文 献 综 述
随着现代通信技术的不断发展以及5G技术的诞生和应用,微波毫米波集成电路及系统正在向高性能、低成本、高集成度和小型化方面快速发展[1]。这之中,滤波器在通信终端设备的应用中占据着至关重要的位置。滤波器是射频微波电路的重要组成部分,为了能够拥有更好的应用前进,也朝着成本低、重量轻、体积小、兼容性好等方向不断发展[2]。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)就是个中翘楚。相较于传统的微带和金属波导滤波器而言, 基片集成波导因为其具有低损耗、高品质因数、大功率容量和结构紧凑便于集成化等特点受到大家的普遍关注。
1 基带集成波导的研究背景和现状
1.1 研究背景
1855年到1865年期间,Maxwell(1831-1879)在总结前人理论和实验的基础之上建立了Maxwell方程组,把光、电、磁联系了起来,实现了物理科学的第三次理论大综合,奠定了电磁理论的基础,引发了以电力应用为标志的第二次技术革命。
自20世纪40年代雷达技术被广泛的应用于军事领域起,以波导和硬同轴线形式的微波部件为主要特征的第一代微波电路技术得到了飞速的发展和广泛的应用。其中无源微波器件主要有微波滤波器、定向耦合器、匹配器、魔T、吸收负载和谐振腔体等;有源器件则主要包括微波混频器、微波磁控管振荡器、行波管放大器等。上述微波器件具有高品质因数(Q值)、大功率容量等优点,缺点是体积笨重、制造工艺和调试过程复杂、造价昂贵、可靠性差等。
随着1961年集成电路工艺技术的出现,实现了将大量晶体管电路缩小在一小块晶体片上的技术,大大提高了电路功能、降低了生产成本。到了20世纪60年代至70年代初,以陶瓷材料为衬底的微波混合集成电路(Hybrid Microwave Integrated Circuit, HMIC)技术,即第二代微波电路技术开始逐步发展起来。
到20世纪70年代后期至80年代初则是第三代微波电路技术的重要发展阶段,砷化镓(GaAs)技术的问世促成了由微波混合集成电路(HMIC)向单片集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC)的过渡[3]。其代表性进展表现在两方面:一是用砷化镓场效应管(GaAs MESFET)作为主要基本单元;二是以介质波导Nonradiative Dielectric Waveguide, NRD)作为微波传输线的毫米波集成电路。
进入20世纪90年代后,由于无线通信技术的发展及其通信频率向微波波段的扩展,微波电路得到了又一好的发展机遇[4]。与硅材料相比砷化镓等ⅢA~ⅤA族化合物材料的集成电路工艺复杂、成本较高、集成度低,集成电路芯片有由砷化镓等ⅢA~ⅤA族化合物材料向硅材料扩展的趋势。
1.2 基片集成波导的研究现状
