ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΑΦΑΝΑ ΑΛΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Επιβλέπων: Τραϊανός Β Γιούλτσης Ανάλυση και σχεδίαση ολοκληρωμένων κυματοδηγών υποστρώματος (Substrate integrated waveguide) για εφαρμογές κεραιών σε χιλιοστομετρικές συχνότητες Θεσσαλονίκη, Ιούλιος 2014

2

3 Πρόλογος Αυτή η διπλωματική εργασία παρουσιάζει μια επισκόπηση των πρόσφατων επιτευγμάτων στην τεχνολογία των Ολοκληρωμένων Κυματοδηγών Υποστρωμάτων (SIW), με ιδιαίτερη έμφαση στην μοντελοποίηση και στις εκτιμήσεις του σχεδιασμού του χιλιοστομετρικών κυμάτων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων καθώς και στην φυσική ερμηνεία της λειτουργίας αρχών και μηχανισμών απώλειας αυτών των δομών. Σκοπός της είναι η μελέτη, η ανάλυση, η σύνθεση και η κατασκευή εξαρτημάτων στην περιοχή των υψηλών συχνοτήτων, με βελτιστοποίηση χρησιμοποιώντας το CST software που είναι ένα πλήρως εξοπλισμένο πακέτο λογισμικού για την ηλεκτρομαγνητική ανάλυση και το σχεδιασμό στην περιοχή υψηλών συχνοτήτων, όπου απλουστεύει τη διαδικασία εισαγωγής της δομής παρέχοντας ένα 3D ισχυρό στερεό τελικό μοντέλο. Η δομή της εργασίας ακολουθεί το κλασσικό εκπαιδευτικό σχήμα, αρχικά της παρουσίασης της βασικής έννοιας, της τεχνικής, της ανάλυσης, στη συνέχεια, της ανάλυσης συγκεκριμένα καθ αυτό, και τέλος της σχεδίασης. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στους (SIW), αναλύεται σύντομα το θεωρητικό τους υπόβαθρο και κάποιες ενδιαφέρουσες τεχνικές εφαρμογές τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μέθοδοι σχεδίασης και ανάλυσης των ολοκληρωμένων κυματοδηγών (SIW) συνοδευόμενες από κάποια παραδείγματα και εξήγηση μερικών τεχνικών. Στο τρίτο κεφάλαιο επικεντρωνόμαστε στις κεραίες που είναι βασισμένες στους (SIW). Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια προσπάθεια σύνθεσης και σχεδίασης μιας κεραίας, και η τελική διάταξη προσομοιώνεται στον υπολογιστή, στη συνέχεια κατασκευάζεται, και το αποτέλεσμα ελέγχεται με μετρήσεις. Υπενθυμίζουμε ότι η ανάλυση γίνεται με την εξαγωγή S-παραμέτρων,οι οποίες χρησιμοποιούνται σε όλη την εργασία. Στο σημείο αυτό,θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Καθηγητή Τραϊανό Γιούλτση για την εμπιστοσύνη που έδειξε στο πρόσωπό μου ως επιβλέπων της διπλωματικής μου εργασίας,την γνώση που μου παρείχε, κι για την ανεκτίμητη βοήθειά του στο στάδιο της εργασίας, και στην θεωρητική τεκμηρίωσή που μου προσέφερε, και το ενδιαφέρον αντικείμενο των Ολοκληρωμένων Κυματοδηγών Υποστρωμάτων. Χωρίς αυτόν και την ουσιαστική βοήθειά του το τελικό αποτέλεσμα θα ήταν πολύ κατώτερο. Η εργασία αυτή αποτελεί την τελική φάση της φοίτησής μου ως προπτυχιακού στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΑΠΘ. Από τη θέση αυτή, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου για την ηθική και υλική συμπαράσταση καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου, τους φίλους μου που έδειξαν μεγάλη συμπαράσταση σε' μένα και τους συμφοιτητές μου για τις ευχάριστες στιγμές που περάσαμε κατά τη διάρκεια της φοιτητικής μας ζωής. Θεσσαλονίκη, Ιούλιος 2014 ΑΦΑΝΑ ΑΛΑ

4

5 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1 Βασικές έννοιες των Ολοκληρωμένων Κυματοδηγών Υποστρώματος (SIW) Εισαγωγή Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των SIW Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των SIW Η ευελιξία των SIW... 4 Κεφάλαιο 2 Σχεδίαση κυματοδηγών SIW Η σύνθεση των SIW Οι απώλειες των SIW Απώλειες λόγω μεταλλικής αγωγιμότητας Απώλειες λόγω διηλεκτρικής εφαπτομένης απωλειών Απώλειες λόγω ακτινοβολίας Κεφάλαιο 3 Κεραίες βασισμένες στους SIW Κεραίες SIW Κεραίες με σχισμές Κεραίες διαρροής Κεραίες κοιλότητας Κεφάλαιο 4 Κεραίες κοιλότητας SIW με χιλιοστόμετρο-κύμα Εισαγωγή στις κεραίες κοιλότητας Σύνθεση κεραίας με ένα στοιχείο (Σχεδιασμός και Μοντελοποίηση) Κεραία δυο στοιχείων κοιλότητας Κεφάλαιο 5 Συμπεράσματα Βιβλιογραφία... 47

6

7 Κεφάλαιο 1 Βασικές έννοιες των Ολοκληρωμένων Κυματοδηγών Υποστρώματος (SIW) 1.1 Εισαγωγή Οι ολοκληρωμένοι κυματοδηγοί υποστρώματος (SIW) είναι μια νέα μορφή της γραμμής μεταφοράς που έχει προταθεί τα τελευταία χρόνια. Ασύρματα εξαρτήματα και συστήματα έχουν λάβει αυξημένο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια, καθώς οι νέες αιτήσεις για χιλιοστομετρικά κύματα (millimeter waves) που εισάγονται και αναπτύσσονται σε μια ποικιλία από εφαρμογές έχουν προταθεί πρόσφατα στην περιοχή συχνοτήτων άνω των GHz, συμπεριλαμβανομένων των ασύρματων δικτύων, της αυτοκινητοβιομηχανίας ραντάρ, αισθητήρες απεικόνισης και βιοϊατρικών συσκευών. Substrate Integrated Waveguide (SIW) 1

8 SIW post filter leaky-wave antenna couple six-port SIW circuit Επιπλέον η τεχνολογία SIW έχει εφαρμοστεί σε αρκετά εξαρτήματα μικροκυμάτων, συμπεριλαμβανομένων φίλτρων, ζευκτών κατεύθυνσης, ταλαντωτών, ενισχυτών ισχύος, κεραιών, διαιρετών, κυκλοφορητών κτλ. 1.2 Μοντελοποίηση και ανάλυση των SIW Η ανάπτυξη της τεχνολογίας mm-wave είναι ζωτικής σημασίας για την εξέλιξη των ασύρματων συστημάτων καθώς οι ευρυζωνικότητας και υψηλής ευκρίνειας τεχνικές υποστηρίζονται φυσικώς από τη χρήση των χιλιοστομετρικών κυμάτων. Στα περισσότερα από αυτά τα συστήματα η επιτυχία κυρίως εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα της οικονομικής και αποδοτικής τεχνολογίας, που είναι κατάλληλη για τη μαζική παραγωγή των εξαρτημάτων και συστημάτων. Αναμένεται ότι οι τεχνικές ολοκλήρωσης υψηλής πυκνότητας, σε συνδυασμό με μια διαδικασία κατασκευής χαμηλού κόστους, θα πρέπει να είναι σε θέση να προσφέρουν εκτεταμένες λύσεις για εμπορικές εφαρμογές mm-wave. Αναφέρουμε επίσης χωρίς να μπούμε σε λεπτομέρειες ότι η αριθμητική μέθοδος που χρησιμοποιείται για την ανάλυση των χαρακτηριστικών λειτουργίας καθοδήγησης κύματος των SIW είναι η μέθοδος των πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο της συχνότητας (FDFD) όπου είναι ένας αλγόριθμος για την μοντελοποίηση των ιδιοτήτων καθοδήγηση κύματος, το οποίο έχει αναπτυχθεί και ενσωματωθεί στο πακέτο λογισμικού CST. 1.3 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των SIW Με βάση τα επίπεδα διηλεκτρικά υποστρώματα με άνω και κάτω μεταλλικά στρώματα που είναι διάτρητα με σειρές μεταλλικών οπών διασύνδεσης (vias), οι SIW δομές προσφέρουν μια συμπαγή, χαμηλής απώλειας, ευέλικτη και οικονομική αποδοτική 2

9 λύση για την ενσωμάτωση ενεργών κυκλωμάτων, παθητικών στοιχείων και στοιχείων ακτινοβολίας επί του ίδιου του υποστρώματος. Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας των SIW είναι η δυνατότητα να κατασκευαστεί ένα πλήρες κύκλωμα υπό μορφή επίπεδου (συμπεριλαμβανομένου του επιπέδου κυκλώματος ορθογωνίων κυματοδηγών, ενεργών συστατικών και κεραιών), χρησιμοποιώντας ένα πρότυπο τυπωμένο κύκλωμα ή άλλες επίπεδες τεχνικές επεξεργασίας. Οι SIW δομές εμφανίζουν χαρακτηριστικά διάδοσης παρόμοια με εκείνα των ορθογώνιων μεταλλικών κυματοδηγών, υπό την προϋπόθεση ότι οι οπές διασύνδεσης (vias) είναι στενές μεταξύ τους και η διαρροή ακτινοβολίας μπορεί να παραμεληθεί. Συγκεκριμένα, οι ρυθμοί των SIW συμπίπτουν με ένα υποσύνολο από οργανωμένους ρυθμούς του ορθογωνίου κυματοδηγού, δηλαδή με τους ρυθμούς TEn0, με n =1, 2,. Οι λειτουργίες ΤΜ δεν υποστηρίζονται από SIW λόγω των κενών μεταξύ των μεταλλικών οπών (vias): στην πραγματικότητα τα εγκάρσια μαγνητικά πεδία καθορίζουν διαμήκεις επιφανειακά ρεύματα, τα οποία υπόκεινται σε έντονη ακτινοβολία λόγω της παρουσίας των κενών. Ειδικότερα, η θεμελιώδης λειτουργία είναι παρόμοια με τον ρυθμό TE10 ενός ορθογώνιου κυματοδηγού, με κατακόρυφη πυκνότητα ηλεκτρικού ρεύματος επί των πλευρικών τοιχωμάτων. Μια έλξη για τους SIW είναι ότι η ποσότητα του μετάλλου που φέρουν είναι πολύ μεγαλύτερη από ότι θα ήταν σε μικροταινία ή γυμνού αγωγού. Ως εκ τούτου, η απώλεια του αγωγού θα είναι χαμηλότερη. Ένα πιθανό μειονέκτημα των SIW είναι ότι οι απώλειες της διαρροής μπορεί να είναι σημαντικές και αυτό σχετίζεται με το πόσο απέχουν τα vias μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι η εξασθένηση λόγω ακτινοβολίας είναι ένας μη μηδενικός όρος. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι, εισάγοντας ένα διηλεκτρικό στον οδηγό (ορθογώνιο κυματοδηγό που παρουσιάζει χαμηλότερη συχνότητα αποκοπής) θα έχουμε διηλεκτρικές απώλειες. Ο όρος αυτός είναι ανάλογος της συχνότητας, επομένως η εφαρμογή των SIW στα χιλιοστομετρικά κύματα θα πρέπει να εξετάσει προσεκτικά αυτόν τον όρο. Αν έχουμε επιλέξει ένα καλό υπόστρωμα, οι απώλειες που οφείλονται στην αγωγιμότητα του υποστρώματος θα είναι κοντά στο μηδέν. 3

10 1.4 Η ευελιξία των SIW Η κατασκευή των κυκλωμάτων SIW γίνονται με μηχανική διαδικασία που περιλαμβάνει την διάνοιξη οπών στις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων, εισάγοντας τις μεταλλικές οπές, και την συγκόλληση τους μαζί με τις μεταλλικές πλάκες. Αν όμως βρίσκουμε ότι οι οπές δεν είναι κολλημένες μαζί με τις μεταλλικές πλάκες, η απόδοση των SIW θα υποβαθμιστεί σε πολύ σημαντικό βαθμό. Έτσι, οι θέσεις των μεταλλικών στοιχείων, όχι μόνο παίζουν ένα ρόλο θωράκισης στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αλλά επίσης είναι υπεύθυνες για τη σύνδεση των επιφανειακών ρευμάτων, προκειμένου να διατηρηθεί η διάδοση των κυμάτων. Από τεχνική και πρακτική σκοπιά παρατηρούμε ότι δεν υπάρχει διαφορά στο να τοποθετούμε πρώτα τα μεταλλικά στρώματα ή τις μεταλλικές οπές (vias) (δηλαδή να τρυπηθούν τα μεταλλικά στρώματα ή όχι) όπου έτσι μπορούμε να επιλέγουμε την πιο ευέλικτη και εύκολη κατασκευαστική τεχνική ανάλογα με τα μέσα που διαθέτουμε. 4

11 Τοποθέτηση των vias πρώτα 5

12 Τοποθέτηση των μεταλλικών στρωμάτων πρώτα Και στα παρακάτω σχήματα μας δείχνουν πόσο ευέλικτη είναι η τεχνική των SIW, όπου έχουμε ένα φίλτρο με έξοδο διαφορικής κατεύθυνση από την είσοδο όπου μας δίνει την δυνατότητα αυτή ως προς την ευκολία της κατασκευής. 6

13 7

14 Στα παρακάτω σχήματα δείχνουμε πως αλλάζουν οι S-παράμετροι σε ένα φίλτρο με την μεταβολή των τιμών των ακτινών στις οπές σαρώνοντας σε ένα εύρος ζώνης: 8

15 Στα επόμενα δείχνουμε την μεταβολή της απόστασης μεταξύ των οπών. 9

16 Η υψηλή και χαμηλή απώλεια των SIWs τα καθιστά μια ελκυστική πιθανή διασύνδεση για σήματα συχνότητας σε δεκάδες (GHz), όπου οι συνήθεις γραμμές μεταφοράς αντιμετωπίζουν προοδευτικά επιδεινούμενη απώλεια και θέματα ακτινοβολίας. Η τεχνολογία SIW παρέχει τη δυνατότητα ενσωμάτωσης άλλων γραμμών μεταφοράς που βασίζονται στο ίδιο υπόστρωμα. Αυτό επιτρέπει την εκλεπτυσμένη συσκευασία και η ενσωμάτωση των πολύπλοκων δικτύων και κεραιών. 10

17 Κεφάλαιο 2 Σχεδίαση κυματοδηγών SIW 2.1 Η σύνθεση των SIW Οι SIW μπορούν να θεωρηθούν σαν μια μετάβαση μεταξύ μιας επίπεδης γραμμής μεταφοράς και ενός γεμάτου με διηλεκτρικό κυματοδηγού. Ο κυματοδηγός με διηλεκτρικό μετατρέπεται σε ολοκληρωμένο κυματοδηγό υποστρώματος (SIW) με τη βοήθεια των οπών διασύνδεσης για τα πλευρικά τοιχώματα του κυματοδηγού. Οι συσκευές SIW μπορεί να θεωρηθούν ως μια μορφή κυματοδηγού με διηλεκτρικό, ως εκ τούτου για TE10 ρυθμούς, η διάσταση b σύμφωνα με το σχήμα δεν είναι σημαντική, δεδομένου ότι δεν επηρεάζει την συχνότητα αποκοπής του κυματοδηγού. Ως εκ τούτου, το υπόστρωμα μπορεί να είναι σε οποιοδήποτε πάχος κι επηρεάζει μόνο τις διηλεκτρικές απώλειές. Για ένα ορθογώνιο κυματοδηγό, η συχνότητα αποκοπής βρίσκεται από τον ακόλουθο τύπο: όπου: c : ταχύτητα του φωτός m, n : αριθμός λειτουργίας α, b : διαστάσεις του κυματοδηγού c mπ nπ f c= ( ) +( ) 2π a b

18 για TE10 όπου c 0 f= c 2α ε r ε r : διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού Σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας οι μικροταινιακές γραμμές δεν είναι αποτελεσματικές, και επειδή το μήκος κύματος σε υψηλές συχνότητες είναι μικρό, η κατασκευή της συσκευής μικροταινίας απαιτεί πολύ αυστηρά όρια ανοχής. Σε υψηλές συχνότητες προτιμούνται συσκευές κυματοδηγών, ωστόσο, η διαδικασία παραγωγής τους είναι δύσκολη. Ως εκ τούτου, μια νέα αντίληψη που προέκυψε οδηγεί σε ένα κυματοδηγό ολοκληρωμένο στο υπόστρωμα. SIW είναι μια μετάβαση μεταξύ μικροταινία και γεμάτο με διηλεκτρικό κυματοδηγό. Ο κυματοδηγός με διηλεκτρικό μετατρέπεται σε ολοκληρωμένο κυματοδηγό υποστρώματος (SIW) με τη βοήθεια των οπών διασύνδεσης για τα πλευρικά τοιχώματα του κυματοδηγού. Οι SIW δομές εμφανίζουν χαρακτηριστικά διάδοσης παρόμοια με εκείνα των ορθογωνίων μεταλλικών κυματοδηγών υπό την προϋπόθεση ότι τα μεταλλικά vias είναι στενά μεταξύ τους και η διαρροή ακτινοβολίας μπορεί να παραμεληθεί. Ειδικότερα η θεμελιώδης λειτουργία είναι παρόμοια με τον ρυθμό TE 10 ενός ορθογώνιου κυματοδηγού. Λόγω αυτής της ομοιότητας μεταξύ SIW και ορθογώνιο κυματοδηγό, έχουν ληφθεί εμπειρικές σχέσεις μεταξύ των γεωμετρικών διαστάσεων του SIW και του ενεργού πλάτους του ορθογώνιου κυματοδηγού με τα ίδια χαρακτηριστικά διάδοσης. Οι σχέσεις αυτές επιτρέπουν την προκαταρκτική διαστασιολόγηση και το σχεδιασμό του SIW, χωρίς την ανάγκη εργαλείων ανάλυσης πλήρους κύματος. Μια από τις βασικές σχέσεις της βιβλιογραφίας είναι η εξής d α siw =α+ 0.95p 2 12

19 d p Υπάρχει μια περιοχή στο επίπεδο (, ) όπου το SIW είναι ισοδύναμο με ένα λc λ c συμβατικό ορθογώνιο κυματοδηγό που έχει αμελητέες απώλειες διαρροής και δεν παρουσιάζει κανένα διάκενο ζώνης σε εύρος ζώνης λειτουργίας. Αυτή η περιοχή ορίζεται ως εξής : p 2d p λc όπου λc = 2a λg d 5 2π όπου λg = 2 εr (2 π f ) π 2 ( ) 2 c a Η κατάσταση αυτή προϋποθέτει ότι η απόσταση μεταξύ των vias πρέπει να είναι μικρότερη από το διπλάσιο της διαμέτρου της οπής, έτσι ώστε το κύκλωμα να είναι φυσικώς πραγματοποιήσιμο να αποφευχθεί κάθε διάκενο στο εύρος ζώνης λειτουργίας και να είναι αμελητέες οι απώλειες διαρροής. Επιπλέον ο αριθμός των οπών δεν πρέπει να υπερβεί τις 20 ανά μήκος κύματος. 2.2 Οι απώλειες των SIW Ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα στο σχεδιασμό του SIW σχετίζεται με την ελαχιστοποίηση των απωλειών, ιδιαίτερα όταν λειτουργούν στο φάσμα συχνοτήτων των χιλιομετρικών κυμάτων. Εκεί είναι οι τρεις μηχανισμοί των απωλειών των δομών SIW. Λόγω της ομοιότητάς τους με ορθογώνιους κυματοδηγούς απώλειες αγωγού παρουσιάζονται λόγω της πεπερασμένης αγωγιμότητας των μεταλλικών τοιχωμάτων 13

20 και οι διηλεκτρικές απώλειες λόγω απώλειας της εφαπτομένης του διηλεκτρικού υποστρώματος. Επιπλέον, η παρουσία των κενών στις δομές SIW κατά μήκος των πλευρικών τοιχωμάτων μπορεί να έχουν σαν συνέπεια μια απώλεια ακτινοβολίας, λόγω πιθανής διαρροής μέσα από τα κενά. Τα διάφορα είδη απώλειας στο SIW μπορεί να ελαχιστοποιηθούν με την τροποποίηση ορισμένων γεωμετρικών παραμέτρων, δηλαδή το πάχος του υποστρώματος, τη διάμετρο των μεταλλικών vias, και τη διαμήκη απόσταση μεταξύ των κέντρων τους. Το πάχος του διηλεκτρικού υποστρώματος δεν παίζει σημαντικό ρόλο, τουλάχιστον, όσο είναι μικρότερο από ένα ήμισυ του μήκους κύματος. Η ροή ισχύος στον κυματοδηγό δίνεται από τη σχέση -2az P=P0e όπου P 0 η ισχύς στην είσοδο Η απώλεια ισχύος στους αγωγούς ανά μονάδα μήκους : P -2az P απ = - =2aP0e z a=a d+a c είναι η σταθερά απόσβεσης που είναι το άθροισμα των απωλειών του μετάλλου και του διηλεκτρικού Απώλειες λόγω αγωγιμότητας του μετάλλου Οι απώλειες μετάλλου εξαρτώνται από την ρίζα της συχνότητας, λόγω της επιφανειακής αντίστασης που μεταβάλλεται ως προς τη συχνότητα. Η επιφανειακή αντίσταση για ένα σύστημα μετάλλου υπολογίζεται ως πfμrμ0 R= s σ c 1 δ= πfμσ σ c : αγωγιμότητα του μετάλλου µ r : σχετική διαπερατότητα µ 0 : μαγνητική διαπερατότητα του κενού δ : βάθος διείσδυσης του μετάλλου c = 4π 10 7 Το τελικό βήμα για τον υπολογισμό της απώλειας λόγω μέταλλου: από την αντίσταση ανά μονάδα μήκους, μπορεί να βρεθεί η απώλεια ανά μονάδα μήκους: 14

21 R a c= Z s 0 (db/m) Απώλειες λόγω εφαπτομένης απωλειών του διηλεκτρικού Η απώλεια λόγω της εφαπτομένης απωλειών διηλεκτρικού (tanδ) μπορεί να είναι πολύ σημαντική σε συχνότητες μικροκυμάτων. Ο όρος αυτός είναι ανάλογος της συχνότητας, έτσι ώστε όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα, τόσο πιο πιθανό είναι ότι θα κυριαρχήσει στη συνολική απώλεια. Η αναλυτική εξίσωση για τις διηλεκτρικές απώλειες σε ένα ορθογώνιο κυματοδηγού, δίνεται ως εξής: 2 k tanδ a= d 2β σd Όπου tanδ = η εφαπτομένη απωλειών 2πfε * Με μιγαδικό διηλεκτρικό ε =ε ε ( 1-jtanδ) k : Ο κυματικός αριθμός β : Η σταθερά διάδοσης -12 ε r = (F/m) διηλεκτρική σταθερά του κενού σ : Η αγωγιμότητα του διηλεκτρικού d r Απώλειες λόγω ακτινοβολίας Οι απώλειες λόγω ακτινοβολίας είναι ένας διαφορετικός μηχανισμός. Δεν οφείλεται σε απώλειες Joule, είναι περισσότερο από μια απώλεια διαρροής. Το αποτέλεσμα για το σήμα είναι το ίδιο, με την έννοια ότι προκύπτει απώλεια ενέργειας. Υπενθυμίζουμε ότι η αύξηση της διηλεκτρικής σταθεράς μειώνει τις απώλειες ακτινοβολίας. Στα σχήματα που ακολουθούν έχουμε ένα κυματοδηγό με διηλεκτρικό FR-4 που έχει διηλεκτρική σταθερά=4.3, tanδ=0.025, μήκος=4.8mm, πλάτος=mm, πάχος=0.4mm, d=0.214mm, κι p=0.4mm. κι οι οπές αποτελούνται από μαλακό μεταλλικό που λέγεται κασσίτερος (Tin),κι τα στρώματα είναι από PEC. 15

22 16

23 Από τα σχήματα και ειδικά από το τελευταίο μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα για το τι απώλειες προκαλούνται στο κυματοδηγό. Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας SIW είναι η δυνατότητα να κατασκευάσει ένα πλήρες κύκλωμα υπό μορφή επίπεδης διάταξης, χρησιμοποιώντας ένα πρότυπο τυπωμένο κύκλωμα ή άλλες τεχνικές επεξεργασίας. Σε αυτό το σημείο αναφέρουμε μια παρατήρηση ως προς την κατασκευή των SIW όπου στην προσπάθεια κατασκευής μιας κεραίας στα παρακάτω σχήματα παρατηρούμε ότι τα εξαρτήματα με διαφορετικά μεταλλικά έχουν καλύτερο συντελεστή ανάκλασης : 17

24 Είναι γνωστό ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ενός ρυθμού σε ένα ορθογώνιο κυματοδηγό μπορεί να περιγραφεί από την υπέρθεση δύο επίπεδων κυμάτων σε μία γωνία σε σχέση με το άξονα (η κατεύθυνση διάδοσης της ενέργειας). Αυτή η γωνία είναι ίση έως 90 στη συχνότητα αποκοπής. Για κυματοδηγό χωρίς απώλειες, τα πραγματικά και φανταστικά μέρη της σταθεράς διάδοσης είναι ίσες με μηδέν. Εάν ο κυματοδηγός έχει απώλειες, δεν υφίσταται συχνότητα στην οποία η σταθερά διάδοσης καθίσταται μηδέν. Στα επόμενα σχήματα βλέπουμε τη συγκέντρωση της ηλεκτρικής και μαγνητικής ενέργειας ενός κυματοδηγού ως προς το ρυθμό TE 10 18

25 Ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου Ενέργεια του μαγνητικού πεδίου Επιπλέον, υπάρχει η δυνατότητα να τοποθετηθεί ένα ή περισσότερα κυκλώματα επί του ίδιου υποστρώματος. Δεν υπάρχει καμία ανάγκη μεταβάσεων μεταξύ των στοιχείων που κατασκευάζονται με διαφορετικές τεχνολογίες, μειώνοντας έτσι τις απώλειες και τις παρεμβολές. Με τον τρόπο αυτό, υιοθετείται ευρέως ο σχεδιασμός των κυκλωμάτων όπου αποτελεί την ιδανική πλατφόρμα για την ανάπτυξη οικονομικά αποδοτικών και με ευκολία στην κατασκευή συστημάτων mm-wave υψηλής απόδοσης. 19

26 20

27 Κεφάλαιο 3 Κεραίες βασισμένες στους SIW 3.1 Κεραίες SIW Κατά τα τελευταία λίγα χρόνια, έχει υπάρξει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον στις κεραίες SIW. Πρόσφατα, οι τεχνικές του ολοκληρωμένου κυματοδηγού υποστρώματος (SIW) επιτρέπουν να συνδυαστούν τα άριστα χαρακτηριστικά των επίπεδων γραμμών μεταφοράς και κυματοδηγού, και επίσης υψηλό βαθμό ολοκλήρωσης των κυκλωμάτων χιλιοστομετρικών κυμάτων για κατασκευές χαμηλού κόστους. Ως εκ τούτου, η τεχνική SIW είναι πολύ κατάλληλη για την κατασκευή σε υψηλό εύρος ζώνης κεραίας ενσωματωμένης σε ένα ενιαίο υπόστρωμα. Έχουν προταθεί διάφορες διαμορφώσεις, ξεκινώντας από τις κλασικές σχισμές στους κυματοδηγούς κεραιών, κεραίες με διαρροή μέσα από τις διαμήκεις αποστάσεις μεταξύ των οπών και κεραίες με κοιλότητα. 3.2 Κεραίες με σχισμές Η πρώτη κεραία SIW βασίστηκε σε τέσσερις επί τέσσερις σχισμές SIW σε συστοιχία που λειτουργεί στα 10 GHz. Αυτή η κεραία επιτυγχάνεται με χάραξη διαμηκών σχισμών στην κορυφή της μεταλλικής επιφάνειας ενός SIW. Το δίκτυο τροφοδοσίας της κεραίας βασίζεται στη μικροταινία ισχύος. Παρακάτω δείχνουμε μια κεραία με σχισμές κι βλέπουμε τα χαρακτηριστικά της και επίσης την κατευθυντικότητα και την αποδοτικότητα που αυξάνεται με τη συχνότητα. Η πλακέτα έχει διαστάσεις 15Χ5mm με διηλεκτρικό FR-4, η ακτίνα των οπών είναι 0.25mm, το πάχος ισούται με 0.5mm, η διαμήκη απόσταση των οπών είναι 1mm, πλάτος κυματοδηγού 1.8mm, διαστάσεις σχισμών 0.15Χ1mm, η διαμήκη απόσταση μεταξύ τους 1mm και η οριζόντια απόσταση 0.5mm. 21

28 22

29 23

30 3.3 Κεραίες διαρροής Μια διαφορετική τοπολογία είναι οι κεραίες διαρροής κύματος (leaky wave antennas): η κεραία εκμεταλλεύεται ένα από τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά του SIW, δηλαδή, την ιδιότητά του για να προκαλέσει τη διαφυγή της ακτινοβολίας, όταν η διαμήκη απόσταση των μεταλλικών vias είναι επαρκώς μεγάλη. Η γεωμετρία της κεραίας διαρροής κύματος δείχνει ιδιότητες διασποράς των στοιχείων. Από την άλλη εμφανίζει κατευθυντική ακτινοβολία διατηρώντας παράλληλα ένα υψηλό κέρδος. Στα παρακάτω βλέπουμε ένα δείγμα μιας κεραίας διαρροής με τα αποτελέσματα που τη χαρακτηρίζουν. 24

31 25

32 3.4 Κεραίες κοιλότητας Οι κεραίες κοιλότητας επιτυγχάνουν μέγιστη κατευθυντικότητα κατά την κατεύθυνση σκόπευσης σε ένα δεδομένο μήκος κύματος (είναι το μήκος κύματος στον ελεύθερο χώρο όταν η κοιλότητα είναι πλήρως γεμάτη αέρα). Σε πρακτικό σχεδιασμό, η ιδιότητα της ακτινοβολίας της πεπερασμένης δομής και του μεγέθους του επιπέδου γείωσης, όπως και οι απώλειες που προκλήθηκαν από το διηλεκτρικό, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. Η αποδοτικότητα της κεραίας υπολογίζεται ως εξής : P a η= P a +P απ Όπου P a : Η ακτινοβολούμενη ισχύς 26

33 P απ : Η ισχύς απωλειών Ωστόσο, όλες αυτές οι κεραίες απαιτούν τα διηλεκτρικά αντηχεία να συνδέονται με τον κυματοδηγό και να είναι ανοιχτά από πάνω για λόγους ακτινοβολίας του κύματος. Με αυτό το είδους κεραιών θα ασχοληθούμε στο τέταρτο κεφάλαιο. 27

34 28

35 Κεφάλαιο 4 Κεραίες κοιλότητας SIW με χιλιοστόμετρο-κύμα 4.1 Εισαγωγή στις κεραίες κοιλότητας Ασύρματα συστήματα ευρείας ζώνης (wideband) που λειτουργούν σε ζώνες (30-300GHz) και έχουν προσελκύσει ιδιαίτερη προσοχή. Ως ένα βασικό συστατικό, οι κεραίες χιλιοστομετρικών κυμάτων πρέπει να είναι χαμηλού κόστους με υψηλό κέρδος και υψηλή ικανότητα ενσωμάτωσης. Παρά το γεγονός ότι οι κεραίες μικροταινίας έχουν αξιόλογα πλεονεκτήματα σε επίπεδο σχεδιασμού, υποφέρουν από χαμηλή αποδοτικότητα λόγω της σοβαρής απώλειας ισχύος που προκαλείται από αγωγούς, διηλεκτρικά ή και επιφανειακά κύματα. Κεραίες με διηλεκτρικό αντηχείο έχουν αποδειχθεί ότι εκπέμπουν αποτελεσματικά σε ικανό εύρος συχνοτήτων και μια από τις πολλές διαφορετικές μεθόδους τροφοδοσίας που έχουν προταθεί για τη σύζευξη της ενέργειας με διηλεκτρικά αντηχεία, είναι με μικροταινία. Ωστόσο, όλες αυτές οι κεραίες απαιτούν τα διηλεκτρικά αντηχεία να συνδέονται με τον κυματοδηγό γεγονός που μπορεί να προκαλέσει κατασκευαστική δυσκολία. Οι SIW έχουν χρησιμοποιηθεί ως παράλληλα επίπεδα κυματοδηγού για κυκλώματα μικροκυμάτων και χιλιοστομετρικών κυμάτων, προβάλλοντας τα πλεονεκτήματα χαμηλών απωλειών, ικανότητας χειρισμού, υψηλής ισχύος, ευρυζωνικής λειτουργίας και ούτω καθεξής. Ωστόσο, οι περισσότερες από τις στοιχειοκεραίες SIW υποφέρουν από στενό εύρος ζώνης. Για να ανακουφιστούν αυτές οι δυσκολίες, προτείνονται οι κεραίες SIW με φορτωμένη διηλεκτρική κοιλότητα σε συνδυασμό με σχισμή στενού τοιχώματος. Το εύρος ζώνης λειτουργίας της προτεινόμενης κεραίας μπορεί να διευρυνθεί τόσο όσον αφορά την αντίσταση εισόδου όσο και το κέρδος. Στα ακόλουθα σχήματα δείχνουμε μια πρόχειρη κεραία με κοιλότητα με τις εξής γεωμετρικές παραμέτρους : διαστάσεις πλακέτας 10Χ6mm με FR-4 διηλεκτρικό κι πάχος 0.3mm, ακτίνα οπών 0.15mm με διαμήκη απόσταση 0.45mm, πλάτος κυματοδηγού 1.7mm και διαστάσεις κοιλότητας 3.1Χ1.55mm. 29

36 30

37 Βλέπουμε ότι η αποδοτικότητα δεν είναι ικανοποιητική, γεγονός που οφείλεται στην τοποθέτηση της κοιλότητας και την ανεπαρκή διέγερση. Επιπλέον, η προτεινόμενη κοιλότητα ολοκληρωμένου υποστρώματος μπορεί επίσης να είναι κυματοδηγός SIW παράλληλων επιπέδων, κατασκευασμένος από εύκολη και χαμηλού κόστους διαδικασία. Εδώ θα εστιάσουμε το ενδιαφέρον μας στο σχεδιασμό και τη διάταξη της κεραίας καθώς και στους τρόπους λειτουργίας της. Ως παραδείγματα σχεδιασμού δίνονται μια κεραία κοιλότητας ενός στοιχείου και μια κεραία nxn στοιχείων. 4.2 Σύνθεση κεραίας με ένα στοιχείο (σχεδιασμός και μοντελοποίηση) Η προτεινόμενη κεραία αποτελείται από ένα διηλεκτρικό αντηχείο και κυματοδηγό SIW με βραχυκυκλωμένο τέλος, όπως φαίνεται στο σχήμα. Το αντηχείο σχηματίζεται από μεταλλικές οπές, ένα μεταλλικό έδαφος, και ένα άνοιγμα στο επάνω αγώγιμο 31

38 επίπεδο. Η κοιλότητα διεγείρεται στον κυρίαρχο ρυθμό για την λειτουργία ευρείας ζώνης και η ενέργεια ακτινοβολείται από το άνω άνοιγμα της κοιλότητας στον ελεύθερο χώρο. Το αντηχείο θα συνδυαστεί με τον κυματοδηγό SIW μέσω παράθυρου διέγερσης στο τοίχωμα μεταξύ του αντηχείου και του κυματοδηγού SIW. Μια επαγωγική οπή τοποθετείται στην γωνία του SIW για την προσαρμογή της σύνθετης αντίστασης. Εκτός από το άνοιγμα, οι δύο πλευρές του υποστρώματος καλύπτονται από αγωγούς. Η κοιλότητα διεγείρεται από την συζευγμένη ενέργεια μέσω του παράθυρου διέγερσης στο τοίχωμα της κοιλότητας. Ο SIW με το πλάτος του να είναι ισοδύναμο, από την άποψη της συχνότητας αποκοπής, με ένα πλάτος σε ένα συμβατικό ορθογώνιο κυματοδηγό σύμφωνα με την εξίσωση : 2 4r a=asiw p όπου r είναι η ακτίνα της οπής και p η απόσταση μεταξύ των οπών, αντίστοιχα. Οι γεωμετρικές παράμετροι είναι : 4 Διαστάσεις πλακέτας 8X6 mm 5 Πάχος της πλακέτας 0.5 mm 6 Πλάτος του SIW 1.8 mm 7 Ακτίνα οπής 0.2 mm 8 Διαμήκη απόσταση μεταξύ οπών 0.6 mm 9 Διαστάσεις κοιλότητας 1.5X 2.8 mm 10 Διάσταση παραθύρου διέγερσης 1.6 mm 11 Οι αποστάσεις της οπής προσαρμογής από το SIW 0.6 X 0.5 mm 12 Ακτίνα οπής προσαρμογής mm Το μεταλλικό των οπών είναι κασσίτερο σc = e006 s/m),ενώ για τα υποστρώματα είναι τέλειο μεταλλικό (PEC). 32

39 33

40 Το σύστημα τροφοδοσίας περιλαμβάνει ένα παράθυρο διέγερσης και μια οπή προσαρμογής, τα οποία εξασφαλίζουν την λειτουργία της ευρείας ζώνης και η ενέργεια είναι συζευγμένη μέσω του παράθυρου διέγερσης από το SIW στο αντηχείο. Η κεραία λειτουργεί στα 57.5 GHz, όπου από την προσομοίωση της προτεινόμενης κεραίας όπως φαίνεται στο σχήμα δείχνει να είναι η συχνότητα διέγερσης. Επιπλέον, λόγω του παράθυρου διέγερσης η συχνότητα λειτουργίας της κοιλότητας μετατοπίζεται προς τα κάτω. Στα παρακάτω σχήματα δείχνουμε την προσομοιωμένη κατανομή των πεδίων Ε & H στα 57.5 GHz. Επιπλέον, η κάλυψη του αγωγού της κεραίας μπορεί να καταστείλει την ακτινοβολία από το γειτονικό υπόστρωμα. 34

41 Τα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας της προτεινόμενης κεραίας έχουν δείξει ότι η πόλωση της κεραίας είναι γραμμική κατά μήκος του άξονα του ηλεκτρικού πεδίου, η οποία είναι σύμφωνη με την κατανομή πεδίου Ε. 4.3 Κεραία δυο στοιχείων κοιλότητας Συνήθως, κεραίες με στοιχεία μπορεί να τροφοδοτούνται σε σειρά ή σε παράλληλη μορφή διακλάδωσης. Αναφέρεται στη βιβλιογραφία ότι η σύνδεση σε σειρά είναι λιγότερο ευρυζωνική. Ως εκ τούτου, η παράλληλη διακλάδωση χρησιμοποιείται για ενσωμάτωση με την κεραία για μια ευρείας ζώνης απόδοση και σταθερή κατευθυντικότητα. Όπως φαίνεται στο σχήμα, η προτεινόμενη διάταξη κεραίας αποτελείται από δυο στοιχεία και ένα συμπαγές δυο κατευθύνσεων δέντρο διαχωριστή ισχύος. Δεδομένου ότι η διάταξη της κεραίας υλοποιείται με τις μεταλλικές οπές, η απόσταση μεταξύ των γειτονικών στοιχείων κατά μήκος του άξονα πρέπει να αυξηθεί ή να 35

42 μειωθεί διακριτικά για να προκύψει ο ελάχιστος χώρος μεταξύ των γειτονικών στοιχείων που απαιτούνται για την τελική βελτιστοποιημένη απόσταση. Ο SIW διεγείρεται από μια μικροταινία 50 Ω. Το μέγεθος της κεραίας κι οι παράμετροι της είναι : Διαστάσεις πλακέτας 7X7 mm Πάχος της πλακέτας 0.4 mm Πλάτος του SIW 1.6 mm Ακτίνα οπής 0.15 mm Διαμήκη απόσταση μεταξύ οπών 0.5 mm Διαστάσεις κοιλότητας 1.3X 2.7 mm Διάσταση παραθύρου διέγερσης 1.5 mm Οι απόσταση της διαχωριστικής οπής από τη κορυφή του SIW 0.5 mm Ακτίνα διαχωριστικής οπής 0.2 mm Διαστάσεις μικροταινίας τροφοδοσίας 1X0.75 mm Παρακάτω έχουμε τα προσομοιωμένα σχήματα ως προς το συντελεστή ανάκλασης, της ακτινοβολίας και της αποδοτικότητας της κεραίας. 36

43 Παρακάτω έχουμε τα προσομοιωμένα σχήματα ως προς το συντελεστή ανάκλασης, της ακτινοβολίας και της αποδοτικότητας της κεραίας. 37

44 38

45 Η κεραία λειτουργεί στα 67 GHz κι έχει σχεδιαστεί και βελτιστοποιηθεί. Από την προσομοίωση της προτεινόμενης κεραίας φαίνεται ότι δύο συχνότητες μπορούν να παρατηρηθούν. Η κανονικοποιημένη αντίσταση εισόδου πιστοποιεί επίσης ότι ένα αντίστοιχο εύρος ζώνης έχει επιτευχθεί. Παρακάτω βλέπουμε τη συγκέντρωση της ενέργειας στη κεραία στις δυο συχνότητες. 39

46 Από τα πάνω σχήματα παρατηρούμε ότι η εν λόγω κεραία μας δίνει πολύ καλά αποτελέσματα με καλή προσαρμογή του κυματοδηγού και υψηλή αποδοτικότητα, αλλά με τόσο μικρές τιμές των γεωμετρικών παραμέτρων συναντάμε δυσκολία στη υλοποίηση της εργαστηριακά. Γι αυτό το λόγο θα δείξουμε παρακάτω μια παρόμοια κεραία με μεγαλύτερες τιμές έτσι ώστε να είναι πιο κοντά στη πραγματικότητα ως προς τη υλοποίησή της αλλά όχι με τόσο καλά αποτελέσματα όσο της προηγούμενης. 40

47 41

48 42

49 Σε αυτή την εργασία, η τεχνική για να σχεδιαστεί μια SIW κεραία κοιλότητας έχει προταθεί για εφαρμογές χιλιοστομετρικών. Η ανάλυση της λειτουργίας στα ισοδύναμα κυκλώματα της δομής έχει χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του μηχανισμού της κεραίας ευρείας ζώνης. Η κεραία με μόνο ένα στοιχείο και με δυο στοιχεία έχουν σχεδιαστεί και μετρηθεί. Επιπλέον, η διαδικασία έχει εφαρμοσθεί για να σχεδιαστεί μία κεραία δυο στοιχείων που λειτουργεί σε υψηλές ζώνες GHz. Τα προσομοιωμένα αποτελέσματα έδειξαν ότι η τεχνολογία αυτή είναι πολλά υποσχόμενη για χιλιοστομετρικά, λόγω του συμπαγούς μεγέθους και της επίπεδης μορφής με χαμηλό κόστος, χαμηλό προφίλ, ευρεία ζώνη, υψηλό κέρδος και καλή αποδοτικότητα. 43

50 44

51 Κεφάλαιο 5 Συμπεράσματα Στην παρούσα διπλωματική αναλύθηκε η τεχνολογία ολοκληρωμένων κυματοδηγών υποστρώματος, η οποία είναι η πιο πολλά υποσχόμενη για την υλοποίηση κυκλωμάτων χιλιοστομετρικών κυμάτων (mm-wave) και αντίστοιχων συστημάτων για την επόμενη δεκαετία. Με βάση τα επίπεδα διηλεκτρικά υποστρώματα με άνω και κάτω μεταλλικά επίπεδα και με μεταλλικές τρύπες, οι δομές SIW προσφέρουν μια συμπαγή, ευέλικτη και οικονομικά αποδοτική λύση για την ενσωμάτωση ενεργών κυκλωμάτων, παθητικών στοιχείων και στοιχείων ακτινοβολίας επί του ίδιου υποστρώματος. Αυτή η εργασία παρουσιάζει μια επισκόπηση της τρέχουσας κατάστασης και τις μελλοντικές τάσεις της ακαδημαϊκής και βιομηχανικής έρευνας επί της τεχνολογίας SIW. Η ιστορική εξέλιξη των συστατικών και κυκλωμάτων SIW και τα τρέχοντα θέματα της έρευνας περιλαμβάνουν την ανάπτυξη των αριθμητικών τεχνικών για τη μοντελοποίηση και το σχεδιασμό και την έρευνα νέων συμπαγών και ευρυζωνικών διασυνδέσεων του προσδιορισμού σχεδιαστικών λύσεων για την ελαχιστοποίηση των απωλειών. Η μελλοντική έρευνα εντοπίζεται επίσης στην υλοποίηση κυκλωμάτων SIW σε υψηλότερες συχνότητες ( GHz). Η ανάπτυξη τεχνολογιών χιλιοστομετρικών κυμάτων είναι κρίσιμης σημασίας για την εξέλιξη των ασύρματων συστημάτων στα επόμενα χρόνια. Στην πραγματικότητα, μια ποικιλία εφαρμογών έχει προταθεί πρόσφατα στην περιοχή συχνοτήτων μεταξύ 60 GHz και 94 GHz. Αυτές περιλαμβάνουν ασύρματα δίκτυα, ραντάρ αυτοκινήτων, αισθητήρες απεικόνισης, και βιοϊατρικές συσκευές. Στα περισσότερα από τα συστήματα αυτά, η επιτυχία εξαρτάται κυρίως από τη διαθεσιμότητα μιας αποδοτικής τεχνολογίας, κατάλληλης για τη μαζική παραγωγή των ασύρματων συστημάτων. Αναμένεται επίσης ότι οι τεχνικές SIW, σε συνδυασμό με μια διαδικασία κατασκευής χαμηλού κόστους, θα πρέπει να προσφέρουν τη διαδεδομένη λύση για εμπορικές εφαρμογές. Η μελλοντική τάση είναι η ενσωμάτωση των ολοκληρωμένων συστημάτων στην τεχνολογία SIW. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να αντικαταστήσει την τρέχουσα (System-on-Chip) και το σύστημα-σε-πακέτο, και να γίνει το παράδειγμα για τα κυκλώματα και τα συστήματα χιλιοστομετρικών κυμάτων. Να υπενθυμίζουμε εδώ ότι σε όλη τη διάρκεια της διπλωματικής χρησιμοποιήθηκε ένα και μόνο διηλεκτρικό που και δεν φημίζεται ότι είναι από τα καλύτερα αλλά το θέσαμε ως κίνητρο για καλύτερες καταστάσεις. 45

52 46

53 Βιβλιογραφία [1] Τραϊανός. Β. Γιούλτσης & Εμμανουήλ. Ε. Κριεζής, Μικροκύματα, Εκδοτικός Οίκος Αδελφών Κυριακίδη Α.Ε, Θεσσαλονίκη, [2] Θ. Δ. Τσιμπούκης, Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο, University Studio Press, Θεσσαλονίκη, [3] David M. Pozar Amherst, MA, Microwave Engineering, Library of Congress Catalogingin-Publication Data, 2005, University of Massachusetts at Amherst. [4] Maurizio BOZZI, Luca PERREGRINI1, Ke WU, Paolo ARCIONI, Current and Future Research Trends in Substrate Integrated Waveguide Technology, RADIOENGINEERING, VOL. 18, NO. 2, , JUNE 2009 [5] M. Bozzi, A. Georgiadis, K. Wu, Review of substrate-integrated waveguide circuits and antennas, IET Microw. Antennas Propag. 2011, Vol. 5, Iss. 8, pp & the Institution of Engineering and Technology 2011doi: /ietmap [6] Feng Xu and Ke Wu, Guided-Wave and Leakage Characteristics of Substrate Integrated Waveguide, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 53, NO. 1, 67-71, JANUARY [7] Dominic Deslandes, Member, and Ke Wu, Accurate Modeling, Wave Mechanisms, and Design Considerations of a Substrate Integrated Waveguide, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 54, NO. 6, , JUNE [8] Andreas Patrovsky, Member, Maxime Daigle, and Ke Wu, Coupling Mechanism in Hybrid SIW CPW Forward Couplers for Millimeter-Wave Substrate Integrated Circuits, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 56, NO. 11, , NOVEMBER [9] Feng Xu, Ke Wu,, and Xiupu Zhang, Periodic Leaky-Wave Antenna for Millimeter Wave Applications Based on Substrate Integrated Waveguide, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 58, NO. 2, , FEBRUARY [10] Yuandan Dong and Tatsuo Itoh, Composite Right/Left-Handed Substrate Integrated Waveguide and Half Mode Substrate Integrated Waveguide Leaky-Wave Structures,IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 59, NO. 3, MARCH [11] Yan Zhang, Zhi Ning Chen, Xianming Qing, and Wei Hong, Wideband Millimeter- Wave Substrate Integrated Waveguide Slotted Narrow-Wall Fed Cavity Antennas, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 59, NO. 5, MAY [12] Yong Sun, Zhi Ning Chen Yewen Zhang, Hong Chen, and Terence S. P. See, Sub wavelength Substrate-Integrated Fabry-Pérot Cavity Antennas Using Artificial Magnetic Conductor, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 60, NO. 1, 30-34, JANUARY

54 48