微带天线顶级教程

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1、微带天线§6.1缝隙天线缝隙天线：开在波导或谐振腔上缝隙，用以辐射或接收电磁波。6.1.1理想缝隙天线理想缝隙天线：开在无限大、无限薄的理想导体平面上的直线缝隙，用同轴传输线激励。假设位于平面上的无限大理想导体平面上开有宽度为（）、长度的缝隙。缝隙被激励后，只存在垂直于长边的切向电场，并对缝隙的中点呈对称驻波分布，其表达示为：---缝隙中间波腹处的场强值。缝隙相当于一个磁流源，由电场分布可得到等效磁流密度为：等效磁流强度为：也就是说，缝隙可等效成沿Z轴放置的、与缝隙等长的线状磁对称阵子。根据对偶原理，磁对称阵子的辐射场可由电对

2、称阵子的辐射场对偶得出。对于电对称阵子，电流分布为：辐射场表达式：由此得到半空间，磁对称阵子的辐射场为：在的半空间，电场和磁场的符号与上式相反。理想缝隙与电对称阵子：1)理想缝隙与电对称阵子为互补天线；2)方向性相同，其方向函数为：3)场的极化不同，H面、E面互换，理想缝隙E面无方向性，对称阵子H面无方向性；4)二者辐射阻抗、输入阻抗乘积为常数，即：辐射电阻辐射阻抗输入阻抗任意长度的理想缝隙天线的输入阻抗、辐射阻抗均可由与其互补的电对称阵子的相应值求得。例如，半波对称阵子的辐射阻抗为，理想半波缝隙天线的辐射电阻应为：由于谐振电

3、对称阵子的输入阻抗为纯阻，因此谐振缝隙的输入阻抗也为纯阻，并且其谐振长度同样稍短于，且缝隙越宽，缩短程度越大。6.1.2缝隙天线最基本的缝隙天线是开在矩形波导臂上的半波谐振缝隙，如下图所示。1）波导壁电流分布波导内传输的主模为模，波导壁上有横向和纵向电流分量，见上图。横向电流沿宽边呈余弦分布，中心处为零；纵向电流沿宽边呈正弦分布，中心处最大。波导窄壁上只有横向电流，且沿窄边均匀分布。1）波导缝隙辐射缝隙：缝隙切断电流线，中断的电流线以位移电流的形式延续，缝隙因此受到激励，波导内传输的功率通过缝隙向外辐射，见图中的a,b,c,d

4、,e。非辐射缝隙：缝隙与电流线平行，不能激励电场，不具有辐射能力，见图中f。2）波导缝隙与理想缝隙的区别a)结构尺寸的限制，边界条件不同，存在绕射；b)E面方向图发生畸变，H面方向图差别不大；c)辐射功率和辐射电导为理想缝隙天线的一半。3）波导缝隙的等效电路波导开缝会对波导内部的传输特性产生影响，可以将缝隙等效成传输线上并联导纳和串联阻抗，结合微波网络理论对其影响进行分析。波导开缝方式不同，缝隙的等效电路也不同。下图给出了各种波导缝隙的等效电路。如果缝隙的长度等于谐振长度，等效阻抗或导纳只有实部，虚部为零。下图给出了三种典型缝

5、隙，其归一化电阻或电导与位置参数的关系为：6.1.3缝隙天线阵由开在波导上按一定规律排列、尺寸相同的缝隙构成。这里主要介绍几种缝隙阵。6.1.3.1谐振式缝隙阵所有缝隙同相激励，最大辐射方向与天线轴线垂直，是边射阵。常见的谐振式缝隙阵如下图所示。图（a）为开在宽壁上的横向缝隙阵，相邻缝隙间距为，以保证同相激励。缺点是存在栅瓣，增益低，因此很少采用。图（b）为在宽壁中心线两侧每隔交替开纵向缝隙组成的缝隙阵。利用中心线两侧对称位置处横向电流反相、沿波导每隔场强反相的特点保证同相激励。6.1.3.2非谐振式缝隙阵波导端接吸收负载，波

6、导内部传输行波，缝隙间距不等于，阵源非同相激励。图（a）结构，相邻缝隙的相位依次滞后。图（b）结构，相邻缝隙波程差带来的相位差为，附加相移为，总的相差为。由均匀直线阵的分析可知，当时，方向函数取得最大值，由此可得非谐振缝隙天线阵的最大辐射方向偏离阵法线的角度为：可见最大辐射方向随的变化而改变，而与频率有关，因此非谐振式缝隙阵可实现频率扫描。6.1.3.2匹配斜缝隙阵波导壁上开有谐振斜缝，终端端接匹配负载，构成匹配斜缝隙阵。下图为开在波导宽壁上的匹配斜缝隙阵。适当调整缝隙对中心线的偏移、斜角和附近螺钉，可使缝隙归一化等效导纳，且

7、同相激励，最大辐射方向与宽壁垂直。以上介绍的波导缝隙阵的方向图可由方向图乘积定理得到，阵元方向图为半波对称阵子的方向图，阵因子取决于相邻缝隙的间距和激励的相位差。§6.2微带天线微带天线是敷于介质基片上的导体贴片和接地板构成。如下图所示。微带天线的优缺点：²体积小、成本低、重量轻、低剖面，易于与载体共形；²散射截面小、波瓣宽；²易于和微带电路集成；²易于实现线极化、圆极化、双极化和双频段工作；²带宽窄、增益低、功率容量低（<100W）。贴片的形状：微带天线的分析方法：²数值方法如全波分析方法，包括频域混合势积分方程法（MPIE

8、）和时域有限差分法（FDTD）等。算法精度高、编程复杂。²近似方法如腔模理论和传输线法等，算法相对简单。6.2.1矩形微带天线导体贴片为矩形的微带天线，由传输线或同轴探针馈电，在贴片与接地板之间激起高频电磁场，并通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射。矩形微带贴片可看作宽为W