天线原理与设计缝隙天线和波导缝隙天线阵

1、六、缝隙天线和波导缝隙天线阵1/226.1 缝隙天线缝隙天线结构缝隙天线是在金属板或壁上开缝所形成天线，系统中电磁波经过缝隙向外空间辐射，或外空间电磁波经缝隙进入系统。缝隙天线结构简单、低轮廓，适合作为共形天线用于飞行器。理想缝隙天线是在无限大理想导体平面上开窄缝，缝久远大于缝宽，缝长约为二分之波长。2/226.1 缝隙天线 缝隙天线是在金属壁上开缝所形成天线，系统中电磁波经缝隙向外空间辐射或外空间电磁波经缝隙进入系统。 因为结构特点，缝隙天线很适合作为共形天线用于飞行器上。 理想缝隙天线是在无限大理想导体平面上开窄缝，缝横向尺寸 wl,纵向尺寸2l/2。 为了更加好地了解缝隙天线，需要先介绍

2、电磁场等效原理。 3/226.1 缝隙天线4/226.1 缝隙天线Love场等效原理 令等效问题v1中场为零场，则S面上等效面流为 情况1：设v1中媒质分布与v2中相同，则等效问题 就是自由空间中源辐射问题。 情况2：设v1中填充理想导体。因为理想导体表面 面电流不产生电磁场，所以 ，这种情况下S面上起作用只有面磁流。 情况3：设v1中填充理想磁体。这时面磁流不产生场，起作用只有面电流 。 5/226.1 缝隙天线缝隙天线原理 6/226.1 缝隙天线缝隙天线 等效磁流 对偶导体对称振子 7/226.1 缝隙天线无限大导体平面上半波长缝隙天线与互补半波长对称振子方向图相同，但电场E和磁场H交换

3、。 8/226.1 缝隙天线缝隙天线输入阻抗依据电磁理论，缝隙天线阻抗与其互补天线阻抗之间有以下关系：对于处于谐振状态半波天线输入阻抗为纯电阻，其互补含有相同长度、但宽度约为半波天线直径两倍缝隙天线输入阻抗也为纯电阻。其中，互补天线（偶极子天线）输入阻抗为73.1，空间波阻抗为120，所以9/226.1 缝隙天线实际（有限大平面上）缝隙天线辐射场实际缝隙天线辐射场受到有限大平板边缘影响与理想缝隙有所不一样，有限大平板边缘对H面（经过缝隙轴平面）影响不大，但对E面（与缝隙垂直平面）场影响较大。 准确求解缝隙天线辐射场要用矩量法先求得板上电流再求远场，或用矩量法配合几何绕射理论来求解。当板边缘距缝

4、隙口面尺寸大于一个波长时，边缘对输入阻抗影响不大。10/226.1 缝隙天线缝隙天线馈电（同轴线馈电）不一样馈电位置含有不一样输入阻抗中心馈电缝隙天线输入阻抗约为500为实现与50 同轴线匹配，可采取偏馈方法11/226.1 缝隙天线单向辐射缝隙天线实际应用中，常采取增加背腔方式实现含有单向辐射缝隙天线背腔深度约为四分之波长中心馈电背腔缝隙天线输入阻抗为双向辐射缝隙天线两倍，约为100012/22缝隙天线波导馈电缝隙天线13/226.1 缝隙天线共形缝隙天线14/226.1 波导缝隙天线阵通常在传输TE10波矩形波导壁上开缝来结构各种缝隙天线缝隙必须截断波导壁上表面电流为取得强辐射，缝隙应位于

5、电流密度大位置（a）横缝（b）宽边纵缝（c）斜缝（d）窄边纵缝15/226.1 波导缝隙天线阵可经过理论计算或试验测量得到波导缝隙辐射导纳16/226.1 波导缝隙天线阵谐振式波导缝隙天线阵相邻缝隙间距为二分之波导波长，全部缝隙为同相激励，阵列含有边射辐射特征相邻宽边纵缝位于波导中线两侧，相邻窄边横缝斜向相反，从而确保同相激励工作频率改变时，各缝隙激励相位不再同相，天线匹配快速恶化，所以这类天线带宽通常较窄（10%）17/226.1 波导缝隙天线阵谐振式波导缝隙天线阵辐射方向图18/226.1 波导缝隙天线阵宽边纵向缝隙阵设计相邻缝隙间距均为二分之波导波长，所以馈电端输入电导为N个缝隙电导之和 为确保输入端匹配，gin =1；如不计互耦，则 gi=Kai2 ai为缝隙i相对激励振幅，K为常数。先求出K，之后确定gi。利用gi与缝隙偏移量x间关系，确定缝隙位置。19/226.1 波导缝隙天线阵非谐振式波导缝隙天线阵相邻缝隙间距大于二分之波导波长，小于一个波导波长，全部缝隙间含有线性相差，阵列最大辐射方向偏离法向方向，且随频率改变馈电波导内场近似为行波分布，可在较宽频带上保持良好匹配终端接匹配负载，通常