毫米波基片參數(shù)測(cè)量的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高度集成是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)通信、雷達(dá)、導(dǎo)航等系統(tǒng)小型化、輕量化和低成本的主要途徑之一。射頻前端通常是影響這些無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)體積、成本、功耗等的主要因素。于是，平面集成成為射頻(載波可以在微波、毫米波或太赫茲頻段)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。介質(zhì)基片是實(shí)現(xiàn)射頻系統(tǒng)平面集成的載體，其電磁參數(shù)，如介電常數(shù)、損耗角正切等，是影響射頻系統(tǒng)性能的重要因素之一。因此，研究介質(zhì)基片在微波、毫米波以及太赫茲頻段的材料特性具有重要的意義。目前，廠(chǎng)家通常僅提供介質(zhì)基片在10GHz以下

2、頻段的介電常數(shù)和損耗角正切等材料特性，在毫米波、太赫茲及以上頻段，人們對(duì)介質(zhì)基片的電磁特性了解較少，也就難以預(yù)測(cè)這些頻率范圍內(nèi)場(chǎng)與波在電路中所具有的行為特征?；趶S(chǎng)家提供的低頻時(shí)的參數(shù)設(shè)計(jì)毫米波或太赫茲頻段的電路，將產(chǎn)生很大的偏差。
　　基片集成波導(dǎo)(SIW)是近十多年來(lái)微波毫米波領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)注熱點(diǎn)，以它為基礎(chǔ)的各類(lèi)無(wú)源器件、電路、系統(tǒng)被充分發(fā)掘和研究。SIW諧振腔就是其中之一，它不僅具有波導(dǎo)腔體品質(zhì)因數(shù)高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，而且便

3、于平面集成，是高頻率下平面電路基片測(cè)量的有效工具。本文的工作就是基于SIW諧振腔開(kāi)展毫米波頻段基片參數(shù)測(cè)量方法的理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　在充分分析SIW諧振腔工作模式、諧振頻率與介電常數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了測(cè)量與全波仿真相結(jié)合的介電常數(shù)提取方法；在分析SIW諧振腔場(chǎng)分布、損耗來(lái)源的基礎(chǔ)上，提出了利用多個(gè)腔分離介質(zhì)損耗和導(dǎo)體損耗的原理和方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了方法的有效性和實(shí)用性。論文的主要內(nèi)容如下：
　　1)作為SIW諧振腔的

4、測(cè)試端口，設(shè)計(jì)了一組普通金屬波導(dǎo)與SIW之間的寬帶轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)，頻率范圍為75GHz-105GHz，幾乎覆蓋了整個(gè)W波段。單個(gè)轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)相對(duì)帶寬約為15％，通帶內(nèi)回波低于-15dB，一對(duì)轉(zhuǎn)接加中段SIW傳輸線(xiàn)的總插損小于1.2dB，性能超過(guò)文獻(xiàn)報(bào)道的類(lèi)似結(jié)構(gòu)的最好水平。
　　2)設(shè)計(jì)了普通金屬波導(dǎo)與基片集成同軸線(xiàn)(SICL)之間的寬帶轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)，頻率范圍為76.5GHz-92.2GHz，帶內(nèi)回波低于-14.7dB，估計(jì)單個(gè)轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)插損小于

5、0.5dB。
　　3)提出了一種傳輸型諧振腔等效電路模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了品質(zhì)因數(shù)提取方法，與傳統(tǒng)的“3dB帶寬”方法和圓擬合方法相比具有更高的精度。
　　4)設(shè)計(jì)了75GHz-100GHz頻段的數(shù)十個(gè)SIW諧振腔單元，并制作了多個(gè)副本進(jìn)行大量的測(cè)量和數(shù)據(jù)采集。提取了SIW諧振腔金屬化通孔的制作誤差，并以此為基礎(chǔ)建立了全波仿真模型。
　　5)將全波仿真結(jié)果與S參數(shù)測(cè)量結(jié)果相結(jié)合得到實(shí)介電常數(shù)隨頻率的變化曲線(xiàn)。結(jié)果顯示，