会把波局限在波导内部并向前传播[3]。近年以来，Deslandes进一步对SIW结构和其它平面微波电路间的连接电路进行了研究[4,5]。吴柯教授和其他一些学者则通过在波导上开空气孔而制造出了另外一种基片集成非辐射的介质波导[6]。SIW结构和传统矩形金属波导相比，不仅传输特性良好并且其结构更加紧凑更加易于集成。这样就能大大缩小原来那些毫米波段电子器件的尺寸，减轻它们的重量，并使得其制作成本降低从而使得它们能得到更为广泛的推广与应用。最后，也增强了制造时的可靠性与可重复性。

基片集成波导已经显示出很多优良的性能，但它有一个由介质基片而引起的显而易见的问题，会导致占所有传输损耗中最大的介质损耗。为了减少介质损耗并使传输损耗降低，一种基于多层印制电路板技术（Multilayer Printed Circuit Board），在波导中间部分填充空气的改良版的基片集成波导结构被制造出来，即空气基片集成波导(Air-filled Substrate Integrated Waveguide)。它的结构可分为三层，其顶部与底部基片可由标准基片如FR-4组成，在其上可以实现基带或数字电路，这样就可以得到一个结构紧凑，性能优良，成本低廉的毫米波系统。本篇论文中即要设计一种工作于W波段的空气基片集成波导缝隙天线。

1。2  基片集成波导的应用

在当代，由于无线通信尤其是移动通信技术的迅猛发展，使得较低频段的频谱已经非常拥挤，有限的频率资源日趋紧张。而随着对高速度大容量通信需求的日益增大，人们开始寻求向更高频段——微波毫米波频段资源的开发利用。文献综述

在一些对器件尺寸要求并不是很高的地方，如在通信基站、雷达等高功率通信系统中，我们使用传统的腔体滤波器即可能提供所需的良好的品质因数与微弱的插入损耗。而在一些对器件尺寸要求较高的场合，当频率达到毫米波频段时，传统的使用微带线等平面传输线方式来减小器件尺寸的方式会出现很多问题，如其品质因数较低、插入损耗较大、会带来严重的电磁波辐射与泄漏。由于这些原因，微带滤波器的应用难以在微波毫米波频段上得到广泛推广。而随着SIW技术的出现，在微波毫米波波段的各种电子器件的结构可以变得更加紧凑，实现低姿态尺寸，并且电子器件或电路的各项参数及性能指标也会变得更加优异。例如从插入损耗这点来说，SIW结构可以表现出介于微带传输线与一般矩形波导间很好的折中性能。在实现形式上，可以基于已经发展完备的LTCC多层工艺等的封装技术，再联系基片集成波导的实现技术就能够把全部的微波毫米波系统封装在一个结构里，制作出在实现小型化的同时其各项性能指标可媲美腔体滤波器的滤波器。

采用基片集成波导技术除了可以设计出性能优异的滤波器外，还可以设计出其它许多高品质因数集成波导器件，如双工器和T型接头等。同时，在天线领域也已经成功应用到了SIW技术。由于其主瓣宽度窄，副瓣电平低等等显著的优点，基片集成波导缝隙阵列天线现在已经被广泛应用于雷达和通信基站里许多重要的微波器件中。因为SIW这种结构简单来说就是能够屏蔽电磁场的一种器件，在其宽壁上开缝时缝隙会切割金属表面的壁电流，波导上缝隙将受到波导内部电磁场的激励而把波导内的能量耦合到外部空间，根据这点即可制成行波或驻波形式的波导缝隙阵列天线。我们可以通过控制在基片集成波导上开缝的位置和尺寸，得到不同缝隙激励的幅度，使得缝隙天线工作在最理想的状态，即谐振状态。