随着现代微波毫米波电路与系统的高速发展，其功能越来越复杂、电性能指标越来越高，同时其体积越来越小、重量越来越轻；整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。同时由于集成电路技术的发展和应用的推动，高速电路中数字脉冲信号的速度越来越高，其波效应越来越明显，频谱高端则趋向更高的微波毫米波频率范围，可达几十GHz，而常用的微带线在高频的损耗较大。因此，迫切需要发展新的微波毫米波集成技术。半模基片集成波导(HMSIW)技术是基于基片集成波导(SIW)提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射、高功率容量等特性的新的导波结构。它继承了基片集成波导的优点：可以有效地实现无源和有源电路的集成，使微波毫米波系统小型化，甚至可以把整个微波毫米波系统制作在一个封装内；传播特性与矩形金属波导类似，所以由其构成的微波毫米波甚至亚毫米波部件及子系统具有高Q值、高功率容量、易与其它平面电路和芯片集成等优点，同时由于整个结构完全为介质基片上的金属化通孔阵列所构成，所以这种结构可以利用普通PCB工艺、LTCC工艺、甚至薄膜电路工艺精确实现。和基片集成波导相比，半模基片集成波导节省了约一半的尺寸，因此可以使微波毫米波系统进一步地小型化。除此之外，由于结构的原因，基片集成波导抑制了普通金属波导中的TM模，而半模基片集成波导又抑制了基片集成波导中的偶次TE模，因此它进一步有效地扩展了主模的工作带宽。于是，在高速数字电路这样的宽带电路中，半模基片集成波导可以作为低损耗互连线。此外，基于半模基片集成波导也可实现一些高性能的无源元件。 半模基片集成波导技术目前处于刚刚兴起的阶段，因此有许多理论问题需要研究，有很多应用领域亟待开拓。本文对半模基片集成波导的传输特性、高性能半模基片集成波导器件、半模基片集成波导在高速数字电路中的应用以及高速数字电路中信号完整性问题等进行了研究。 第一章研究了半模基片集成波导的传输常数、等效波导宽度的计算和测试方法，对基片集成波导、半模基片集成波导和微带线的衰减常数进行了测试和对比；研究了半模基片集成波导一微带转换器的结构和设计方法，实验测试结果和全波仿真结果的良好吻合验证了方法的正确性和有效性。 第二章分析了半模基片集成波导谐振器，并基于半模基片集成波导技术，设计和实现了多种新颖的集成高性能滤波和功率分配器件：半模基片集成波导感性窗滤波器、半模基片集成波导槽缝式滤波器、半模基片集成波导、共面波导滤波器、半模基片集成波导3dB定向耦合器，并以它们为基础设计和实现了半模基片集成波导单平衡混频器、基片集成波导平衡滤波器和半模。 第三章中，对高速数字电路中传输线的非理想特性引起的信号完整性问题进行分析，介绍了利用混合模S参数对差分电路的分析方法，然后介绍了用于估计单端传输线之间串扰的计算公式，并在此基础上提出了单端传输线与差分传输线之间串扰的简化计算公式，计算结果和电路仿真结果吻合良好验证了公式得正确性。对半模基片集成波导和耦合半模基片集成波导在高速数字电路中的应用进行了仿真和测试。 第四章将广义传输线方程推广到耦合微带结构的分析中，利用特征模分析的方法用两个一维广义传输线方程实现了二维广义传输线方程。由于在信号完整性分析中损耗是必须要考虑的因素，因此我们首次把Pade逼近与广义传输线方程结合起来将广义传输线方程推广到有耗传输线的分析，最后结合Pade逼近与广义传输线方程分析了破损地和分割地参考面的影响，计算结果与用IE3D软件得到的仿真结果一致。 最后一章设计和实现了一个3Gbps高速数字电路实验验证系统，它提供了一个研究信号完整性问题的实验平台。本章首先介绍了高速数字电路实验验证系统的硬件设计，并介绍了如何在硬件基础上实现误码率测试功能。在实现的实验平台上进行测试，结果表明，达到了高速数字电路实验验证系统的研究目标，也就是实现了子板问3Gbps的高速数据传输，各项性能测试结果表明达到了预定的设计要求。采用全波电磁、广义传输线方程和电路系统仿真的分析方法对高速数字系统进行了系统级的信号完整性分析。时域的仿真和测量结果吻合，验证了仿真方法的正确性。