微波毫米波基片集成类导波结构的研究-东南大学

1、2015 年教育部推荐项目公示材料（ 自然奖、自然奖 - 直报类）1、项目名称： 微波毫米波基片集成类导波结构的研究2、推荐奖种： 自然科学奖3、推荐单位 : 东南大学4、项目简介 :基片集成类导波结构是近十几年发展起来的一类新型平面集成高性能导波结构， 2011 年被国际微波杂志列为“改变未来无源与控制器件的十大非凡发明”之首 （ Microwave Journal, Nov. 2011 ）。本项目组是国际上这一领域的主要贡献者之一， 在国家自然科学基金委创新群体基金和国家 973 项目等的资助下，对基片集成类导波 结构的传输特性、谐振特性、损耗机理、模式转换机理、极化转换机理等科学问题及

2、其在多个分支的创新应用开展了系统深入的研究，建立了精确有效的设计方法，构建 了基础设计公式，提出并命名了半模基片集成波导等新型导波结构，提出了一系列基 片集成类无源元件新结构等。十几年来在 IEEE、IET 系列国际核心期刊上发表 SCI 论 文 138 篇，包括微波及天线领域国际最高学术期刊IEEE Trans. on MTT 和 IEEE Trans.on AP 论文 67 篇。论文已被正面他引 5200 余次（ SCI 他引 1684 次），其中十篇代表 性论文正面他引 1270 余次（ SCI他引 453 次），应邀在美、英、德、日等 11 国召开 的国际会议上及新加坡南洋理工、加拿大

3、卡尔顿大学等作大会报告和特邀报告 20 余 次。参与本项目研究的学生中， 2人获全国优秀博士学位论文奖， 1 人获全国优秀博士 学位论文提名奖。此外，还获得 2007 CST University Publication Award （是首篇大中 华区获奖论文，当年度仅 3 篇论文获奖，欧、美、亚各一篇）和 ISAP2010 最佳论文 奖等。这方面的研究成果已获 54 项授权国家发明专利，其中多项专利已应用于国家项 目和企业产品中。第一申请人由于在这方面的突出贡献于 2012 年当选 IEEE Fellow 。主要发现点和科学价值如下：1、在国际上最早提出并发展了适合于周期性基片集成类导波结构

4、的频域有限差分 和直线法全波分析模型，揭示了其传输机理，并在此基础上构建了一组闭式设计公 式。这组公式已被广泛用于基片集成类导波结构元器件的设计。相关代表作【 1,2 】单 篇正面他引均超过 150 次。2、提出并命名了半模基片集成波导、折叠半模基片集成波导等新型导波结构，系 统研究了其导波特性、损耗机理和模式转换机理等，构建了设计公式，并在此基础上 发展了一系列新型微波毫米波高性能元器件，其中代表作【3,4 】单篇正面他引均超过100 次。3、提出了多种基片集成波导无源新结构，深入研究了其谐振特性、耦合特性和损 耗机理，并在此基础上发展了一系列高性能新型元器件及单基片集成系统。相关代表 作【

5、 5-8】合计正面他引 350 余次。4、在基片集成波导天线辐射机理研究的基础上，突破了经典Elliott 设计公式的局限性，建立了相应的分析模型和设计方法，发展了一系列新颖的高性能基片集成类天 线及阵列，其中代表作【 9】由于其基础性和创新性被正面他引 260 余次，代表作 【10】基于 SIW 首次提出了多波束多输入多输出通信方案并实现了24 波束集成多波束阵，它有望成为第五代移动通信大规模 MIMO 的一种独特的多波束天线阵实现方 案。5、主要完成人情况表内容：姓名、排名、技术职称、工作单位、完成单位、对本项目技术创造性贡献、曾获国家科技奖励情况。1.姓名洪伟排名1技术职称教授工作单 位

6、东南大学完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况1. “毫米波无源电路的数值分析及其应用”获 1991 年国家自然科学四等奖，第三获奖人； 2. “电磁场 边值问题泛函解法的研究”获 1993 年国家教委科技 进步一等奖，第二获奖人； 3. “直线法原理及其应 用研究”获 1995 年国家教委科技进步一等奖，第一 获奖人； 4. “宽带移动通信与射频、天线与分集技 术”获 2009 江苏省科技进步一等奖，第一获奖人。对本项目技术创造性贡献是整个项目研究思路的提出者和制定者。项目成果 是十几年来指导多届博士研究生完成的，对重要 科学发现所列内容均做出创造性贡献，包括：提 出了半模基片集成波导和折叠半

7、模基片集成波导等 基片集成类导波结构；提出了多种新型基片集成波 导元器件的设计思想；提出了多种新型半模基片集 成波导和折叠半模基片集成波导元器件的设计思 想；提出了多种新型基片集成天线的设计思想；提 出了多种新型基片集成波导频率选择表面的设计思 想。是代表作 1-10 （附件 110）的合作者。在该 研究中的工作量约占本人工作量的 80%。2.姓名郝张成排名2技术职称教授工作单 位东南大学完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况基片集成波导技术的研究，全国优秀博士学位论文 提名奖，中华人民共和国教育部 &国务院学位委员 会， 2008年 9 月，个人奖项。对本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第

8、三项和第四项做出创造 性贡献。包括：首次提出了基片集成波导超宽带滤 波器和多层基片集成椭圆滤波器的设计方法；提出 了新型基片集成波导多工器、功率分配器和基片集 成波导定向耦合器等多种元器件的设计方法；首次 提出了具有稳定波束指向的宽带平衡式馈电基片集 成波导天线和基片集成渐变槽天线的设计方法；提 出了多种新型基片集成波导阵列天线的设计方法； 首次合作实现了国际上最早期的单基片集成系统。 是代表作 5（附件 5）的第一作者，是代表作 8（附 件 8 ）的合作者。在该研究中的工作量占本人工作量 的 80%。3.姓 名许锋排名3技术职称教授工作单位南京邮电大学完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况无对

9、本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第一项做出创造性贡献。 首次使用 Floquet 定理，在 SIW结构的一个周期单 元内引入理想匹配层吸收边界条件，利用频域有限 差分法求解出了给定频率下 SIW结构的复传播常数 , 克服了传统的基于 Floquet 定理的全波电磁算法不 适用于复数传播常数分析的限制，并据此对基片集 成波导进行了定性和定量分析。是代表作 2（附件 2）的第一作者。在该研究中的工作量占本人工作量 的 80%。4.姓名罗国清排名4技术职称研究员工作单 位杭州电子科技 大学完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况基片集成频率选择表面的研究，全国优秀博士学位 论文，中华人民共和国教育

10、部 &国务院学位委员会， 2009 年 9 月，个人奖项。对本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第三项做出创造性贡献。 包括：将基片集成波导技术引入频率选择表面设 计，利用上、下金属表面具有耦合缝隙的 SIW 腔体 结构作为周期单元构成新型 SIW-FSS，实现了对于不 同极化和角度入射的平面波激励时频率响应性能更 稳定，体积紧凑成本低廉新型频率选择表面系列； 将 FSS 和喇叭天线一体化集成设计，实现了滤波器 和天线的双功能集成模块，整个模块的全频段雷达 散射截面显著减小。是代表作 7（附件 7）的第一作 者，是代表作 6（附件 6）的合作者。在该研究中的 工作量占本人工作量的 70%。5

11、.姓 名陈继新排名5技术职称研究员工作单位东南大学完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况无对本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第三项做出创造性贡献。 包括：将 SIW 技术应用于有源电路，在国际上较早 的实现了基片集成波导有源电路的研制；提出了多 种新型 SIW谐波混频器和振荡器；并且合作首次实 现了国际上最早期单基片集成系统。是代表作 8（附 件 8）的第一作者，是代表作 4-10 （附件 4-10 ）的 合作者。在该研究中的工作量占本人工作量的 60%。6.姓名汤红军排名6技术职称讲师工作单 位东南大学完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况无对本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第三项做

12、出创造性贡献。 包括：提出了多种形状腔体，如圆形、椭圆形、正 方形和正六边形等的 SIW滤波器；对滤波器腔体布 局进行了研究并利用正多边形腔体发展出多种紧凑 滤波器；对腔体激励方式进行了研究，成功研制出 多种高性能滤波器；对基于圆形、椭圆形等腔体滤 波器的双模特性进行了研究并成功研制出具有对称 和非对称特性的高选择性双模滤波器，在此基础上 进一步设计出平面集成双工器；并且合作首次实现 了国际上最早期单基片集成系统。是代表作 6（附件 6）的第一作者，是代表作 4，7，10（附件 4， 7， 10）的合作者。在该研究中的工作量占本人工作量 的 60%。7.姓 名陈鹏排名7技术职称副研究员工作单位

13、东南大学完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况无对本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第四项做出创造性贡献。 包括：提出了多种基片集成波导阵列天线波束形成 网络并研究了多种基片集成波导圆极化阵列天线。 针对现代移动通信的多输入多输出（ MIMO）系统， 合作提出 BD-MIMO（波束分集多输入多输出）通信 方案并基于 SIW实现了 24 波束集成多波束阵。它有 望成为第五代移动通信大规模 MIMO的一种独特的多 波束天线阵实现方案。是代表作 10（附件 10）的第 一作者。在该研究中的工作量占本人工作量的 50%。8.姓名刘冰排名8技术职称副教授工作单 位南京航空航天 大学完成单位东南大学曾获

14、国家科技奖励情况无对本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第二项做出创造性贡献。 包括：在国际上较早的对半模基片集成波导进行了 研究，在其工作机理的基础上提出了多种新型半模 基片集成波导元件，并首次实现了多种半模基片集 成波导定向耦合器。是代表作 3（附件 3）的第一作 者，是代表作 4（附件 4）的合作者。在该研究中的 工作量占本人工作量的 50%。9.姓 名颜力排名9技术职称其他工作单 位南京思追特电 子科技有限公 司完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况无对本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第一项和第四项做出创造 性贡献。包括：在国际上最早提出了基片集成波导 结构的直线法分析模型，并导

15、出了高精度闭式设计 公式且在基片集成波导元器件设计中得到大量应 用；在国际上较早地对基片集成波导阵列天线进行 了研究，并针对基片集成波导具有大宽高比的特点 提出了计算辐射槽谐振长度的有效方法。是代表作 1,9 （附件 1,9 ）的第一作者。在该研究中的工作量 占本人工作量的 50%。10.姓名王元庆排名10技术职称高级工程师工作单 位中国电科第55 研究所完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况无对本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第二项做出创造性贡献。 包括：提出并研究了多种 HMSIW谐振腔结构，研究 了其谐振特性、耦合机理和损耗机理，并在此基础 上提出和实现了国际上首个 HMSIW带通滤

16、波器。是 代表作 4（附件 4）的第一作者。在该研究中的工作 量占本人工作量的 40%。11.姓 名赖清华排名11技术职称高级工程师工作单 位中国电科第38所完成单位东南大学曾获国家科技奖励情况无对本项目技术创造性贡献对重要科学发现所列第二项做出创造性贡献。 包括：针对 HMSIW导波结构，建立了多线法分析模 型，导出了场分量表达式，揭示了影响 HMSIW特性 的诸多关键因素，阐明了 HMSIW在单模工作区的损 耗机理和衰减特性，并在此基础上提出和实现了多 种 HMSIW天线。是代表作 3（附件 3 ）的合作者。在 该研究中的工作量占本人工作量的 40%。6、代表性论文专著目录 （ 列表说明

17、）序 号论文、专著 （名称 /刊名/作者 ）年卷页码 （年（卷）:页码）发表年月SCI 他 引次数他引 总次数是否国 内完成1Investigations on the propagation characteristics of the Substrate Integrated Waveguide based on the Method of Lines / IEE M., A&P / L. Yan, W. Hong, K. Wu and T. J. Cui2005 年 第152 卷 ,第 1 期 第 35-42 页2005-0261202是2Finite Difference Freque

18、ncy DomainAlgorithm forModeling Guided-Wave Properties of Substrate Integrated Waveguide / IEEE Trans. on MTT/ F. Xu, Y. L. Zhang, W. Hong, K. Wu, and T. J. Cui2003 年第 51 卷第 11 期第 2221-2227 页2003-1153159是3Half mode substrate integrated waveguide (HMSIW) 3dB coupler /IEEE MWCL / B. Liu, W. Hong, Y. Q

19、. Wang, Q. H. Lai, and K. Wu2007 年第 17 卷第 1 期第22-24 页2007-0151107是4Half Mode Substrate Integrated Waveguide (HMSIW) Bandpass Filter/IEEE MWCL / Y. Q. Wang, W. Hong, Y. D. Dong, B.Liu, H. J. Tang, J. X. Chen, X.X. Yin, and K. Wu2007 年第 17 卷第 4 期第 265-267 页2007-0430151是5Compact Super-Wide Bandpass Sub

20、strate Integrated Waveguide (SIW) Filters / IEEE Trans. on MTT / Z. C. Hao, W. Hong, J. X. Chen, X. P. Chen, and K. Wu2005 年第 53 卷第 9 期第 2968-2977 页2005-0940121是6Development of MillimeterWave Planar Diplexers Based on Complementary Characters of Dual-Mode Substrate Integrated Waveguide Filters With

21、Circular and Elliptic Cavities / IEEE Trans. on MTT / H. J. Tang, W. Hong, J. X. Chen, G. Q. Luo, and K. Wu2007 年第 55 卷第 4 期第 776-782 页2007-044294是7Filtenna Consisting of Horn Antenna and Substrate Integrated Waveguide Cavity FSS /IEEE Trans. On AP / G. Q. Luo, W. Hong, H. J. Tang, J. X. Chen, X. X. Yin, Z. Q. Kuai, and K. Wu2007 年第 55 卷第 1 期第 9298 页2007-0