间隙波导技术及其空间应用

陈 翔 孙冬全 崔万照

①(中国空间技术研究院西安分院空间微波技术国家级重点实验室 西安 710100)

②(西安电子科技大学物理学院 西安 710071)

1 引言

微波毫米波技术是空间飞行器有效载荷电子系统的关键技术之一。伴随空间技术应用的快速发展，空间微波毫米波技术总体上呈现出“高功率、高频率、高集成度”发展趋势。远距离、抗干扰通信及高分辨率探测等应用对发射功率有着更高的要求，可达万瓦量级，随之而来的空间大功率可靠性问题不容忽视；高速大容量通信需求以及低频段频谱资源的逐渐饱和促使Q,V,W等更高频段毫米波以及太赫兹技术不断登上空间应用舞台[1]；多功能、智能化的载荷系统发展则需要更高的集成度支撑。在此趋势牵引下，空间微波毫米波技术也面临着更多的创新需求和挑战，而电磁传输线则是微波毫米波技术创新的基础驱动。

间隙波导(Gap Waveguide, GW)由瑞典查尔姆斯理工大学Kildal等人[2]提出，是一种具有周期性结构特征、基于非接触电磁带隙原理的新型电磁传输及屏蔽技术，通过周期性电磁结构在一定条件下形成无需物理接触的电磁带隙(Electromagnetic Band Gap, EBG)，利用EBG的电磁禁带特性构建导波或屏蔽结构，并衍生应用于微波毫米波技术的各个领域。GW的宽带、非接触电磁屏蔽特性在构建新型传输线、提升或改善电路系统性能及实现更加灵活的集成等方面显示出极大的优势和潜力，为微波毫米波器件、电路、天线等提供了新的思路和技术途径，相关研究在近年来得到了快速发展，引起了广泛关注。本文在简要介绍GW概念、原理及特征的基础上，分类归纳总结了GW技术的国内外研究现状，并进一步结合空间微波毫米波技术发展需求，分析了GW的空间应用前景，提出了GW与空间技术相融合的几个重要应用方向，为空间微波毫米波技术的研究和创新提供一定的借鉴与参考。

2 间隙波导原理、技术特征及优势

2.1 间隙波导原理及间隙波导EBG

GW的基本原理模型是平行板理想电导体-理想磁导体( Perfect Electric Conductor- Perfect Magnetic Conductor , PEC-PMC)模型，如图1(a)，无限大PEC与PMC平面平行放置且不接触，根据Maxwell方程组及边界条件，当PEC和PMC平面间距d和工作波长λ满足λ＞4d时，两平面间波动方程的解不存在传播模式，因而形成频率禁带，构成一种EBG结构。自然界中不存在PMC结构，通常采用特定的周期性结构形成等效的人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor, AMC)面代替PMC，最为典型的即为周期性金属凸体阵列构成的金属钉床和采用蘑菇贴片阵列构建的基片式间隙波导结构，如图1(b)和图1(c)所示。

GW技术主要围绕如何构建各类非接触EBG实现电磁屏蔽所展开，随着研究的不断深入，各种新型非接触EBG的提出和应用进一步拓展了GW的理论和技术范围。除传统单面钉床和单面蘑菇贴片结构外，GW无法完全用PEC-PMC模型描述，更加广义的描述模型为加载周期性结构的平行板波导，其中的电磁场传播特性即为Maxwell方程组在Floquet定理[3]约束下的求解结果，周期性结构破坏了平行板波导模式，进而形成频率禁带，即构成非接触EBG。通常采用色散图描述GW的电磁禁带特性，如图1(d)所示。

图1 间隙波导理论和实际模型

2.2 间隙波导传输线

基于GW的非接触电磁屏蔽特征，衍生出各种新型的GW传输线，这是GW技术研究和应用的一个重要方面。图2列举了几种经典的GW传输线，包括槽间隙波导[4](Groove Gap Waveguide, GGW)、脊间隙波导[5](Ridge Gap Waveguide, RGW)、微带脊间隙波导[6](Micro-strip Ridge Gap Waveguide,MRGW)、倒置微带间隙波导[7](Inverted Microstrip Gap Waveguide, IMGW)等。GGW通过非接触电磁屏蔽代替传统波导的封闭式宽边或窄边，根据非接触EBG的设置位置，可分为垂直极化和水平极化两种。GGW内部场分布与矩形波导类似，传输主模为准TE10模。RGW以金属脊和上方非接触的PEC平面构成双导体传输结构，以PEC-AMC作为电磁屏蔽结构，传输特性类似于微带线，传输主模为准TEM模。当采用基片型AMC配合微带脊结构时，RGW可演变成为MRGW，也称为基片RGW。IMGW结构与RGW相似，通过在AMC平面上放置背面无金属覆层的微带线构成，上方的PEC面与微带线不接触，可看成是一种AMC封装形式的倒置微带或悬置微带线，其最大优点是便于和传统平面电路相互集成。但由于有介质的存在，IMGW比RGW的损耗相对较高。图2所列举的只是最具代表性的几种GW传输线，实际中通过各种新型非接触EBG结构结合特定的应用场景，可发展衍生出更多种类的GW传输线。

图2 典型的间隙波导传输线

在构建新型GW传输线的基础上，与各种传统传输线间的高性能互联是实现GW在微波毫米波电路系统中广泛应用的前提。已有研究工作中，相关的互联过渡方法十分普遍[6-13]，几乎涵盖了经典GW传输线与各类传统传输线间的所有过渡类型，充分体现出GW传输线与传统传输线易于混合集成的优势。

2.3 间隙波导技术特征及优势

GW的技术特征及优势主要体现在以下5个方面：

(1)非接触结构。非接触结构是几乎所有GW结构、传输线及其电路应用的典型特征。无需金属面直接接触即可获得电磁屏蔽特性，基于此可实现传统技术无法或难以实现的新功能及新特性。相比传统微波毫米波技术中的硬接触要求，GW的非接触结构是其独有的技术优势，也衍生出了多个重要的应用方向。

(2)宽带电磁屏蔽。通过合理的尺寸设计，GW的非接触EBG结构可以获得很宽的电磁禁带，可实现很宽频段范围内的电磁屏蔽功能，从而为宽带、灵活的微波毫米波技术应用提供了保证。

(3)高度灵活性。基于平行金属板间加载周期性结构的广义构建方式，GW技术呈现出高度的设计灵活性和可扩展性。可根据不同的需求构建各种类型的非接触EBG结构及GW传输线。同时，宽带、非接触电磁屏蔽特性也使得GW技术在微波毫米波电路系统中的应用更加灵活多样。

(4)易于集成。GW传输线与传统传输线之间可以很方便地实现高性能的互联和过渡，十分易于与传统传输线混合集成，实现优势互补，为微波毫米波电路系统性能提升和技术创新提供了新的途径。

(5)应用范围广泛。GW技术高度的设计灵活性和易集成特性使得其在微波毫米波技术的多个领域均具有重要的应用价值或潜力，相关研究已遍布新型器件、电路、天线、测试、封装及系统等多个方面。

在具备多个优势特征的同时，GW技术也存在着一定的不足和缺陷，主要包括：(1)GW的非接触EBG在一些应用场景下会占用额外的尺寸空间，导致体积重量增加。(2)频率较高时，周期性EBG结构的制造加工难度增加，导致GW技术在高频段应用受限。(3)GW的非接触结构有可能带来大功率放电风险，从而影响功率容量。另外，如何改善这些不足和缺陷也成为GW研究的重要方向。在小型化、降低制造实现难度等方面已有较多的解决方案，后文会有提及；针对GW功率容量的研究目前较少，文献[14]开展了GGW的电晕放电击穿研究，结果表明，虽然GW的非接触结构增加了放电击穿风险，但可通过优化结构来提高其放电阈值。GW的大功率放电击穿特性及其抗放电设计方法也将是一个有价值的研究方面。

3 间隙波导技术的国内外研究情况和研究进展

GW自提出以来，鉴于其诸多技术优势，迅速成为国内外研究热点，相关研究得到了快速发展。总体上，GW研究主要包括新型非接触EBG、GW传输线以及GW的微波毫米波技术应用3大方向，如表1所总结。各方面研究报道不胜枚举，本文选取部分代表性研究成果进行分类介绍。

表1 间隙波导国内外研究领域分类

3.1 间隙波导非接触电磁带隙结构

非接触EBG是GW技术的基础和核心，是GW领域重要的研究方向之一。针对各种新型非接触EBG结构的研究层出不穷，以适应不同的技术和应用需求。GW应用中最常见的非接触EBG形式包括由金属凸体单元构成的金属钉床(bed of nails)和由蘑菇状贴片单元构成的基片结构，如图1(b)和图1(c)。除此之外，近年来研究人员又开展了多种新型非接触EBG结构研究，典型的有：

2017年， Fan等人[15]提出了半高钉床型非接触EBG，并以RGW为例研究了其禁带特性。相比传统钉床，半高钉床的金属凸体高度降低1/2，可以降低机械加工难度，且具有较好的结构容差性能，在高频应用中具有重要的意义。2018年，Ebrahimpouri等人[16]提出一种滑动对称孔结构的非接触EBG结构，通过在两个金属平面上周期性交错排布圆孔实现，如图3(a)，该滑动对称孔式非接触EBG结构易于机械加工，只需要在金属表面交错打孔即可。但相比经典钉床结构，该类EBG结构的尺寸相对较大，且其电磁禁带宽度较窄，不利于宽带应用。

2019年， Sun等人[17]提出新型的交指钉床式非接触EBG，如图3(b)，在两个平行放置的金属面上分别任意设置金属凸体阵列，只需满足上下互补关系即可，具有极高的设计灵活度。这种交指钉床可实现与传统钉床EBG相当的电磁禁带性能，且具有很好的结构容差特性。相比传统钉床式EBG，交指钉床的金属凸体单元分布于两个面中，因而单个面内的金属单元间距增大，可有效降低在高频率下的加工制造难度，更加适合毫米波太赫兹频段的GW技术应用。

2020年， Sun等人[18]针对小型化双面非接触应用需求，提出一种滑动对称褶皱结构的双间隙非接触EBG，如图3(c)，并基于此实现了一种新型的插入式双间隙非接触法兰适配器膜片。在实现双面非接触应用时，该褶皱双间隙EBG结构的厚度尺寸相比钉床式结构可缩减约50%，为小型化GW应用提供了新的技术途径。进一步，2021年， Sun等人[19]提出电磁软-硬表面组合的新型非接触EBG，通过在两个平行金属板中以正交的方式分别进行1维刻槽实现，如图3(d)。这种EBG结构十分易于制造加工，且具有较高的结构强度，此外，当改变软硬表面夹角时还可实现电磁禁带带宽的连续可调，进一步扩充了GW非接触EBG的理论和技术范围。

图3 近年来所提出的几种重要的新型间隙波导非接触EBG结构

此外，2021年， Peng等人[20]提出内嵌钉床式非接触EBG，在传统钉床EBG基础上，将光滑PEC面改为与钉床凸体一一对应的周期性凹坑结构，并将钉床凸体嵌入其中且保持不接触。该非接触EBG结构在一定程度上可以改善空气间隙的尺寸容差性，但也增加了制造和装配复杂度。

3.2 新型间隙波导传输线

GW传输线的研究主要集中于各种新型GW传输线以及与传统传输线之间的过渡、互联方法。经典GW传输线和相关的过渡互联方法前文已有介绍。近年来国内外学者针对不同需求，又相继发展了多种新型GW传输线，典型的有：

2018年，Bayat-Makou等人[21]针对空气填充基片集成波导(Air-Filled Substrate Integrated Waveguide, AF-SIW)在制造过程中由于介质层与上下金属层间存在微小间隙导致电磁泄漏、影响传输性能的问题，基于GW思想，在AF-SIW的介质板中通过双面蘑菇贴片单元构建双面AMC结构，与上下金属层形成双间隙非接触EBG，构成非接触式AF-SIW，也称空心基片集成间隙波导(Empty Substrate Integrated Gap Waveguide, ESIGW)，如图4(a)，有效解决了AF-SIW中层间空气间隙影响传输性能的问题，这是GW技术用于改善传统传输线性能的一个非常成功和典型的实例。

进一步，2021年， Zhao等人[22]将GW技术与介质集成悬置线(Substrate-Integrated SuspendedLine, SISL)相结合，提出新型的悬置线间隙波导(Suspended-Line Gap Waveguide, SLGW)，如图4(b)所示，通过多层堆叠的周期性双面蘑菇状贴片单元阵列构成EBG结构形成电磁屏蔽效应，同时基于“零间隙”思想以获得更低的损耗和更强的结构支撑特性。GW技术的运用有效避免了SISL在封装过程中由于层间不连续性所导致的电磁泄露问题，实现对悬置线的稳健封装，且大幅降低了封装制造要求，这是GW技术用于改善提升现有传输线性能的又一典型实例。

图4 基于间隙波导技术的新型毫米波传输线

此外，图3所提多种新型非接触EBG也为构建GW传输线提供了共性、基础性方法，可应用于各种类型的GW传输线，文献[17,19]也以实现GGW为例进行了验证，同样获得了很好的效果。

3.3 间隙波导的微波毫米波无源器件应用

GW的非接触技术优势在微波毫米波无源电路中得到了充分的发挥，获得了广泛的应用，已有的研究报道包含非接触法兰、滤波器、耦合器、移相器、旋转关节、功分合成电路及开关等多个方面。

基于非接触法兰思想， Sun等人[26]提出柱面非接触法兰，并基于此研制了可弯折矩形波导，如图5(b)，该可弯折波导与传统的软波导功能相当。基于非接触法兰结构间允许相对运动的特性，Sun等人[27]又提出可任意角度实时扭转的矩形波导扭波导，如图5(c)。采用传统技术无法或很难实现以上各种形式的非接触法兰结构，非接触法兰及其扩展应用充分体现了GW的技术优势。

图5 基于间隙波导的非接触法兰及扩展应用

除非接触法兰，GW在滤波器、耦合器、移相器等各类无源器件中的应用也十分广泛，比较有代表性的有：滤波器方面，基于GGW可实现多种新型的滤波器形式，如堆叠式滤波器[28,29]，如图6(a)，通过灵活设计层间耦合方式，实现高性能的同时可获得较为紧凑的结构，十分适合毫米波应用；文献[30]实现了基于GW的波导滤波器。这两种滤波器的各个部分均单独加工制作，通过简单组装即可构成滤波器整体，显示出GW技术对于实现复杂电路结构的高度便利性，且非接触结构有效改善了由于不良电接触所导致的损耗恶化问题。此外， Rezaee等人[31]提出在GGW的上盖板中加载新型谐振及耦合结构，共用相同的钉床GGW底座，仅通过更换不同的上盖板即实现了中心频率及带宽不同的多个带通滤波器功能，一定程度上实现了毫米波器件的部分结构共享和电气性能可配置设计，这为降低器件实现成本及更加灵活的功能设计提供了一种新思路。类似的工作还包括Sun等人[32]所提耦合度可调节的GW耦合器，基于GW的非接触结构特征，通过替换窄边耦合板即可获得不同的耦合度。

移相器方面，文献[33]提出一种新型的机械可重构式移相器，相比传统波导，在GGW腔内很容易放置柔性金属条，如图6(b)，通过调谐螺钉对金属条施加不同压力使其以不同的曲率半径弯曲，从而在输出端口获得不同的相移，且GW的非接触电磁屏蔽特性也保证了其低损耗性能。SÁnchez-Escuderos等人[34]于2021年针对阵列天线应用提出一种基于GW的移相功分馈电结构，移相单元采用圆弧形设计，只需部分结构的机械旋转即可获得不同的相移量，从而实现天线的波束扫描。

利用GW的非接触特性还可实现更为灵活多样的动态化电磁结构，典型的应用即为旋转关节。例如，在同轴过渡段外部设置圆弧面钉床结构并嵌入圆柱形金属腔中，形成一种非接触可旋转EBG结构，在旋转过程中实现宽带的电磁屏蔽功能，配合宽带的波导-同轴过渡，即可构成超宽带波导旋转关节[35]，可有效解决传统扼流槽式波导旋转关节工作带宽受限的问题，且非接触式结构还具有无磨损、旋转平稳的优势。文献[36]基于GW实现了一种宽带同轴旋转关节，如图6(c)，在一个GGW腔内设计两个背靠背的同轴探针结构，其中一个同轴输出作为旋转端口，另一端则保持固定，通过GGW的TE10模实现电磁能量耦合。此外，2022年，Horestani等人[37]提出一种基于GGW的位移和旋转传感器，也是利用非接触结构优势实现新型应用的一个典型实例。

图6 基于间隙波导技术的新型无源器件

其他方面，文献[38]针对行波管放大器应用，利用RGW的准TEM模作为过渡，通过一对背靠背的RGW，实现了一种矩形波导TE10模到圆波导TM11模的宽带小型化变换结构。此外，还有学者开展了先进制造方法与GW的融合研究，例如3D打印、MEMS等与GW技术的结合应用[39,40]，以及基于干膜光刻实现亚毫米波频段下GW传输线的微加工[41]等，此处不再赘述。

3.4 间隙波导的微波毫米波有源电路应用

截至目前，GW在有源电路中的典型应用主要为基于RGW的无基片有源电路。RGW的传输主模为准TEM模，与微带线传输模式十分相似，且其以空气作为传输介质。利用RGW代替微带线，可有效降低微带电路由于介质所引入的损耗，且RGW的金属结构也有利于提高系统散热能力。基于此， Ahmadi等人[42]提出无基片功率放大器，如图7(a)，放大器的输入输出采用矩形波导端口，通过阶梯阻抗匹配将矩形波导过渡至RGW，RGW末端耦合过渡至一段很薄的金属桥，然后通过金丝键合实现与功率放大器芯片的集成，如图7(b)，在设计过程中采用微带线代替功放MMIC以计算无源部分的传输特性。该设计方案初步实现了毫米波功率放大器的无基片集成，具有重要的开拓性意义，但其工作带宽较窄且对安装精度要求苛刻，还有着相当的提升和改进空间。基于GW的无基片有源电路系统是一个非常有价值的研究方向。

图7 基于脊间隙波导传输线的无基片功率放大器

3.5 间隙波导在微波毫米波天线中的应用

GW技术十分适合毫米波阵列天线应用，新型的GW结构使得阵列天线的设计实现更为灵活多样。基于各种GW传输线实现功分馈电网络，与辐射结构通过层叠方式构成高增益、高效率的阵列天线，如图8(a)，关于此已有较多的研究报道[43-49]，其中最新的、代表性研究工作如：

图8 间隙波导阵列天线

2020年， Vilenskiy等人[46]通过一种近场耦合架构，将固定波束GW阵列天线与集成PIN二极管的可重构发射阵列成功组合，实现了一种新型的8×8毫米波相控阵天线，如图8(b)，其中，发射阵列实现了对GW阵列天线的辅助波束控制，而GW阵列天线则可看作发射阵列的一种低损耗集成馈电，提高了发射单元的效率和可扩展性。2021年，Tamayo-Domínguez等人[47]提出基于3D打印GW巴特勒矩阵馈电的W波段单脉冲径向线缝隙天线阵，馈电部位采用圆腔耦合形式，GW技术的应用使得馈电耦合设计更加灵活，且通过增材制造可有效降低制造成本、减轻天线重量。此外， Liu等人[48]基于GW实现了Ka频段低旁瓣阵列天线，采用非等分功分馈电网络，如图8(c)，采用IMGW使得馈电网络的设计制造更加灵活且成本更低。2022年，Quan等人[49]基于GW实现了45°线极化的双层多波束天线，其波束形成网络主要通过GGW实现，最后过渡至RGW实现对辐射单元的馈电以有效避免栅瓣。

③为城市交通中的公共交通提供细致化的服务。在现代城市交通中，公共交通可以大大减少城市交通的压力。而且在现代社会中，公共交通越来越多样化，公交、BRT和地铁等多样化的交通，大大减少了城市交通的压力。公共交通不仅要承受来自交通的压力，还要给用户提供更好的服务体系，满足用户在交通出行的良好体验，这就要求公共交通不仅要有强大的运输能力，还要给用户带来良好的用户体验。

除过缝隙阵列天线应用之外，GW在其他类型天线中也有着重要应用，如新型H面喇叭天线[50,51]、透镜天线[52]等。GW天线已成为一个独立的研究方向，相关报道十分众多，篇幅所限，不再展开。

3.6 间隙波导PMC电路封装技术

间隙波导的非接触电磁屏蔽特性可广泛应用于毫米波电路系统的封装技术之中。传统的毫米波电路系统封装通常采用窄沟道、屏蔽窗结合吸波材料的方式来抑制腔体内部可能存在的电磁泄露以及腔体谐振。间隙波导PMC封装只需要在器件表面覆盖一层经过设计的钉床结构，即可在宽带范围内实现对电磁泄露的抑制，从而有效消除腔体谐振并提高不同通道间的隔离度。

文献[53]研究了采用钉床PMC封装的微带滤波器，在无PMC封装时，滤波器通带低频段传输系数塌陷十分严重，能量大部分以电磁辐射的方式损耗，经过PMC封装之后，滤波器的传输系数达到了设计要求，且插入损耗有效降低。2021年， Ashraf等人[54]在单个介质基板上实现了PMC封装形式的微带4×4巴特勒矩阵，构成一种自屏蔽、高效的波束形成网络，并用于喇叭阵列天线馈电，这是间隙波导PMC封装的又一典型成功应用。总之，间隙波导技术在毫米波电路封装技术领域也有着一定的研究价值。

4 间隙波导技术的空间应用

GW的诸多优势特性为微波毫米波技术带来了全新的研究视角和解决方案，展现出重要的应用价值。进一步，GW的技术优势也可为解决空间微波毫米波技术应用中的诸多需求和问题提供独特的思路与途径。本文结合当前所开展的部分应用研究，对GW与空间技术相融合的重要应用方向进行简要分析和举例。

4.1 间隙波导技术解决空间大功率无源互调干扰问题

GW的非接触特性为解决空间微波毫米波电路系统中由于不良电接触所带来的诸多可靠性问题提供了全新技术途径，最为典型的即为无源互调(Passive InterModulation, PIM)干扰。通常，微波毫米波无源部件及系统中存在一定程度的无源非线性，在大功率激励下会导致PIM。PIM干扰对具备收发天线共用体制、高发射功率、极高接收灵敏度等特点的航天器通信有着严重威胁，且会伴随航天器通信系统普遍且长期存在，对未来空间技术发展具有重要影响。不良电接触所导致的金属接触非线性是PIM的主要根源，微波毫米波部件及系统中存在大量金属电接触，实际中的金属接触无法达到理想接触状态，从而导致PIM问题十分棘手。传统PIM抑制方法主要集中于改善电接触，对于材料、制造、表面处理及装配等多个方面均具有较高要求，且无法从根本上消除金属接触非线性。

GW技术为解决PIM问题提供了独特的技术途径，非接触结构可从根源上避免不良金属电接触，获得稳定高效的PIM抑制效果，且对于制造、表面处理及连接力矩的要求大幅降低，同时，宽带电磁屏蔽特性则进一步保证了微波毫米波部件、系统在实现低PIM的同时可获得宽带范围内优良的电性能。2018年， Chen等人[55]提出非接触式PIM抑制方法，并针对低频应用提出了一种折叠小型化非接触式低PIM法兰实现了技术验证，如图9(a)，实测获得了超过30 dB的PIM抑制度，如图9(b)。此外，针对小型化需求和部件级应用也研究了多种非接触低PIM设计实现方法，均获得了良好的电性能和稳定的低PIM性能。

图9 S频段折叠小型化非接触式低PIM法兰及PIM实测结果

非接触式PIM抑制方法进一步丰富扩充了间隙波导的研究和应用范围，可以针对低PIM需求发展更多新颖的间隙波导技术、人工电磁材料及其应用，也为实现高性能的PIM抑制提供了一种颠覆性新方法，是间隙波导技术与空间技术需求相融合的一个典型的研究和应用方向。

4.2 基于间隙波导技术的毫米波电路系统堆叠集成方法

在航天器载荷应用中，高密度集成是在有限的平台空间内实现更为复杂功能应用的前提，小型化、高密度、高可靠的多功能电路系统集成是重要的发展方向和关注焦点。为提高集成密度，3维立体集成是必然趋势。传统技术由于有着苛刻的电接触要求，在实现毫米波模块化电路3维立体集成时存在明显的缺陷，不同电路功能层间难以实现便捷、稳定的垂直互联，进而导致立体集成架构设计实现困难、可靠性不高。

GW的非接触结构和宽带电磁屏蔽特性避免了严格的电接触要求，因而更加容易实现微波毫米波电路的非接触式垂直互联，且具有更为稳定可靠的电磁传输性能，可用于实现电路模块的垂直封装集成[56]。同时，GW与传统传输线的混合集成应用可获得优势互补的效果，为电路系统带来很大的性能提升空间。此外，如3.6节所述，GW封装还可有效改善电路系统的电磁兼容性能，使之更加稳定可靠。通过堆叠集成方式可实现模块化电路系统高性能、高可靠的3维立体集成，如图10(a)，不同的电路功能模块通过层层堆叠的方式集成为一体，层间允许存在结构间隙，通过非接触式垂直互联实现各层电路间的信号传输和馈电，集成方式便捷、简单，且具有良好的电磁兼容性能，堆叠集成后相互独立不影响，进而实现稳定可靠的集成。独立的电路功能层设计有利于实现关键电路模块的独立测试和调试，提高系统可扩展性，且可实现一定程度的功能可共享、可复用。航天五院西安分院基于该方法实现了Ka频段小型化堆叠集成发射机原理样机，如图10(b)所示，发射机整体为一体化自封装，外部仅包括中频输入及电源供电端口，集成方式十分简单，通过少许螺钉实现层间结构固定即可，实测也获得了非常稳定的预期性能。

图10 基于间隙波导技术的堆叠式毫米波电路系统

GW堆叠集成体制进一步扩展了垂直维度的集成空间，可大幅提高空间利用率和功能集成密度，具有小型化、高可靠、自封装优势，是一种新型的毫米波模块电路系统集成体制，为高集成度空间毫米波载荷应用提供了新的技术途径，有着重要的研究和应用前景。

4.3 其他应用领域

GW的非接触结构特性有效回避了传统微波毫米波电路的电接触性能要求，可获得更低的损耗性能，同时还可大幅降低表面处理工艺要求，这对于损耗性能要求较高的太赫兹技术应用具有重要的意义；另外，非接触结构还可避免传统硬接触电路结构在宇宙空间的高低温交替环境中由于热胀冷缩导致电路功能受损的问题，具有更高的稳定性和可靠性。此外，基于GW的微波毫米波电路部件在抗空间低气压放电方面也有着独特的优势。低气压放电多发生在航天器发射至入轨阶段以及火星探测等低气压环境下，外部气压变化时电路部件内部气体若无法及时排出，则在大功率激励下容易发生低气压放电[57]，损坏电路部件功能，GW的非接触式开放结构则为避免此问题提供了一种思路。

以上部分实例初步展现了GW在空间技术领域重要的应用潜力，相信随着各项研究的不断展开，GW的技术优势将会在空间微波毫米波技术创新中得到进一步体现，获得更加广泛的应用。

5 结束语

本文综合归纳了国内外间隙波导技术领域的各方面研究和进展情况，并进一步分析阐述了间隙波导技术与空间技术相结合的应用前景，以期抛砖引玉，将间隙波导相关研究和应用进一步拓展至空间技术领域。总体上，间隙波导作为微波毫米波领域的一个新技术方向，有着很高的研究和应用价值。结合应用场景需求，在微波毫米波电路系统中充分运用间隙波导的技术特点并发挥其技术优势，是间隙波导技术创新应用的主要价值所在；与此同时，针对间隙波导技术所存在的不足和缺陷，提出更多新型的技术方案或有效的解决方法也是未来开展间隙波导研究的重点方向。随着各项研究工作的不断深入，将会进一步丰富间隙波导技术研究内涵，扩展其应用领域，不断将间隙波导相关研究发扬光大，迈向新高。