缝隙天线与微带天线.ppt

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1、第5章缝隙天线与微带天线制作：唐慧主讲：唐慧《电波与天线》本章内容5.1缝隙天线5.2微带天线5.1缝隙天线理想缝隙天线是开在无限大、无限薄的理想导体平面上(yOz)的直线缝隙，可以由同轴传输线激励。缝隙的宽度w远小于波长，而其长度2l通常为λ/2。5.1.1理想缝隙天线坐标图无论缝隙被何种方式激励，缝隙中只存在切向的电场强度，电场强度一定垂直于缝隙的长边，并对缝隙的中点呈上下对称的驻波分布，即在x>0的半空间内，缝隙相当于一个等效磁流源，其等效磁流密度为辐射场缝隙最终可以被等效成一个片状的、沿z

2、轴放置的、与缝隙等长的磁对称振子。对于x>0的半空间内，其等效磁流强度为讨论远区的辐射问题时，可将缝隙视为线状磁对称振子，根据与全电流定律对偶的全磁流定律根据电磁场的对偶原理，磁对称振子的辐射场可以直接由电对称振子的辐射场对偶得出为在x<0的半空间内，由于等效磁流的方向相反，因此电场和磁场表达式分别为上两式的负值。通常称理想缝隙与和它对偶的电对称振子为互补天线，因为它们相结合时形成单一的导体屏而没有重叠或孔隙。它们的区别在于场的极化不同：H面（通过缝隙轴向并且垂直于金属板的平面）、E面（垂直于缝隙

3、轴向和金属板的平面）互换。理想缝隙与和它对偶的电对称振子具有相同的方向性，其方向函数为方向性理想半波缝隙天线(2l=λ/2)，H面方向图如右图所示，而其E面无方向性。缝隙的场矢量线分布图(a)电力线；(b)磁力线半波缝隙天线的H面方向图例以缝隙波腹处电压值Um=Emw为计算辐射电阻的参考电压，则理想缝隙天线辐射电阻若理想缝隙天线与其互补的电对称振子的辐射功率相等，则缝隙的辐射功率缝隙辐射电阻缝隙波腹处电流值因为电对称振子的辐射功率Pr,e与其辐射电阻Rr,e的关系为推导出理想缝隙天线的辐射电阻与其

4、互补的电对称振子的辐射电阻之间关系式：因此，理想半波缝隙天线的辐射电阻为理想半波缝隙天线的辐射电导Gr,m≈0.002S和半波振子类似，理想半波缝隙天线的输入电阻也为500Ω，该值很大，所以在用同轴线给缝隙馈电时存在困难，必须采用相应的匹配措施。理想缝隙天线输入电阻任意长度的理想缝隙天线的输入阻抗、辐射阻抗均可以由与其互补的电对称振子的相应值求得。由于谐振电对称振子的输入阻抗为纯阻，因此谐振缝隙的输入电阻也为纯阻，并且其谐振长度同样稍短于λ/2，且缝隙越宽，缩短程度越大。辐射阻抗Zr,mZr,e=

5、(60π)2输入阻抗Zin,mZin,e=(60π)2辐射电阻理想缝隙天线和与其互补的电对称振子最基本的缝隙天线是由开在矩形波导壁上的半波谐振缝隙构成的。由电磁场理论，对TE10波而言，在波导宽壁上有纵向和横向两个电流分量，横向分量的大小沿宽边呈余弦分布，中心处为零，纵向电流沿宽边呈正弦分布，中心处最大；而波导窄壁上只有横向电流，且沿窄边均匀分布。5.1.2缝隙天线缝隙配置与电流分布如果波导壁上所开的缝隙能切割电流线，则中断的电流线将以位移电流的形式延续，缝隙因此得到激励，波导内的传输功率通过缝隙

6、向外辐射，这样的缝隙也就被称为辐射缝隙。当缝隙与电流线平行时，不能在缝隙区内建立激励电场，这样的缝隙因得不到激励，不具有辐射能力，因而被称为非辐射缝隙。缝隙类型缝隙g虽然与纵向电流平行，但是其旁边设置了电抗振子h，电抗振子是插入波导内部的螺钉式金属杆，由于该螺钉平行于波导内部的电场，因此被感应出的传导电流流向螺钉底部处的波导内壁而形成径向电流，于是纵缝g可以切断其中的一部分而得到激励。*受激励的波导缝隙形成了开在有限金属面上的窄缝。当金属面的尺寸有限时，缝隙天线的边界条件发生了变化，对偶原理不能应

7、用，有限尺寸导电面引起的电波绕射会使得天线的辐射特性发生改变。严格的求解缝隙的辐射场需要几何绕射理论或数值求解方法。宽边上纵缝的E面方向图缝隙天线辐射特性对于开在矩形波导上的缝隙，E面（垂直于缝隙轴向和波导壁面的平面）方向图与理想缝隙天线相比有一定的畸变。宽边上的纵缝，由于沿E面的电尺寸对标准波导来说只有0.72λ，所以其E面方向图的差别较大；宽边上的横缝，随着波导的纵向尺寸变长，其E面方向图逐渐趋向于理想的半圆形。矩形波导缝隙天线的H面（通过缝隙轴向并且垂直于波导壁的平面）沿金属面方向的辐射为零

8、，所以波导的有限尺寸带来的影响相对较小，因此其H面方向图与理想缝隙天线差别不大。波导缝隙天线和理想缝隙天线的辐射空间不同，波导缝隙天线的辐射功率相当于理想缝隙天线的一半，因此波导缝隙天线的辐射电导也就为理想缝隙天线的一半。对于半波谐振波导缝隙，其辐射电导为Gr,m≈0.001S缝隙天线辐射功率与辐射电导由微波技术知识可知，波导可以等效为双线传输线，所以波导上的缝隙可以等效为和传输线并联或串联的等效阻抗。宽壁横缝截断了纵向电流，因而纵向电流以位移电流的形式延续，其电场的垂直分量在缝隙