《電磁波與天線仿真與實踐》課件-電波與天線知識點18 縫隙天線

譚立容電話858422751號實訓樓B511電子信息學院南京信息職業(yè)技術學院縫隙天線7.1縫隙天線7.1.1理想縫隙天線的輻射和方向特性理想縫隙天線是開在無限大、無限薄的理想導電平面上的直線縫隙。縫隙的橫向尺寸遠小于波長，縱向尺寸通常為λ/2。設yOz為無限大和無限薄的理想導電平板，在此面上沿z軸開一個長為2l、寬為W(W<<λ)的縫隙，縫隙的場由加在縫中心O處的電勢激勵產生。實際縫隙是由外加電壓或電場激勵的，不論激勵方式如何，縫隙中的場總垂直于縫的長邊，如圖7-1（a）所示。因此理想縫隙天線可等效為由磁流源激勵的對稱縫隙，如圖7-1（b）所示。與之相對偶的是尺寸相同的與上述縫隙具有互補形狀的金屬薄片板狀對稱振子，如圖7-1（c）所示。圖7-1理想縫隙天線的輻射而板狀對稱振子的遠區(qū)場與細長圓柱對稱振子的相同。根據前面3.1.2節(jié)的介紹，長度為2l的對稱振子的輻射場為(7-1-1)其方向性函數為(7-1-2)由于理想縫隙天線與板狀對稱振子具有對偶性。因此，根據對偶原理，理想縫隙天線的方向性函數與同長度的對稱振子的方向性函數在E面和H面是相互交換的，如圖7-2所示。圖7-2理想縫隙（2l=λ/2）天線的輻射方向圖7.1.2波導縫隙天線的輻射和方向特性請回答哪些是輻射縫隙，哪些是非輻射縫隙？圖7-3波導內壁的電流分布與縫隙配置示意圖單個縫隙波導天線的輻射方向圖7.1.3波導縫隙天線陣的方向特性和寬頻帶特性1.諧振式縫隙陣圖7-5寬壁縱向縫隙陣圖7-6寬壁中線的縱向縫隙陣為了能在一定長度的波導壁上排列更多的縫隙元以提高其方向性，同時也是為了避免相鄰縫隙間距d=λg>λ而出現(xiàn)柵瓣，通常都選擇相鄰縫隙間距為λg/2的排列方式，但需要采取適當方法以保證各縫隙同相激勵。圖7-7寬壁中線雙側縱向縫隙陣如圖7-7所示，相鄰縫隙相對中心線要交錯放置，使諧振式波導縫隙陣對邊開縫時相鄰縫隙間的相位差為0，從而實現(xiàn)了各縫隙的同相激勵,構成同相陣列。圖7-8窄壁斜縫隙天線陣2.非諧振式縫隙陣圖7-9非諧振式縫隙天線陣圖中各縫隙間距不等于λg或λg/2，使各縫隙單元不同相，具有線性相位差。方向圖的主瓣偏向電源或負載端，最大輻射方向與波導面法線的夾角為（7-1-4）式中，為相鄰縫隙的激勵相位差。其中,±π為縫隙的位置配置產生的附加相位差，d為相鄰縫隙間距。由此可見，若利用移相器控制ψ0，就可實現(xiàn)最大輻射方向的電控掃描，故非諧振式縫隙天線陣很適宜用作電掃描天線。非諧振式縫隙天線陣的優(yōu)點是頻帶較寬，缺點是效率較低，匹配負載的吸收功率通常為總輸入功率的5%～10%。矩形波導縫隙陣的方向圖可用方向圖乘法定理求出。陣元的方向圖即半波縫隙天線的方向圖與半波對稱振子的相同；陣方向圖決定于陣元間距d以及陣元的電流相對激勵幅度和相位差。讀者可參閱有關直線陣的方向性進行計算。工程上波導縫隙天線陣的方向性系數可用下式近似估算：D≈3.2N式中,N為陣元(縫隙)的個數。練