5.1、缝隙天线

5.1、缝隙天线

**缝隙天线：**在波导或者空腔谐振器上开出一个或者数个缝隙以辐射或接收电磁波的天线称为缝隙天线。缝隙天线是无突出部的平面天线 **微带天线：**微带天线是由微带传输线发展起来的一种天线，是低剖面的平面型天线，他们都都适合高速飞行体，也比较容易租成阵列天线

**理想缝隙天线：**虽然实际中的缝隙天线都是在多个有限平面导体板上的激励缝隙而组成的阵列天线，但是他们的分析基础都是理想缝隙天线，理想缝隙天线是开在无限大，无限薄的理想导体平面上的智先锋系，他可以由同轴线传输激励，缝隙宽度W远小于波长，而其长度2l通常为1/2波长

由于缝隙的尺寸小于波长，且开有缝隙的金属壳面的电流将影响其辐射，因此对缝隙天线的分析一般采用对偶原理

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，并对缝隙的中点成上下对称的驻波分布

理想缝隙天线可以等效为由磁流源激励的对称缝隙，如图5-1-1（b）所示，与之相对偶的是尺寸相同的板状对称阵子如图5-1-1c（）所示。根据电磁场的对偶原理，磁对称阵子的辐射场可以直接由电对称阵子的辐射场对偶得出为

理想缝隙与和他对偶的电对称阵子为互补天线，因为他们相结合时形成单一的导体平面没有重叠或空隙，他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基金属半平面XOZ面）E面（通过缝隙轴向并且垂直于基金属半平面XOY面）

理想半波缝隙2l=1/2波长的H面方向图如图（b）而1其E面无方向性

理想缝隙天线同样可以计算其辐射电阻，如果以缝隙的波幅处电压值Um=EmW为计算辐射电阻的参考电压，缝隙的辐射功率Pr,m与辐射电阻Rt,m之间的关系为

将电对称振子的场强表达式1-4-4与缝隙的场强表达式对比可知，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Um和对称阵子的波腹处电流值Pm应满足下面的等式

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

由式 （5-1-8）、（5-1-9）、（5-1-10）可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的关系式

因此，理想半波缝隙天线的辐射电阻为

式中（5-1-12）和式（5-1-13）表明，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振子的相应值求得。由于谐振点对称振子的输入阻抗为春族，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1/2波长，且缝隙越宽，缩短程度越大缝隙天线实际应用

单根波导天线

地面雷达的平板缝隙天线

机载雷达平板缝隙天线

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。由于电磁场理论，对**TE波而言横向分量大小沿宽边呈余弦分布，中心处处为0，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。

对于开在矩形波导上的缝隙，E面方向图与理想缝隙天线相比有一定的畸变，对于宽边上的纵缝，由于沿E面的电尺寸对标准波导来说只有0.72个波长，所以其E面方向图的差别较大，而开在宽边上的横缝，随着波导的纵向尺寸变长，其E面的方向图逐渐趋向于理想的半圆面，矩形波导缝隙天线的H面沿金属面的方向的辐射为0，所以波导的有限尺寸带来的影响较小，因此H面方向图与理想缝隙天线差别不大。

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的并联或者串联等效阻抗

如果波导缝隙采用了谐振长度，他们的输入电抗或者输入电纳为零

在已获得匹配的波导上开出辐射缝隙，将会破坏波导的匹配情况，为了使带有缝隙的波导匹配，可以在波导的末端短路，利用短路传输线的反射消去泄恨缝隙带来的反射，使得缝隙波导得到匹配缝隙天线阵

为了加强缝隙天线的方向性，可以在波导上按照一定的规律开出一系列尺寸相同的缝隙，构成的波导缝隙阵，由于波导场分布特点，缝隙天线的组阵形式更加灵活和方便，主要有以下两种组阵形式

1、谐振式缝隙阵

波导上所有缝隙得到相同的激励，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

2、非谐振式缝隙阵 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1/2波长，就可以构成非谐振式缝隙阵，显然，非谐振缝隙天线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a与频率有关，波束指向

可以随之变化，非谐振式天线的优点是频带宽，缺点是效率较低

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