《IEEE Open Journal of Antennas and Propagation》：A Hybrid Multilayered Slot Array Antenna-Cavity Backed and Fed by Substrate-Integrated Groove Gap Waveguide (SIGGW) Network
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针对毫米波频段对高性能、易集成馈电网络与低损耗天线结构的需求，研究人员开展了基于基片集成沟隙隙波导（SIGGW）馈电网络、采用三层混合多层设计的背腔缝隙阵列天线研究。该设计利用周期性“蘑菇”型结构实现电磁带隙特性，无需电连接或键合层，有效解决了多层装配困难与能量泄漏问题。最终实现了11.7%的阻抗带宽、17.72 dBi峰值增益及84%的辐射效率，为毫米波天线提供了高性能、易集成的解决方案。
在第五代（5G）及未来通信、雷达传感等领域，毫米波频段因其丰富的频谱资源而备受关注。然而，工作在毫米波频段的天线系统面临诸多挑战：高频信号传输损耗大，对天线辐射效率提出了严苛要求；传统的金属波导馈电网络虽然损耗低，但体积庞大、难以与平面电路集成；而常用的微带线等平面传输线在毫米波频段损耗显著增加，且易激发表面波，导致能量泄漏和互耦干扰，影响天线性能。此外，为实现高增益，常采用阵列天线，但其多层结构装配复杂，对层间对齐和电接触要求极高，任何装配误差或表面不平整都可能引发额外的能量泄漏。因此，如何设计一种高性能、低损耗、易于集成且装配鲁棒的毫米波阵列天线，成为学术界与工业界亟待解决的关键问题。
为此，一项发表于《IEEE Open Journal of Antennas and Propagation》的研究提出了一种创新的解决方案：一种采用基片集成沟隙隙波导（Substrate-Integrated Groove Gap Waveguide, SIGGW）馈电的混合多层背腔缝隙阵列天线。该研究旨在为27 GHz频段提供一种兼顾高性能与实用化装配优势的天线设计方案。
为开展研究，作者主要应用了以下关键技术方法：1. 基片集成沟隙隙波导（SIGGW）馈电网络设计，利用周期性金属化过孔在介质基片中构造等效的沟隙波导结构，实现低损耗传输；2. 基于电磁带隙（Electromagnetic Band Gap, EBG）的“蘑菇”（"Mushroom"-type）型周期性表面设计，用于构建馈电网络层和背腔层，实现电磁波的局域与引导，并消除对层间电接触的依赖；3. 混合多层结构设计，整合了馈电网络基片、背腔分布基片和金属辐射层（开有波纹缝隙阵列）；4. 全波电磁仿真优化与实验验证相结合的研究方法。
研究结果
1. 天线结构设计
研究提出的天线采用三层混合结构。最底层为SIGGW馈电网络层，在介质基片上通过金属化过孔阵列形成周期性“蘑菇”型电磁带隙（EBG）表面，从而构造出用于信号传输与分配的沟隙波导通道。中间层为背腔分布层，同样采用EBG结构，其上方为金属地层，并开有耦合缝隙，用于将馈电网络传输的能量激励到上层背腔中。最上层为金属辐射层，其上蚀刻有经过优化的波纹状（corrugated）缝隙阵列，作为辐射单元。三层之间通过机械组装固定，得益于EBG结构的电磁隔离特性，各层之间无需电连接或额外的键合层。
2. 仿真与实测性能
对加工制作的天线原型进行的测量结果与仿真预测吻合良好。在阻抗特性方面，天线实现了11.7%的-10 dB反射系数带宽，覆盖范围从25.6 GHz延伸至28.8 GHz，完全覆盖了目标27 GHz频段。辐射特性方面，在中心频率（27 GHz）处，天线实现了17.72 dBi的最大峰值增益。同时，辐射效率高达84%，孔径效率也达到了77%，这表明天线将大部分输入功率有效地辐射了出去，且口径利用率高。辐射方向图表现出良好的对称性，在φ = 0°和φ = 90°两个主平面上，副瓣电平均低于-10 dB，显示出良好的定向辐射能力和较低的旁瓣干扰。
3. 装配鲁棒性与泄漏抑制
研究特别强调了所提出结构在装配上的优势。由于采用EBG结构作为层间“屏障”，即使各印刷层之间存在物理间隙、表面粗糙或非绝对平整的情况，也能有效抑制因这些不理想因素导致的能量泄漏。这使得天线的装配容差更高，更适合大规模生产。
研究结论与讨论
本研究成功设计并验证了一种工作于27 GHz频段、由基片集成沟隙隙波导（SIGGW）馈电的混合多层背腔缝隙阵列天线。该设计的核心创新在于将SIGGW低损耗馈电、EBG结构提供的电磁隔离与装配便利性、以及背腔缝隙阵列的高效率辐射特性有机结合。
研究得出的主要结论包括：第一，所提出的三层混合结构方案是可行的，SIGGW网络能有效为缝隙阵列馈电。第二，基于“蘑菇”型单元的EBG设计，使得多层天线结构可以在无需层间电接触或键合的情况下进行装配，这简化了制造工艺并提高了可靠性。第三，该天线在27 GHz频段展现出了优异的综合性能：宽阻抗带宽（11.7%）、高增益（17.72 dBi）、高辐射效率（84%）以及良好的辐射方向图特性。这些性能指标使其非常适用于毫米波通信和传感系统。
更重要的是，这项工作为解决毫米波阵列天线面临的集成困难、装配敏感和高损耗问题提供了一条有效的技术路径。SIGGW结合EBG结构的设计，兼顾了平面集成与类似金属波导的低损耗优势，同时极大放宽了对机械装配精度的苛刻要求，具有重要的工程应用价值。其设计理念可进一步推广至更高频段或其他需要高性能平面阵列天线的应用场景。
