毫米波无源元件特性研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

随着现代微波毫米波电路系统的快速发展，其功能越来越复杂、电性能指标的要求越来越高，同时要求其体积越来越小，重量越来越轻。微波毫米波系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展，因此迫切需要发展新的微波毫米波集成技术，基片集成波导技术的出现正好满足了这种要求。

基片集成波导也称为壁后波导或叠片波导^[1]，是近年提出的可以集成于介质基片中的具有低损耗、低辐射、高品质因数、高功率容量等特性的新型波导结构。基片集成波导就是将波导集成在介质基片上，其基本结构是上下底面为金属层，中间为低损耗介质基片，然后在介质基片上添加两排平行金属孔，这样就实现了类似于矩形波导窄边的结构，从而具有能与传统矩形波导相媲美的传播特性^[10]。所以由基片集成波导构成的微波毫米波器件和系统也具有高品质因数、高功率容量、易于集成等优点，同时与传统波导构成的微波毫米波器件的加工成本比较，基片集成波导形式的微波毫米波器件的加工成本十分低廉。基片集成波导的这些特点决定了这种新型波导结构具有广泛的应用领域和前景^[9]。

基片集成波导结构最早由一名日本学者在1992年提出，在1997年有文章报道过这种结构并称之为栅格波导^[6]。1998年，Hiroshi Uchimura和Takeshi Takensoshita两位学者比较系统地研究了这种波导结构。从此以后，国内外许多相关领域的专家学者都对基片集成波导技术进行了大量深入的研究。当前国内外研究基片集成波导最多的是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。很多学者在对基片集成波导传播特性的研究的基础上，实现了许多无源微波器件如滤波器^[2]、功率分配器^[8]、定向耦合器^[6]、阵列天线^[8]等以及多种有源器件，这些器件都展现了能与传统形式的金属矩形波导微波毫米波器件相媲美的性能，极大地推动了基片集成波导技术的发展。近几年来，基片集成波导技术在中国台湾地区、韩国、日本、美国、欧洲等亦受到了大量关注，最近国外利用先进的加工工艺，已将基片集成波导技术应用于 100.0GHz 甚至是 200.0GHz 左右频段的毫米波电路的设计。基片集成波导技术提供了一种高品质的微波毫米波电路集成新技术，目前它已逐渐为国际微波界所认识，并受到国际学术界与工业界的重视。基于基片集成波导技术实现的无源器件主要有以下几种：

（1）滤波器

滤波器是微波毫米波系统中的关键部件，是几十年来微波毫米波领域经久不衰的研究课题。滤波器按照其频率响应特性不同可以分为：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。滤波器的主要技术指标有：中心频率、带宽、通带衰减、阻带衰减等。^[4]

在微波毫米波射频系统中，具有低插入损耗、高选择性、高性能的滤波器能够明显地提高系统的性能。由于基片集成波导结构具有高集成度、低辐射损耗、强抗干扰特性等优点，所以其受到了很多的关注，在毫米波电路中具有广泛的应用前景。

由于基片集成波导具有和相对应的传统矩形金属波导相似的场分布和相似的传输特性，所以可以利用常用的矩形金属波导结构来研究高集成度的基片集成波导器件。通过基片集成波导可以实现多种滤波器，而微带线构成的滤波器相比较，因为基片集成波导具有更高的品质因数，所以其构成的滤波器具有更陡峭的带外抑制特性^[5][11]。由于基片集成波导易于与平面电路集成的特点^[3]，当基片集成波导与微带线等平面结构结合构成滤波器时，同样可以取得良好的滤波特性。

（2）功率分配器

功率分配器是将输入信号功率分成几路功率输出的一种多端口微波网络。功率分配器的主要指标有：回波损耗、插入损耗、幅度平衡度、相位平衡度。

功率分配器作为一种重要的微波无源器件一直被广泛地应用于现代微波毫米波系统中，特别是毫米波天线阵列的设计中，功率分配电路的性能好坏能直接影响到阵列天线的性能。在毫米波波段，要求器件体积和重量都较小，复杂结构的器件会增加加工难度和生产成本，因此对功率分配器进行进一步研究，设计出结构简单易于加工的高性能功率分配器是发展趋势。