基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)作为一种同时集成了矩形金属波导和传统平面互连电路优势的技术方案,具有自封闭、低成本、较高品质因数、较高功率容量和易于平面电路互连等特性,业已成为微波毫米波电路器件及其子系统平面互连的重要选择。然而,对于微波低频段的应用来说,由于基片集成波导固有截止频率的限制,其占电路面积仍嫌过大,这制约着其在紧凑型微波系统中的应用。因此,探索SIW小型化理论与应用势在必行。开展SIW小型化技术的研究,特别是探索小型化技术的新方向,具有十分重要的理论意义和工程价值。本文在综合近年来各类SIW小型化技术的基础上,采用理论分析、数值仿真、实验验证三位一体的研究方法,紧密围绕慢波基片集成波导(Slow-Wave Substrate Integrated Waveguide,SW-SIW)这一 SIW小型化领域分支,分别从等效电路与等效媒质的角度研究了慢波效应产生的本质原因及调控的关键因素,探讨了周期性和非周期性加载条件下各自对微波器件导波机理的影响。分别利用周期性加载和非周期性加载各自实现了慢波消逝模滤波器、慢波功分器两类结构紧凑、性能良好的微波器件。最后提出了两类新型SW-SIW结构,相较于所有已报道的SW-SIW结构,获得了更优的小型化性能。本文的主要研究内容和贡献如下:1.提出了一套用于周期性加载SIW的等效电磁参数提取方法。该方法基于散射参数反演理论与等效均匀媒质单元的色散分析,可以有效而准确获得所需频段的垂直方向等效介电常数与水平方向各向异性的磁导率参量。借助这种方法,(a)提取、验证、解释和比较了各类周期性加载的SIW方案。相较于传统定性的解释,本方法首次对每个单元的小型化性能给出了量化指标,并可依此评估和预测构成微波器件的小型化潜力;(b)揭示了在增强介电常数时,等效磁导率会出现的以往未注意到的变化,为每个单元结构提供了更为准确的表征;(c)展示了非中心对称周期性加载单元会带来磁导率各向异性特性;(d)有效地指导设计了一款慢波消逝模滤波器,相比于传统方法综合更为准确,并且由于慢波效应的引入获得了60%的平面尺寸缩减。2.研究了各向异性人工材料加载SW-SIW的导波特性,并利用表贴电感阵列实现了该类各向异性SW-SIW电路。相比于之前提出的微带多段线网络加载结构:(a)该方案有效地规避了微带曲折线的寄生电容问题与横向与纵向加载之间互耦问题;(b)集总元件的引入极大地扩宽了慢波基片集成波导中相速度与截止频率的调节范围;(c)更重要的是可以独立控制横向和传播方向等效参数,实现微带多段线方案无法实现的一些独特特性。3.研究了基于第一类微带多段线网络非周期性加载的慢波机理与导波特性。借助于TE10模式下的传输/反射算法提取出各拓扑结构下等效电磁参数的变化。并基于此设计了一款宽带3-dB威尔金森(Wilkinson)功分器。在隔离度优于10 dB的条件下,该功分器获得了 91.4%的相对带宽,带内幅度不平衡度小于±0.5 dB,相位不平衡度小于±4°。与常规SIW功分器相比,该功分器平面尺寸缩减了40%,相对带宽扩展了50%。4.提出了多技术融合型SIW慢波效应增强方法。主要包括;(a)等效电感/电容共同增强方法。该方法在金属化盲孔阵列加载的SW-SIW上表面蚀刻微带多段线网络以进一步增强串联电感,在不增加额外加工成本的前提下,其截止频率进一步降低18.5%,导波相速度显著缩减,慢波性能获得了再次提升。(b)分布式脊状SW-SIW。该技术将多条纵向埋置的金属化脊线与金属化盲孔呈对跖状加载到SIW中,获得了 55.5%的截止频率缩减以及80%的平面尺寸降低。研究的两类新型导波结构均具有更强的慢波性能和更为灵活的设计自由度,充分表明了其在基于SIW的微波毫米波器件小型化方面的潜力和优势。