[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种紧凑型高增益单馈毫米波背腔贴片滤波天线，具体是在单个基片集成波导腔体中进行了天线和滤波器的一体化设计，通过耦合缝隙对谐振腔进行馈电。本发明提出的天线结构十分简单，只使用了两层介质基板，一个基片集成波导谐振腔以及一个基片集成波导，其加工十分简单，制作成本也很低。此外，在结构简单的同时该天线还具有良好的辐射特性，其带宽、增益均十分优良。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案：
[0007] 紧凑的高增益单馈毫米波背腔贴片滤波天线，从上至下依次包括上层金属面M1、上层介质基板S1、中间金属面M2、下层介质基板S2、下层金属面M3；
[0008] 所述上层介质基板S1内设有谐振腔C，该谐振腔C由周期性分布的多个第一金属化通孔围合而成；所述谐振腔C中心设有由周期性分布的多个第二金属化通孔构成的十字金属壁WV；所述十字金属壁WV将所述谐振腔C分为四个完全相同的区域CS；
[0009] 所述第一金属化通孔、第二金属化通孔、短路金属化通孔VT贯穿上层介质基板S1；
[0010] 所述上层金属面M1覆盖在所述上层介质基板S1的上表面；所述上层金属面M1开有四个镂空区域，所述四个镂空区域的中心与四个区域CS的中心一一对应；所述四个镂空区域均设有金属贴片P，所述金属贴片P与上层金属面M1不接触，即金属贴片P与上层金属面M1间留有环形缝隙A；所述上层金属面M1在谐振腔C四个角相对应位置各开有一窄缝SP；四个窄缝SP关于谐振腔C中心对称；
[0011] 所述中层金属面M2位于上层介质基板S1的下表面和下层介质基板S2的上表面；所述中层金属面M2上蚀刻有耦合窄缝隙ST，所述耦合窄缝隙ST与十字金属壁的一臂平行且贴近于谐振腔C的金属化通孔壁；
[0012] 所述下层介质基板S2内设有一个基片集成波导W，该基片集成波导W由中层金属面M2、下层金属面M3、周期性分布的多个第三金属化通孔构成；所述基片集成波导W内设有一阻抗匹配金属化通孔VB，且所述基片集成波导W的位于下层介质基板S2边缘一端开放设置；
[0013] 所述第三金属化通孔贯穿下层介质基板S2；
[0014] 所述下层金属面M3设置在下层介质基板S2的下表面；所述下层金属面M3蚀刻有一共面波导T；所述一共面波导T位于基片集成波导W开放端对应位置，且位于所述基片集成波导W内；所述共面波导T由一对轴对称设置的缝隙枝节构成；所述缝隙枝节不与基片集成波导W接触。
[0015] 作为优选，所述的介质集成波导谐振腔C的尺寸满足使其实现主要工作在TE410模式和TE330模式；
[0016] 作为优选，所述的介质集成波导谐振腔C中每个区域CS的尺寸满足实现工作在对角TE120模式；
[0017] 作为优选，利用环形缝隙A与金属贴片P之间的混合电磁耦合在工作频带上边带引入了一个增益零点，利用介质集成波导的截止频率使工作频带下边带发生了急剧的滚降；
[0018] 作为优选，所述区域CS的中心各设有一短路金属化通孔VT。
[0019] 作为优选，所述谐振腔C为方形，其边长为1.45‑1.55λ0(λ0为自由空间波长)；所述镂空区域为方形，其边长为0.39‑0.395λ0；所述金属贴片P为方形，其边长Lp为0.28‑0.3λ0；
[0020] 作为优选，所述十字金属壁WV的臂部端点到谐振腔C的金属壁的距离Lw为0.5‑0.6λ0；
[0021] 作为优选，所述窄缝SP的长度为0.27‑0.29λ0，其到谐振腔中心的距离为0.8‑0.9λ0；
[0022] 作为优先，所述耦合窄缝隙ST中心到邻近的谐振腔C壁的距离为0.05‑0.06λ0；
[0023] 作为优选，所述的基片集成波导W的靠近介质基板S1边缘外侧壁与谐振腔C的其中一个金属化通孔壁对齐；
[0024] 作为优选，所述缝隙枝节为一体成型结构，包括水平缝隙和向外延伸的45°角倾斜缝隙；
[0025] 作为优选，所述窄缝SP与十字金属壁的任意一臂的夹角为45°；
[0026] 作为优先，所述的金属面M1，M2，M3与介质基板S1，S2均为正方形，尺寸相同且中心重合；
[0027] 作为优选，所述的阻抗匹配金属化通孔VB与第一至三金属化通孔的尺寸相同；
[0028] 作为优选，所述的共面波导T关于基片集成波导W的对称轴对称。
[0029] 工作过程：
[0030] 谐振腔C可以看作四个工作在对角TE120模式下的小谐振腔，其实际的工作模式为TE410模式和TE330模式。用耦合窄缝隙ST对谐振腔C进行馈电时，该模式能够被有效激发。环形缝隙A用于辐射工作在TE410和TE330模式工作下的电磁波，辐射贴片P用于引入贴片模式TM01。TE410模式可产生一个带内谐振点，TE330模式可产生一个带内谐振点，金属贴片可引入一个带内谐振点，而短路金属化通孔VT通过改变谐振腔的电场分布也可以引入一个带内谐振点。其中，由于腔内能量分布不均匀，最低频处的谐振点所产生的辐射方向图发生了偏头现象，为了矫正它，在谐振腔C的四角蚀刻了四个矩形窄缝SP。本发明的滤波特性来源于混合电磁耦合和基片集成波导的截止频率。环形缝隙A与辐射贴片P之间发生的混合电磁耦合将会在工作频带的上边缘产生一个辐射零点，而基片集成波导的截止频率被设定在工作频带的下边缘。由此，陡峭的边缘滚降以及良好的带外抑制被成功实现。
[0031] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：
[0032] 1)结构紧凑：不同于传统的2*2阵列，本发明的天线虽然看似是一个2*2阵列，实际上是作为一个整体工作在高阶谐振腔模式下，因此本发明的结构是十分紧凑的。
[0033] 2)馈电结构简单：本发明仅需要一个基片集成波导来馈电，不需要额外的功率分配器，因此空间占用率很少。富余的空间对于以此为基础进行更大规模的阵列设计具有重要意义。
[0034] 3)设计简单：本发明仅通过谐振腔中心的十字金属壁WV对本不能产生同相辐射的TE410和TE330模式进行了扰动，将其场分布一分为四，每个小腔内的场分布与腔模TE120类似，从而实现了同相辐射。
[0035] 4)不含额外的滤波电路：本发明滤波特性的引入不依赖于额外的滤波电路，从而实现了上述紧凑的结构和简单的馈电结构；与此同时，不含额外的滤波电路也意味着更低的插入损耗。
[0036] 5)高选择性，高增益，宽带宽：基片集成波导的截止频率和混合电磁耦合引入的辐射零点十分贴近工作频点，因为本发明的选择性十分优越；背腔贴片结构以及2*2的子阵设计赋予了本发明高增益特性；四个带内谐振点的实现使本发明的带宽十分宽。
