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《第六章縫隙天線與微帶天線講解學(xué)習(xí).ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、天線理論與技術(shù)第六講縫隙天線與微帶天線5.1縫隙天線理想縫隙天線是開在無限大、無限薄的理想導(dǎo)體平面上(yOz)的直線縫隙，可以由同軸傳輸線激勵?？p隙的寬度w遠小于波長，而其長度2l通常為λ/2。5.1.1理想縫隙天線坐標(biāo)圖縫隙最終可以被等效成一個片狀的、沿z軸放置的、與縫隙等長的磁對稱振子。對于x>0的半空間內(nèi)，其等效磁流強度為討論遠區(qū)的輻射問題時，可將縫隙視為線狀磁對稱振子，根據(jù)與全電流定律對偶的全磁流定律根據(jù)電磁場的對偶原理，磁對稱振子的輻射場可以直接由電對稱振子的輻射場對偶得出為在x<0的半空間內(nèi)
2、，由于等效磁流的方向相反，因此電場和磁場表達式分別為上兩式的負(fù)值。通常稱理想縫隙與和它對偶的電對稱振子為互補天線，因為它們相結(jié)合時形成單一的導(dǎo)體屏而沒有重疊或孔隙。它們的區(qū)別在于場的極化不同：H面（通過縫隙軸向并且垂直于金屬板的平面）、E面（垂直于縫隙軸向和金屬板的平面）互換。理想縫隙與和它對偶的電對稱振子具有相同的方向性，其方向函數(shù)為方向性理想半波縫隙天線(2l=λ/2)，H面方向圖如右圖所示，而其E面無方向性。縫隙的場矢量線分布圖(a)電力線；(b)磁力線半波縫隙天線的H面方向圖例以縫隙波腹處電壓值
3、Um=Emw為計算輻射電阻的參考電壓，則理想縫隙天線輻射電阻若理想縫隙天線與其互補的電對稱振子的輻射功率相等，則縫隙的輻射功率縫隙輻射電阻縫隙波腹處電流值因為電對稱振子的輻射功率Pr,e與其輻射電阻Rr,e的關(guān)系為推導(dǎo)出理想縫隙天線的輻射電阻與其互補的電對稱振子的輻射電阻之間關(guān)系式：因此，理想半波縫隙天線的輻射電阻為理想半波縫隙天線的輻射電導(dǎo)Gr,m≈0.002S和半波振子類似，理想半波縫隙天線的輸入電阻也為500Ω，該值很大，所以在用同軸線給縫隙饋電時存在困難，必須采用相應(yīng)的匹配措施。理想縫隙天線輸入
4、電阻為了加強縫隙天線的方向性，可以在波導(dǎo)上按一定的規(guī)律開出一系列尺寸相同的縫隙，構(gòu)成波導(dǎo)縫隙陣（SlotArrays）。由于波導(dǎo)場分布的特點，縫隙天線陣的組陣形式更加靈活和方便，但主要有以下兩類組陣形式。6.2波導(dǎo)縫隙天線陣波導(dǎo)上所有縫隙都得到同相激勵。最大輻射方向與天線軸垂直，為邊射陣。波導(dǎo)終端通常采用短路活塞。諧振式縫隙陣（ResonantSlotArrays）下面介紹常見的諧振式縫隙陣為保證各縫隙同相，相鄰縫隙的間距應(yīng)取為λg。由于波導(dǎo)波長λg大于自由空間波長，這種縫隙陣會出現(xiàn)柵瓣，同時在有限長度
5、的波導(dǎo)壁上開出的縫隙數(shù)目受到限制，增益較低，因此實際中較少采用。開在寬壁上的橫向諧振縫隙陣圖中對應(yīng)的螺釘需要交替地分布在中心線兩側(cè)?？v向諧振縫隙陣二縱向諧振縫隙陣三對于開在窄壁上的斜縫，相鄰斜縫之間的距離為λg/2，斜縫通過切入寬壁的深度來增加縫隙的總長度，并且依靠傾斜角的正負(fù)來獲得附加的π相差，以補償橫向電流λg/2所對應(yīng)的π相差而得到各縫隙的同相激勵。在諧振式縫隙陣的結(jié)構(gòu)中，如果將波導(dǎo)末端改為吸收負(fù)載，讓波導(dǎo)載行波，并且間距不等于λg/2，就可以構(gòu)成非諧振式縫隙陣。顯然，非諧振縫隙天線各單元不再同相
6、。非諧振式縫隙陣（NonresonantSlotArrays）根據(jù)均勻直線陣的分析，非諧振縫隙天線陣的最大輻射方向偏離陣法線的角度為非諧振縫隙天線適用于頻率掃描天線，因為α與頻率有關(guān)，波束指向θmax可以隨之變化。非諧振式天線的優(yōu)點是頻帶較寬，缺點是效率較低。如果諧振式縫隙天線陣中的縫隙都是匹配縫隙，即不在波導(dǎo)中產(chǎn)生反射，波導(dǎo)終端接匹配負(fù)載，就構(gòu)成了匹配偏斜縫隙天線陣。匹配偏斜縫隙陣圖示的波導(dǎo)寬壁上的匹配偏斜縫隙天線陣，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整縫隙對中線的偏移x1和斜角δ，可使得縫隙所等效的歸一化輸入電導(dǎo)為1，其電納
7、部分由縫隙中心附近的電抗振子補償，各縫隙可以得到同相，最大輻射方向與寬壁垂直。匹配偏斜縫隙天線陣能在較寬的頻帶內(nèi)與波導(dǎo)有較好的匹配，帶寬主要受增益改變的限制，通常是5%~10%。其缺點是調(diào)配元件使波導(dǎo)功率容量降低。矩形波導(dǎo)縫隙天線陣的方向圖可用方向圖乘積定理求出，單元天線的方向圖即為與半波縫隙互補的半波對稱振子的方向圖，陣因子決定于縫隙的間距以及各縫隙的相對激勵強度和相位差。帶寬方向圖式中N為陣元縫隙個數(shù)。工程上波導(dǎo)縫隙天線陣的方向系數(shù)可用下式估算：方向系數(shù)波導(dǎo)縫隙陣列由于其低損耗、高輻射效率和性能穩(wěn)定
8、等一系列突出優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用?？p隙天線不僅僅是指矩形波導(dǎo)縫隙天線，而且還有異形波導(dǎo)面上的縫隙天線，例如為了保證與承載表面共形，波導(dǎo)的一個表面或兩個表面常常是曲面形狀。波導(dǎo)縫隙陣列應(yīng)用(a)圓突—矩形波導(dǎo)縫隙天線；(b)扇面波導(dǎo)縫隙天線其主要的研究熱點為精確地計算相應(yīng)縫隙的等效阻抗。5.2微帶天線(MicrostripAntennas)微帶天線是由導(dǎo)體薄片粘貼在背面有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上形成的天線。結(jié)構(gòu)微帶輻射器的概念首先由Descham
