提出了一種寬帶全金屬腔背襯濾波槽天線。波導(dǎo)內(nèi)金屬壁上的矩形孔可以視為一個并聯(lián)LC諧振電路，這個電路可以產(chǎn)生一種諧振，稱為諧振孔模式。通過級聯(lián)多個帶有諧振孔的金屬壁層，可以實現(xiàn)帶通濾波響應(yīng)。當(dāng)金屬壁頂層的諧振孔被重新用作輻射槽時，就可以實現(xiàn)一個濾波天線。通過修改相鄰諧振孔之間的距離，可以輕松控制耦合強度。減小兩個諧振孔之間的距離，可以獲得更大的耦合強度，從而實現(xiàn)更寬的帶寬和更低的輪廓。為了驗證該設(shè)計，本文設(shè)計、分析并仿真了基于諧振孔模式的二階和四階濾波天線。第四階濾波天線的原型被制作出來，實驗結(jié)果表明，該天線能夠?qū)崿F(xiàn)70%的帶寬，并且具有良好的濾波性能和穩(wěn)定的輻射模式。此外，整個工作頻段的總效率高于90%。仿真與測量結(jié)果之間的良好一致性充分驗證了所提設(shè)計概念的可行性。

一、諧振孔模式的實現(xiàn)

在矩形波導(dǎo)中，沿x軸方向的孔徑可以視為并聯(lián)電容負載，因為它顯著影響了電場，并在局部產(chǎn)生存儲的電能；而沿y軸方向的孔徑則被視為并聯(lián)電感負載，因為其提供了額外的電流路徑，導(dǎo)致孔徑內(nèi)出現(xiàn)新的縱向磁場并增加局部存儲的磁能。因此，如果孔徑的長度（沿x軸）和寬度（沿y軸）都小于矩形波導(dǎo)的邊長，這個孔徑就可以看作一個并聯(lián)LC諧振電路。

這種類型的孔徑可以在矩形波導(dǎo)中產(chǎn)生一種共振，稱為“諧振孔模式”

A. 基于諧振孔模式的CBSA

諧振孔模式已被用于設(shè)計與腔體模式合作的寬帶增強槽天線。然而，由于同時利用了腔體模式，它們的帶寬被限制在20%以內(nèi)。本文的研究重點是僅利用諧振孔模式的天線設(shè)計，旨在實現(xiàn)具有更寬濾波帶寬的新型槽天線。下圖展示了基于諧振孔模式的CBSA配置。帶有金屬腔背襯的輻射槽可以產(chǎn)生諧振孔模式。由于槽的一側(cè)向自由空間開放，該槽也作為輻射槽來輻射諧振孔模式的能量。

一般來說，如果槽的長邊沿y軸方向，諧振孔模式將由TE10模式激發(fā)。在所提出的設(shè)計中，諧振孔模式通過沿y軸延伸的饋電端口激勵，如下圖所示。這種饋電方法可以在天線測量期間省略標準矩形波導(dǎo)端口的使用。

B. 二階帶寬增強濾波槽天線

隨后，利用諧振孔模式設(shè)計了一種寬帶腔背襯濾波槽天線。微波濾波器的基本設(shè)計方法是通過級聯(lián)多個諧振器來獲得濾波性能。因此，首先將兩個諧振孔模式級聯(lián)起來，實現(xiàn)一個二階濾波槽天線，其配置下圖所示。這兩個諧振孔模式由兩層帶有槽的金屬壁（Layer-1和Layer-2）產(chǎn)生。Layer-2上的槽還作為輻射槽使用。

二階濾波天線的等效電路模型上圖所示，其中C_i和L_i表示第i個諧振孔模式的LC諧振電路模型；C_f表示饋電結(jié)構(gòu)的激勵電容；C_ij表示第i個和第j個諧振器之間的耦合電容；R_r表示輻射電阻。

根據(jù)濾波器設(shè)計理論，諧振器之間的耦合強度用于調(diào)整帶寬。在這個濾波天線中，兩個諧振孔之間的耦合強度主要由它們之間的距離h_1控制。下圖顯示了不同h_1值時模擬得到的S11參數(shù)，表明較小的h_1可以產(chǎn)生更寬的帶寬，并且還可以使天線的外形更低矮。

C. 四階寬帶濾波槽天線

根據(jù)諧振器的衰減特性，通過級聯(lián)更多的諧振器可以獲得更好的選擇性。此外，通過適當(dāng)調(diào)整諧振器之間的耦合強度，級聯(lián)更多的諧振器還可以獲得更寬的帶寬。因此，為了進一步提高帶寬和濾波性能，提出了并設(shè)計了一種四階濾波槽天線。

R. -S. Chen et al., "Wideband Full-Metal Cavity-Backed Filtering Slot Antenna Based on Resonant-Iris Mode," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 11, pp. 8828-8833, Nov. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3434405.