第六章缝隙天线与微带天线讲解学习.ppt

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1、天线理论与技术第六讲缝隙天线与微带天线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缝隙最终可以被等效成一个片状的、沿z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

2、，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

3、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

4、电阻为了加强缝隙天线的方向性，可以在波导上按一定的规律开出一系列尺寸相同的缝隙，构成波导缝隙阵（SlotArrays）。由于波导场分布的特点，缝隙天线阵的组阵形式更加灵活和方便，但主要有以下两类组阵形式。6.2波导缝隙天线阵波导上所有缝隙都得到同相激励。最大辐射方向与天线轴垂直，为边射阵。波导终端通常采用短路活塞。谐振式缝隙阵（ResonantSlotArrays）下面介绍常见的谐振式缝隙阵为保证各缝隙同相，相邻缝隙的间距应取为λg。由于波导波长λg大于自由空间波长，这种缝隙阵会出现栅瓣，同时在有限长度

5、的波导壁上开出的缝隙数目受到限制，增益较低，因此实际中较少采用。开在宽壁上的横向谐振缝隙阵图中对应的螺钉需要交替地分布在中心线两侧。纵向谐振缝隙阵二纵向谐振缝隙阵三对于开在窄壁上的斜缝，相邻斜缝之间的距离为λg/2，斜缝通过切入宽壁的深度来增加缝隙的总长度，并且依靠倾斜角的正负来获得附加的π相差，以补偿横向电流λg/2所对应的π相差而得到各缝隙的同相激励。在谐振式缝隙阵的结构中，如果将波导末端改为吸收负载，让波导载行波，并且间距不等于λg/2，就可以构成非谐振式缝隙阵。显然，非谐振缝隙天线各单元不再同相

6、。非谐振式缝隙阵（NonresonantSlotArrays）根据均匀直线阵的分析，非谐振缝隙天线阵的最大辐射方向偏离阵法线的角度为非谐振缝隙天线适用于频率扫描天线，因为α与频率有关，波束指向θmax可以随之变化。非谐振式天线的优点是频带较宽，缺点是效率较低。如果谐振式缝隙天线阵中的缝隙都是匹配缝隙，即不在波导中产生反射，波导终端接匹配负载，就构成了匹配偏斜缝隙天线阵。匹配偏斜缝隙阵图示的波导宽壁上的匹配偏斜缝隙天线阵，适当地调整缝隙对中线的偏移x1和斜角δ，可使得缝隙所等效的归一化输入电导为1，其电纳

7、部分由缝隙中心附近的电抗振子补偿，各缝隙可以得到同相，最大辐射方向与宽壁垂直。匹配偏斜缝隙天线阵能在较宽的频带内与波导有较好的匹配，带宽主要受增益改变的限制，通常是5%~10%。其缺点是调配元件使波导功率容量降低。矩形波导缝隙天线阵的方向图可用方向图乘积定理求出，单元天线的方向图即为与半波缝隙互补的半波对称振子的方向图，阵因子决定于缝隙的间距以及各缝隙的相对激励强度和相位差。带宽方向图式中N为阵元缝隙个数。工程上波导缝隙天线阵的方向系数可用下式估算：方向系数波导缝隙阵列由于其低损耗、高辐射效率和性能稳定

8、等一系列突出优点而得到广泛应用。缝隙天线不仅仅是指矩形波导缝隙天线，而且还有异形波导面上的缝隙天线，例如为了保证与承载表面共形，波导的一个表面或两个表面常常是曲面形状。波导缝隙阵列应用(a)圆突—矩形波导缝隙天线；(b)扇面波导缝隙天线其主要的研究热点为精确地计算相应缝隙的等效阻抗。5.2微带天线(MicrostripAntennas)微带天线是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上形成的天线。结构微带辐射器的概念首先由Descham