Hirokawa和Ando于1998年首先提出了基片集成波導（Substrate Integrated Waveguide,SIW），即在介質基片中制作兩排金屬化通孔，與上下表面圍成準封閉的導波結構。相對于傳統的金屬波導，SIW體積小、重量輕；同時，相對于微帶線等傳統電路，SIW損耗小、輻射低。吳柯教授以及其他的專家學者對SIW進行了數值分析、建模及特性分析，并實現了各類高性能的器件，例如濾波器、定向耦合器、移相器、天線單元及陣列等。然而在實際工程應用中，單一器件往往不能滿足系統需求，各組件、部件乃至各子系統一般都要求盡可能使用同一種傳輸線，從而保證內部連接更為緊湊，使得損耗更小，性能穩定。由于基片集成波導的結構包含大量金屬化圓孔，仿真軟件在仿真的時候，往往導致計算機內存不夠而運行終止，或者占用內存較大而降低仿真效率。

本文基于上述考慮，結合單脈沖網絡的項目需求，運用HFSS軟件，采用優化設計模型，設計了基片集成波導的單脈沖饋電網絡。在考慮到各項誤差后，測試結果和仿真結果基本吻合，從而證明優化模型在基片集成波導設計中的高效性，也證明HFSS在電路設計過程中的實用價值。

2、基于基片集成波導的單脈沖饋電網絡

2.1、基片集成波導

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圖1、基片集成波導結構

基片集成波導（Substrate integrated waveguide，SIW）是一種新的微波傳輸線形式，其利用金屬過孔或金屬柱，在介質基片上實現波導的場傳播模式，如圖1所示。由于其傳播模式和傳統的金屬波導相同，因此在電性能上，其等效為一段填充有介質的金屬波導，等效寬度可由等效公式進行計算。

公式1 等效寬度的計算公式

其中a'為基片集成波導的寬度,W是金屬化孔間距，R是金屬化孔的半徑，而a為填充介質的等效金屬波導寬度。為提高仿真效率同時防止電磁波從金屬化孔間泄露，一般取3R≤W≤4R。

2.2、單脈沖饋電網絡

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圖2、單脈沖網絡

在機載和彈載系統中，廣泛采用平板式的單脈沖天線，如圖2所示。這種單脈沖天線在物理上被劃分成四個象限（1-4），每個象限射頻信息（E1-E4）通過多層饋電網絡合成后匯聚到單脈沖比較器（I-III），單脈沖比較器作為整個單脈沖天線的關鍵部件，把四個象限的射頻信號合成為一個和波束（EΣ），兩個正交差波束（EΔα、EΔβ）方向圖。

3、單脈沖饋電網絡的HFSS仿真

3.1、優化模型

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圖3、基片集成波導的網格劃分

大型基片集成波導電路往往金屬化孔的數量較多，這些金屬化孔是弧面。在HFSS中，為了保證仿真的精度，弧面所需的網格數量往往遠大于平面。圖3是工作在X波段的基片集成波導傳輸線。基片寬度14mm，金屬化孔的半徑為0.25mm，默認的圓柱面的劃分為0，網格數量為19953，從圖中也可以明顯看出金屬化孔的區域自適應的加密程度遠大于其它區域。

優化模型的關鍵在于調整圓柱面的劃分數量，從而使得網格的數量下降到計算機內存可接受的程度，但是同時又要保證仿真的正確性。圖4是對圖3所示傳輸線進行仿真的結果，對于金屬化孔，默認的圓弧面網格劃分數量為16。從圖4中可以看出隨著劃分數量從16降低到6，網格劃分對應的數量從19953降低到5455，而回波損耗的誤差約0.5dB左右，插入損耗誤差小于0.02dB，相位的誤差小于1度。當然，不同復雜程度的模型對應不同程度的誤差量級，因此兼顧到效率和運算精度，最終取圓弧面的網格劃分數量為10。

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圖4、圓弧面網格劃分不同數量下的仿真結果。a）回波損耗；b）插入損耗；c）相位差異；d）網格數量

3.2、設計實例