Substrate Integrated Waveguide

Der englische Begriff Substrate Integrated Waveguide (SIW), für den es bisher keine mehrheitlich benutzte deutsche Übersetzung gibt, beschreibt eine neue elektrische Leitung. Erstmals vorgestellt wurde diese neue Form eines Wellenleiters im Jahre 1998 von dem japanischen Wissenschaftler Hiroshi Uchimura und anderen.

Die als Wellenleiter ausgeführte Leitung besteht allein aus einem leitend von beiden Seiten beschichteten Dielektrikum, auch Substrat genannt, und elektrischen Durchkontaktierungen, sog. Vias als Begrenzung. Vorteile dieser Technik gegenüber herkömmlichen Hohlleitern sind die einfache Herstellung, das flache Profil sowie die Möglichkeit, auf dem gleichen Substrat weitere Bauteile aufzubringen.

Eigenschaften

Die wesentlichen Eigenschaften des SIW sind mit denen des rechteckigen Wellenleiters vergleichbar. Es existieren hinreichend genau empirisch gewonnene Annäherungsformeln, die die Breite eines SIW mit der Breite eines rechteckigen Hohlleiters verknüpfen. Ebenso sind ausgehend von den Dimensionen des SIW die Grenzfrequenzen zu ermitteln. Eine Besonderheit besteht beim SIW darin, dass die Grenzfrequenz nicht von der Substratdicke, sondern allein von der Breite abhängt.

Die äquivalente Breite eines Hohlleiters, der in etwa die gleichen Eigenschaften besitzt wie der entsprechende SIW, ist über die folgende Formel näherungsweise verknüpft:

$a_{\text{RWG}}=a_{\text{SIW}}-1{,}08\cdot {\frac {(2r)^{2}}{p}}+{\frac {(2r)^{2}}{10\cdot a_{\text{SIW}}}}$

wobei $p$ der Abstand zwischen den begrenzenden Vias und $r$ der Radius der eingesetzten Vias ist, sowie $a_{\text{RWG}}$ und $a_{\text{SIW}}$ die jeweiligen Breiten des Hohlleiters, respektive SIWs.

Im SIW sind nur $H_{m0}$-Feldtypen ausbreitungsfähig, da die Wandströme in den kurzen Seitenwänden nur eine senkrechte Komponente besitzen können.

Anwendungen

Anwendungen des SIW sind Antennen, Speiseleitungen von Antennen (engl. feeding), Kopplern, u. a., insbesondere im Millimeterband, also jenseits der 30 GHz. Es existieren bereits flexible Übergänge zu anderen Techniken, wie Mikrostreifenleitung, Coplanar Waveguide (CPW), Hohlleiter oder Koaxialkabel.

Literatur

• Xuan Hui Wu, Ahmed Kishk: Analysis and Design of Substrate Integrated Waveguide Using Efficient 2D Method. Morgan & Claypool Publishers, 2010, ISBN 978-1-59829-902-1.

Weblinks

• Vorstellung des SIW auf der englischen Seite Microwave 101 (englisch)
• Design of Substrate Integrated Waveguide Components (abgerufen am 16. November 2017)
• A Review on Substrate Integrated Waveguide and its Microstrip Interconnect (abgerufen am 16. November 2017)
• High performance multilayer Substrate Integrated Waveguide (SIW) technics for low-cost millimeter-wave circuits (abgerufen am 16. November 2017)
• Substrate Integrated Waveguide Antenna Applications (abgerufen am 16. November 2017)