天线技术 课件(西电第二版)第8章

1、第 8章 缝隙天线和微带天线 第 8章 缝隙天线和微带天线 8.1 缝隙天线缝隙天线 8.2 微带天线微带天线 第 8章 缝隙天线和微带天线 8.1 缝缝 隙隙 天天 线线 8.1.1 理想缝隙天线的辐射和方向特性理想缝隙天线的辐射和方向特性 理想缝隙天线是开在无限大、无限薄的理想导电平面上的直线缝隙。缝隙的横向尺寸远小于波长，纵向尺寸通常为/2。 设yOz为无限大和无限薄的理想导电平板，在此面上沿z轴开一个长为2l、宽为W(W而出现栅瓣， 通常都选择相邻缝隙间距为g /2的排列方式，但需要采取适当方法以保证各缝隙同相激励。如图8-7所示，相邻缝隙相对中心线要交错放置。从波导内壁电流分布可知，

2、激励宽壁纵缝的横向电流恰好同相； 同理， 这时除了由纵向距离g /2引起的相位差以外，对边开缝又引起相位差。因而谐振式波导缝隙阵对边开缝时相邻缝隙间的相位差为0，从而实现了各缝隙的同相激励, 构成同相阵列。 第 8章 缝隙天线和微带天线 图 8-7 宽壁中线双侧纵向缝隙阵 2g活 塞2g同 轴 线bag第 8章 缝隙天线和微带天线 图 8-8 窄壁斜缝隙天线阵 2g2gJJtJnJnJJt(a)(b)第 8章 缝隙天线和微带天线 2. 非谐振式缝隙阵非谐振式缝隙阵 图 8-9 非谐振式缝隙天线阵 (a)(b)(c)dgdgd或2gd2gzzz匹配负载第 8章 缝隙天线和微带天线 图中各缝隙间距

3、不等于g或g/2，使各缝隙单元不同相， 具有线性相位差。 方向图的主瓣偏向电源或负载端，最大辐射方向与波导面法线的夹角为 dm2arcsin0（8-1-4） 式中， 为相邻缝隙的激励相位差。其中, 为缝隙的位置配置产生的附加相位差，d为相邻缝隙间距。由此可见， 若利用移相器控制0，就可实现最大辐射方向的电控扫描，故非谐振式缝隙天线阵很适宜用作电扫描天线。 非谐振式缝隙天线阵的优点是频带较宽，缺点是效率较低， 匹配负载的吸收功率通常为总输入功率的5%10%。gd20第 8章 缝隙天线和微带天线 8.1.4 实用缝隙天线实用缝隙天线 图 8-10 匹配偏斜缝隙天线阵 x12g1第 8章 缝隙天线和

4、微带天线 这种天线在中心频率上d=g或 d=g/2，方向图的主瓣指向缝隙面法线方向。当工作频率变化时，主瓣指向偏离法线方向，但它能在宽频带内与波导良好匹配。这不仅由于波导终端接有匹配负载，而且由于可能产生反射的缝隙得以就地直接匹配。 其带宽主要受增益改变的限制，通常是5%10%。它的缺点是调配元件使波导功率容量降低。 矩形波导缝隙阵的方向图可用方向图乘法定理求出。阵元的方向图即半波缝隙天线的方向图与半波对称振子的相同；阵方向图决定于阵元间距d以及阵元的电流相对激励幅度和相位差。 读者可参阅第4章有关直线阵的方向性进行计算。 第 8章 缝隙天线和微带天线 工程上波导缝隙天线阵的方向性系数可用下式

5、近似估算： D3.2N 式中, N为阵元(缝隙)的个数。 （8-1-5） 第 8章 缝隙天线和微带天线 8.2 微微 带带 天天 线线 8.2.1 微带天线的结构及主要特点微带天线的结构及主要特点 图 8-11 微带天线的结构 接地板介质基片辐射元第 8章 缝隙天线和微带天线 图 8-12 微带天线的馈电 接地板介质基片同轴馈线辐射元同轴馈线辐射元微带传输线(a)(b)第 8章 缝隙天线和微带天线 微带天线近年来越来越受到人们的重视，因为它具有很多其他天线所没有的特点： 可方便地实现线极化或圆极化以及双频率工作；体积小，重量轻，价格低，尤其具有很小的剖面高度，易于附着于任何金属物体表面，最适用

6、于某些高速运行的物体，如飞机，火箭，导弹等；容易和有源器件、微波电路集成为统一的组件，因而适合大规模生产。在现代通信中，微带天线广泛地应用于100MHz50 GHz的频率范围。 第 8章 缝隙天线和微带天线 8.2.2 微带天线的辐射原理微带天线的辐射原理 图 8-13 矩形微带天线开路端的电场结构 hl介质基片接地板w第 8章 缝隙天线和微带天线 图 8-14 场分布侧视图 hxyz2l第 8章 缝隙天线和微带天线 图 8-15 矩形微带天线的电场分布 yzx(a)xlywz(b)(c)第 8章 缝隙天线和微带天线 图 8-16 等效辐射缝隙 2lhl 等效辐射缝隙w第 8章 缝隙天线和微带

7、天线 8.2.3 微带天线的方向特性微带天线的方向特性 建立如图8-17所示的坐标，设缝隙上电压为U，缝的切向电场Ex=U/h，可以等效为沿z方向的磁流。考虑到理想接地板上磁流的镜像，缝隙的等效磁流为 hUzJm2（8-2-1） 设磁流沿x和z方向都是均匀的，则单缝的辐射场为 ),(42FreWUjErj（8-2-2） 式中: sincos2cos2sin),(WWF（8-2-3） 第 8章 缝隙天线和微带天线 又因为沿x轴排列、间距l2的二元阵的阵因子为 cos2coscossin2cosl（8-2-4） 分别令=90和=90，由方向图乘积定理即可得到微带天线的E面和H面的方向性函数为 si

8、ncos2cos2sin)(cos2coscos2cos)(WWFlFHE（8-2-5） （8-2-6） 第 8章 缝隙天线和微带天线 图8-17 缝隙的辐射xhywOz第 8章 缝隙天线和微带天线 图 8-18 微带天线方向图 (a) H面； (b) E面 yzOxOy(a)(b)第 8章 缝隙天线和微带天线 8.2.4 实用微带天线实用微带天线 （1） 增加介质基片厚度h，这等效于增大辐射缝隙的宽度或降低微带结构的特性阻抗，使天线输入阻抗随频率变化的速度减慢。但是，种方法的效果是有限的，而且增加厚度与降低剖面高度的要求是矛盾的。 这可采用较高相对介电常数r的介质来解决，但这又增大了天线的损

9、耗。 第 8章 缝隙天线和微带天线 （2） 采用如图8-19所示的叠片结构，即上层较小的辐射片以下层较大的辐射片为接地板，相叠的两片分别调谐于不同的频率。这类双层结构因有两个导体贴片，因而具有两个谐振频率。如果结构参数设计得当，可使两个谐振频率适当接近， 与电路中的双调谐回路参差调谐原理类似，形成频带大大展宽的双峰谐振电路，使总的工作频带变宽。 第 8章 缝隙天线和微带天线 图 8-19 叠片形结构微带天线 金属衬底介质衬底r2r1h1h2第 8章 缝隙天线和微带天线 图8-20 微带天线阵 (a)(b)第 8章 缝隙天线和微带天线 图8-21 微带天线阵形式之一 22M行N元第 8章 缝隙天线和微带天线 习习 题题 7 8-1 什么叫缝隙天线？ 其结构与近场有哪些特点？ 分析缝隙天线的基本方法是什么？ 8-2 矩形波导缝隙天线阵有哪几种？ 各有什么特点？ 对于给出的天线阵，试指出其E面与H面以及最大辐射方向。 8-3 什么是微带天线？ 其结构有何特