天線原理與設(shè)計—第六章縫隙天線和波導(dǎo)縫隙天線陣

1、六六、縫隙天線和波導(dǎo)縫隙天線陣、縫隙天線和波導(dǎo)縫隙天線陣6.1 6.1 縫隙天線縫隙天線縫隙天線結(jié)構(gòu)縫隙天線結(jié)構(gòu)縫隙天線是在金屬板或壁上開縫所形成的天線，系統(tǒng)中的電磁波通過縫隙向外空間輻射，或外空間的電磁波經(jīng)縫隙進(jìn)入系統(tǒng)?？p隙天線結(jié)構(gòu)簡單、低輪廓，適合作為共形天線用于飛行器。理想的縫隙天線是在無限大理想導(dǎo)體平面上開的窄縫，縫長遠(yuǎn)大于縫寬，縫長約為二分之波長。6.1 縫隙天線縫隙天線 縫隙天線是在金屬壁上開縫所形成的天線，系統(tǒng)中的電磁波經(jīng)縫隙向外空間輻射或外空間的電磁波經(jīng)縫隙進(jìn)入系統(tǒng)。 由于結(jié)構(gòu)的特點，縫隙天線很適合作為共形天線用于飛行器上。 理想縫隙天線是在無限大的理想導(dǎo)體平面上開的窄縫，縫的

2、橫向尺寸 wl,縱向尺寸2l/2。 為了更好地理解縫隙天線，需要先介紹電磁場的等效原理。 6.1 縫隙天線縫隙天線6.1 縫隙天線縫隙天線Love場等效原理 令等效問題v1中的場為零場，則S面上的等效面流為 情況1：設(shè)v1中媒質(zhì)分布與v2中相同，則等效問題 就是自由空間中源輻射問題。 情況2：設(shè)v1中填充理想導(dǎo)體。因為理想導(dǎo)體表面 的面電流不產(chǎn)生電磁場，所以 ，這種情況下S面上起作用的只有面磁流。 情況3：設(shè)v1中填充理想磁體。這時面磁流不產(chǎn)生場，起作用的只有面電流 。 6.1 縫隙天線縫隙天線縫隙天線的原理 6.1 縫隙天線縫隙天線縫隙天線 等效磁流 對偶的導(dǎo)體對稱振子 6.1 縫隙天線縫隙

3、天線無限大導(dǎo)體平面上的半波長縫隙天線與互補的半波長對稱振子的方向圖相同，但電場E和磁場H互換。 6.1 6.1 縫隙天線縫隙天線縫隙天線輸入阻抗縫隙天線輸入阻抗根據(jù)電磁理論，縫隙天線的阻抗與其互補天線的阻抗之間有如下關(guān)系：2c4sininZZ對于處于諧振狀態(tài)的半波天線的輸入阻抗為純電阻，其互補的具有相同長度、但寬度約為半波天線直徑兩倍的縫隙天線的輸入阻抗也為純電阻。其中，互補天線（偶極子天線）輸入阻抗為73.1，空間波阻抗為120，因此2in6048673.1sZ6.1 6.1 縫隙天線縫隙天線實際（有限大平面上）縫隙天線輻射場實際（有限大平面上）縫隙天線輻射場實際縫隙天線的輻射場受到有限大平

4、板邊緣的影響與理想縫隙有所不同，有限大平板邊緣對H面（經(jīng)過縫隙軸的平面）的影響不大，但對E面（與縫隙垂直的平面）場的影響較大。 精確求解縫隙天線的輻射場要用矩量法先求得板上電流再求遠(yuǎn)場，或用矩量法配合幾何繞射理論來求解。當(dāng)板的邊緣距縫隙口面尺寸大于一個波長時，邊緣對輸入阻抗的影響不大。6.1 6.1 縫隙天線縫隙天線縫隙天線饋電（同軸線饋電）縫隙天線饋電（同軸線饋電）不同的饋電位置具有不同的輸入阻抗中心饋電的縫隙天線的輸入阻抗約為500為實現(xiàn)與50 同軸線的匹配，可采用偏饋方法6.1 6.1 縫隙天線縫隙天線單向輻射的縫隙天線單向輻射的縫隙天線實際應(yīng)用中，常采用增加背腔的方式實現(xiàn)具有單向輻射的

5、縫隙天線背腔深度約為四分之波長中心饋電的背腔縫隙天線輸入阻抗為雙向輻射縫隙天線的兩倍，約為1000縫隙天線縫隙天線波導(dǎo)饋電的縫隙天線波導(dǎo)饋電的縫隙天線6.1 6.1 縫隙天線縫隙天線共形縫隙天線共形縫隙天線6.1 6.1 波導(dǎo)縫隙天線陣波導(dǎo)縫隙天線陣011111111()sin ()cos, 1.841aErJrJrraraE通常在傳輸TE10波的矩形波導(dǎo)壁上開縫來構(gòu)造各種縫隙天線縫隙必須截斷波導(dǎo)壁上的表面電流為獲得強輻射，縫隙應(yīng)位于電流密度大的位置（a）橫縫（b）寬邊縱縫（c）斜縫（d）窄邊縱縫6.1 6.1 波導(dǎo)縫隙天線陣波導(dǎo)縫隙天線陣011111111()sin ()cos, 1.841

6、aErJrJrraraE可通過理論計算或?qū)嶒灉y量得到波導(dǎo)縫隙的輻射導(dǎo)納波導(dǎo)縫隙的輻射導(dǎo)納6.1 6.1 波導(dǎo)縫隙天線陣波導(dǎo)縫隙天線陣011111111()sin ()cos, 1.841aErJrJrraraE諧振式波導(dǎo)縫隙天線陣諧振式波導(dǎo)縫隙天線陣相鄰縫隙間距為二分之波導(dǎo)波長，所有縫隙為同相激勵，陣列具有邊射輻射特性相鄰寬邊縱縫位于波導(dǎo)中線兩側(cè)，相鄰窄邊橫縫斜向相反，從而保證同相激勵工作頻率改變時，各縫隙的激勵相位不再同相，天線匹配迅速惡化，因此此類天線的帶寬通常較窄（10%）6.1 6.1 波導(dǎo)縫隙天線陣波導(dǎo)縫隙天線陣諧振式波導(dǎo)縫隙天線陣的輻射方向圖諧振式波導(dǎo)縫隙天線陣的輻射方向圖6.1

7、6.1 波導(dǎo)縫隙天線陣波導(dǎo)縫隙天線陣011111111()sin ()cos, 1.841aErJrJrraraE寬邊縱向縫隙陣的設(shè)計寬邊縱向縫隙陣的設(shè)計相鄰縫隙間距均為二分之波導(dǎo)波長，因此饋電端的輸入電導(dǎo)為N個縫隙電導(dǎo)之和 為保證輸入端匹配，gin =1；如不計互耦，則 gi=Kai2 ai為縫隙i的相對激勵振幅，K為常數(shù)。先求出K，之后確定gi。利用gi與縫隙偏移量x間關(guān)系，確定縫隙位置。6.1 6.1 波導(dǎo)縫隙天線陣波導(dǎo)縫隙天線陣011111111()sin ()cos, 1.841aErJrJrraraE非諧振式波導(dǎo)縫隙天線陣非諧振式波導(dǎo)縫隙天線陣相鄰縫隙間距大于二分之波導(dǎo)波長，小于一個波導(dǎo)波長，所有縫隙間具有線性相差，陣列最大輻射方向偏離法向方向，且隨頻率變化饋電波導(dǎo)內(nèi)場近似為行波分布，可在較寬的頻帶上保持良好的匹配終端接匹配負(fù)載，通常吸收3% - 10%的