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1、天线与电波传播第六章天线与电波传播第六章第1页，共43页，编辑于2022年，星期五6.1 引言引言常用于舰船导航、各种雷达设备。特点：天线口面的场分布容易控制、天线口径效率高、结构紧凑、强度高、可实现窄波束、低副瓣或者超低副瓣阵列天线。缺点：重量重、加工精度要求高、天线成本比较高。第2页，共43页，编辑于2022年，星期五6.2 巴卑涅原理巴卑涅原理结论结论结论结论是（是（是（是（b b）情况下在）情况下在）情况下在）情况下在Z0Z0区域产生的场区域产生的场区域产生的场区域产生的场是（是（是（是（c c）情况下在）情况下在）情况下在）情况下在Z0Z0区域产生的场区域产生的场区域产生的场区域产生
2、的场巴卑涅原理巴卑涅原理结论结论结论结论是（是（a）情况下在）情况下在Z0区域产生的场区域产生的场（1 1）第3页，共43页，编辑于2022年，星期五6.2 巴卑涅原理巴卑涅原理巴卑涅原理巴卑涅原理证明证明证明证明 在（在（在（在（b b）和（）和（）和（）和（c c）情况下，）情况下，）情况下，）情况下，y0y0半空间的电磁场可表示为半空间的电磁场可表示为半空间的电磁场可表示为半空间的电磁场可表示为总场入射场散射场总场入射场散射场 因此在（因此在（因此在（因此在（b b）和（）和（）和（）和（c c）情况下有）情况下有）情况下有）情况下有 在（在（在（在（b b）情况下，电屏上）情况下，电屏
3、上）情况下，电屏上）情况下，电屏上感应电流感应电流 在在S面（即除去面（即除去电屏电屏A的的y0平面）上的切向磁场平面）上的切向磁场 。原原原原因因因因和和均为均为均为均为S S面上的矢量面上的矢量面上的矢量面上的矢量（2 2）第4页，共43页，编辑于2022年，星期五6.2 巴卑涅原理巴卑涅原理 于是在（于是在（于是在（于是在（b b）情况下，可得）情况下，可得）情况下，可得）情况下，可得 于是在（于是在（c）情况下，同理）情况下，同理 若把若把 称为混合场，则由上述四式可得称为混合场，则由上述四式可得 这说明在这说明在这说明在这说明在y y0 0平面的平面的平面的平面的A A面和面和面和面
4、和S S面上入射场与混合场有相同面上入射场与混合场有相同面上入射场与混合场有相同面上入射场与混合场有相同的边界条件，故在的边界条件，故在的边界条件，故在的边界条件，故在y0y0半空间（半空间（半空间（半空间（1 1）式成立。）式成立。）式成立。）式成立。第5页，共43页，编辑于2022年，星期五6.2 巴卑涅原理巴卑涅原理巴卑涅原理巴卑涅原理结论结论证明结束证明结束把（把（2）式代入（）式代入（1）式，可得）式，可得 说明通过磁（电）屏的场等于互补电（磁）屏上说明通过磁（电）屏的场等于互补电（磁）屏上感应电（磁）流散射场的负值。感应电（磁）流散射场的负值。更有实际意义的是电屏与互补电屏之间的电
5、磁场更有实际意义的是电屏与互补电屏之间的电磁场关系。这可以利用巴卑涅原理和对偶原理得出。关系。这可以利用巴卑涅原理和对偶原理得出。对偶关系对偶关系对偶关系对偶关系（3 3）（2）第6页，共43页，编辑于2022年，星期五6.2 巴卑涅原理巴卑涅原理 比较图中（比较图中（比较图中（比较图中（c c）和（）和（）和（）和（d d），可看出两者的源和屏完全对偶，因此他），可看出两者的源和屏完全对偶，因此他），可看出两者的源和屏完全对偶，因此他），可看出两者的源和屏完全对偶，因此他们在们在们在们在y0y0半空间的场对偶。半空间的场对偶。半空间的场对偶。半空间的场对偶。将上式代入式（将上式代入式（将上式
6、代入式（将上式代入式（1 1）和式（）和式（）和式（）和式（3 3），得到具有对偶的互补电屏（图中），得到具有对偶的互补电屏（图中），得到具有对偶的互补电屏（图中），得到具有对偶的互补电屏（图中（b b）和（）和（）和（）和（d d）间的电磁场关系）间的电磁场关系）间的电磁场关系）间的电磁场关系（1 1）（3 3）理想缝隙天线理想缝隙天线对称振子对称振子？第7页，共43页，编辑于2022年，星期五6.3 理想缝隙天线理想缝隙天线【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。理想
7、缝隙天线的电特性可借助与理想缝隙天线互补结构的对称振子的电特性计算。如何建立关系？第8页，共43页，编辑于2022年，星期五6.3 理想缝隙天线理想缝隙天线n n如果如果A A面形状为窄长矩形结构，则图中（面形状为窄长矩形结构，则图中（b b）和（）和（d d）分别为板状振子和理）分别为板状振子和理想缝隙。想缝隙。n n当电、磁流源的形状与当电、磁流源的形状与A A面相同，并紧贴面相同，并紧贴A A面时，由磁流源激励的理想缝面时，由磁流源激励的理想缝隙天线的电磁场可由与之互补的板状振子上的感应电流的散射场计算。隙天线的电磁场可由与之互补的板状振子上的感应电流的散射场计算。n n板状振子上的感应
8、电流与电流源的电流等值反向。它的散射场与板状振子上的感应电流与电流源的电流等值反向。它的散射场与 电流源电流源直接激励时的场反相，即差一个负号。直接激励时的场反相，即差一个负号。巴卑涅原理巴卑涅原理巴卑涅原理巴卑涅原理第9页，共43页，编辑于2022年，星期五6.3 理想缝隙天线理想缝隙天线缝隙被激励后，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：缝缝缝缝隙中隙中隙中隙中间间间间波腹波腹波腹波腹处场处场处场处场强强强强值值值值电流源直接激励时的场为电流源直接激励时的场为 ，可得，可得实际上理想缝隙天线时由外加电压或者场激励的。不论激励方式如何，实际上理想缝隙天线时由外
9、加电压或者场激励的。不论激励方式如何，缝隙中的电场垂直于缝隙的长边，并关于缝隙的中点上下对称分布，缝隙中的电场垂直于缝隙的长边，并关于缝隙的中点上下对称分布，下图（下图（a a）所示。因此理想缝隙天线可等效为由磁流源激励的对称缝）所示。因此理想缝隙天线可等效为由磁流源激励的对称缝隙，下图（隙，下图（b b）所示。与之互补的是尺寸相同的板状对称振子，下图）所示。与之互补的是尺寸相同的板状对称振子，下图（c c）所示）所示 。因此理想缝隙天线与板状对称振子的场满足（。因此理想缝隙天线与板状对称振子的场满足（4 4）式。）式。（4 4）第10页，共43页，编辑于2022年，星期五6.3 理想缝隙天线
10、理想缝隙天线【等效】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。第11页，共43页，编辑于2022年，星期五6.3 理想缝隙天线理想缝隙天线根据对偶原理，磁对称阵子的辐射场可由电对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：第12页，共43页，编辑于2022年，星期五6.3 理想缝隙天线理想缝隙天线理想缝隙与电对称阵子比较（电特性）理想缝隙与电对称阵子比较（电特性）n n理想缝隙与电对称阵子为互补天线；理想缝隙与电对称阵子为互补天线；n n方向
11、性方向性相同，其相同，其方向函数方向函数为：为：n n场场场场的的的的极极极极化化化化不不同同，H面面、E面面互互换换，理理想想缝缝隙隙E面面无无方方向向性性，对对称称阵子阵子H面无方向性；面无方向性；第13页，共43页，编辑于2022年，星期五6.3 理想缝隙天线理想缝隙天线n n 二者辐射阻抗、输入阻抗乘积为常数。二者辐射阻抗、输入阻抗乘积为常数。以缝隙波腹处电压值 为计算辐射电阻的参考电压，则 若理想缝隙天线与其互补的电对称振子的辐辐射射功功率相等率相等，由缝隙的辐射功率缝隙辐射电阻电对称振子电对称振子理想缝隙理想缝隙第14页，共43页，编辑于2022年，星期五6.3 理想缝隙天线理想缝
12、隙天线因因为为电电对对称称振振子子的的辐辐射射功功率率 与与其其辐辐射射电电阻阻 的关系为的关系为 推推推推导导导导出出出出理理理理想想想想缝缝缝缝隙隙隙隙天天天天线线线线的的的的辐辐辐辐射射射射电电电电阻阻阻阻与与与与其其其其互互互互补补补补的的的的电电电电对对对对称称称称振振振振子的子的子的子的辐射电阻辐射电阻之间关系式：之间关系式：之间关系式：之间关系式：辐射电阻辐射电阻辐射阻抗辐射阻抗输入阻抗输入阻抗 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。与其互补的电对称阵子的相应值求得。第15页，共43页，编
13、辑于2022年，星期五6.3 理想缝隙天线理想缝隙天线【辐射电阻】【辐射电阻】半波对称阵子的辐射阻抗为半波对称阵子的辐射阻抗为 ，理想半波，理想半波缝隙天线的辐射电阻？辐射电导？缝隙天线的辐射电阻？辐射电导？n n由于谐振电对称阵子的输入阻抗为纯阻，因此谐振缝由于谐振电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。，且缝隙越宽，缩短程度越大。第16页，共43页，编辑于2022年，星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线 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。波导传输
14、主模TE10波。n n 在波导宽壁上有纵向和横向两个电流分量，横向横向分量分量的大小沿宽边呈余弦分布，中心处为零，纵向纵向电流电流沿宽边呈正弦分布，中心处最大；n n 波导窄壁上只有横向电流，且沿窄边均匀分布。缝隙配置与电流分布缝隙配置与电流分布第17页，共43页，编辑于2022年，星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线n n如如果果波波导导壁壁上上所所开开的的缝缝隙隙能能切切割割电电流流线线，则则中中断断的的电电流流线线将将以以位位移移电电流流的的形形式式延延续续，缝缝隙隙因因此此得得到到激激励励，波波导导内内的的传传输输功功率率通通过过缝缝隙隙向向外外辐辐射射，这这样样的的缝缝隙隙也就被称
15、为也就被称为辐射缝隙辐射缝隙。n n当当缝缝隙隙与与电电流流线线平平行行时时，不不能能在在缝缝隙隙区区内内建建立立激激励励电电场场，这这样样的的缝缝隙隙因因得得不不到到激激励励，不不具具有有辐辐射射能能力力，因而被称为因而被称为非辐射缝隙非辐射缝隙。n n受受激激励励的的波波导导缝缝隙隙形形成成了了开开在在有有限限金金属属面面上上的的窄窄缝缝。当当金金属属面面的的尺尺寸寸有有限限时时，缝缝隙隙天天线线的的边边界界条条件件发发生生了了变变化化，对对偶偶原原理理不不能能应应用用，有有限限尺尺寸寸导导电电面面引引起起的的电电波波绕绕射射会会使使得得天天线线的的辐辐射射特特性性发发生生改改变变。严严格
16、格的的求求解解缝缝隙隙的的辐辐射射场场需需要要几几何何绕绕射射理理论论或或数数值值求求解解方法。方法。第18页，共43页，编辑于2022年，星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线波导壁电流及缝隙缝隙缝隙g：能否辐：能否辐射电磁波射电磁波缝隙缝隙h：能否辐：能否辐射电磁波射电磁波缝隙缝隙a,b,c,I,j：能否辐射：能否辐射电磁波电磁波缝隙缝隙d,e,k：能否辐射电：能否辐射电磁波磁波缝隙缝隙f：能否辐射：能否辐射电磁波电磁波第19页，共43页，编辑于2022年，星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线【缝隙天线的电特性】【缝隙天线的电特性】n n对于开在矩形波导上的缝隙，对于开在矩形波导上的缝隙
17、，对于开在矩形波导上的缝隙，对于开在矩形波导上的缝隙，E E 面面面面（垂直于缝隙轴向和波导壁面的（垂直于缝隙轴向和波导壁面的（垂直于缝隙轴向和波导壁面的（垂直于缝隙轴向和波导壁面的平面）平面）平面）平面）方向图与理想缝隙天线相比有一定的畸变方向图与理想缝隙天线相比有一定的畸变方向图与理想缝隙天线相比有一定的畸变方向图与理想缝隙天线相比有一定的畸变。n n宽边上的纵缝，宽边上的纵缝，宽边上的纵缝，宽边上的纵缝，由于沿由于沿由于沿由于沿E E面，标准波导的电尺寸一般只有面，标准波导的电尺寸一般只有面，标准波导的电尺寸一般只有面，标准波导的电尺寸一般只有0.720.72，所以，所以，所以，所以其其
18、其其E E面方向图的差别较大；面方向图的差别较大；面方向图的差别较大；面方向图的差别较大；n n宽宽宽宽边边边边上上上上的的的的横横横横缝缝缝缝，随随随随着着着着波波波波导导导导的的的的纵纵纵纵向向向向尺尺尺尺寸寸寸寸变变变变长长长长，其其其其E E 面面面面方方方方向向向向图图图图逐逐逐逐渐渐渐渐趋趋趋趋向向向向于理想的半圆形。于理想的半圆形。于理想的半圆形。于理想的半圆形。宽边上纵缝的宽边上纵缝的E E 面方向图面方向图n 矩形波导缝隙天线的矩形波导缝隙天线的H 面面（通（通过缝隙轴向并且垂直于波导壁的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，平面）沿金属面方向的辐射为零，
19、所以波导的有限尺寸带来的影响所以波导的有限尺寸带来的影响相对较小，因此其相对较小，因此其H面方向图与面方向图与理想缝隙天线差别不大。理想缝隙天线差别不大。第20页，共43页，编辑于2022年，星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线n n波导缝隙天线和理想缝隙天线的辐射空间不同，波导波导缝隙天线和理想缝隙天线的辐射空间不同，波导缝隙天线的缝隙天线的辐射功率辐射功率相当于理想缝隙天线的一半相当于理想缝隙天线的一半，因此波导缝隙天线的因此波导缝隙天线的辐射电导辐射电导也就也就为理想缝隙天线为理想缝隙天线的一半。的一半。半波谐振波导缝隙其辐射电导为半波谐振波导缝隙其辐射电导为【等效电路】【等效电路】微
20、波技术知识可知，波导可以等效为双线传输线，所以波波导导上上的的缝缝缝缝隙隙隙隙可可以以等等等等效效效效为为为为和和和和传传输输线线并并联联或或串串联联的的等等效阻抗效阻抗。第21页，共43页，编辑于2022年，星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线宽宽壁壁横横缝缝截断了纵向电流，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的两侧反相，导致缝隙的两侧总电场发生突变，故此种横缝可等效成传输线上的串联阻抗。波导宽壁横缝附近的电场 第22页，共43页，编辑于2022年，星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线波导宽宽壁壁纵纵缝缝却使得横向电流向缝隙两端分流，因而造成此种缝隙两端的总纵向电流发
21、生突变，所以矩形波导宽壁纵缝等效成传输线上的并联阻抗或导纳。波导宽壁纵缝附近的电流其他缝缝隙隙同同时时引引起起纵纵纵纵向向向向电电电电流流流流和和和和电电电电场场场场的的的的突突突突变变变变，则可以把它等效成一个四端网络。第23页，共43页，编辑于2022年，星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线矩形波导壁上各种缝隙的等效电路矩形波导壁上各种缝隙的等效电路【谐振缝隙】【谐振缝隙】如果波导缝隙采用了谐振长度，它们的输输入入电电抗抗或或输输入入电电纳纳为为零零，即即等等效效串串联联阻阻抗抗或或并并联联导导纳纳中中只只含含有有实实部，不含有虚部。部，不含有虚部。第24页，共43页，编辑于2022年，
22、星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线n n宽边纵向半波谐振缝隙，此时归一化电导可表示为宽边纵向半波谐振缝隙，此时归一化电导可表示为n n宽边横向半波谐振缝隙，此时归一化电阻可表示为宽边横向半波谐振缝隙，此时归一化电阻可表示为宽边横向半波谐振缝隙，此时归一化电阻可表示为宽边横向半波谐振缝隙，此时归一化电阻可表示为n n窄边斜半波谐振缝隙，此时归一化电导可表示为窄边斜半波谐振缝隙，此时归一化电导可表示为窄边斜半波谐振缝隙，此时归一化电导可表示为窄边斜半波谐振缝隙，此时归一化电导可表示为第25页，共43页，编辑于2022年，星期五6.4 波导缝隙天线波导缝隙天线n n有了相应的等效电路，波导内的传
23、输特性就可以依赖于微微波波网网络络理理论论来分析，例如反射系数及频率响应曲线，从而更方便地计算矩形波导缝隙天线的电特性，例如传输效率及匹配情况。n n在已获得匹配的波导上开出辐射缝隙，将会破破坏坏波波导导的的匹匹配配情况。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谐振缝隙带来的反射，使得缝隙波导得到匹配。第26页，共43页，编辑于2022年，星期五6.5 波导缝隙阵波导缝隙阵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，构成波波导导缝缝隙阵隙阵（Slot Arrays）。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
24、有以下两类组阵形式。n n谐振式缝隙阵（谐振式缝隙阵（Resonant Slot Arrays）n n非谐振式缝隙阵（非谐振式缝隙阵（Nonresonant Slot Arrays）第27页，共43页，编辑于2022年，星期五6.5 波导缝隙阵波导缝隙阵【谐振式缝隙阵】【谐振式缝隙阵】【谐振式缝隙阵】【谐振式缝隙阵】n n波导上所有缝隙都得到波导上所有缝隙都得到波导上所有缝隙都得到波导上所有缝隙都得到同相激励。同相激励。同相激励。同相激励。n n最大辐射方向与天线轴垂直，为最大辐射方向与天线轴垂直，为最大辐射方向与天线轴垂直，为最大辐射方向与天线轴垂直，为边射阵边射阵边射阵边射阵。n n波导终
25、端通常采用波导终端通常采用波导终端通常采用波导终端通常采用短路活塞短路活塞短路活塞短路活塞。（1 1）开在宽壁上的横向谐振缝隙阵）开在宽壁上的横向谐振缝隙阵）开在宽壁上的横向谐振缝隙阵）开在宽壁上的横向谐振缝隙阵为为保保保保证证证证各各各各缝缝缝缝隙隙隙隙同同同同相相相相，相相邻邻缝缝隙隙的的间间距距应应取取为为 。由由于于波波导导波波长长 大大于于自自由由空空间间波波长长，这这种种缝缝隙隙阵阵会会出出现现栅栅瓣瓣，同同时时在在有有限限长长度度的的波波导导壁壁上上开开出出的的缝缝隙隙数数目目受受到到限限制制，增增益益较较低低，因因此此实实际际中中较较少少采采用用。图图（a a）第28页，共43
26、页，编辑于2022年，星期五6.5 波导缝隙阵波导缝隙阵（2）纵向谐振缝隙阵（一）纵向谐振缝隙阵（一）利用了在宽壁中心线两侧对称位置处横向电流反宽壁中心线两侧对称位置处横向电流反相、沿波导每隔相、沿波导每隔 场强反相场强反相的特点，纵缝每隔 交替地分布在中心线两侧即可得到同相激励。图（b）第29页，共43页，编辑于2022年，星期五6.5 波导缝隙阵波导缝隙阵（3）纵向谐振缝隙阵（二）纵向谐振缝隙阵（二）图中对应的螺钉需要交替地分布在中心线两侧。图（c）第30页，共43页，编辑于2022年，星期五6.5 波导缝隙阵波导缝隙阵（4）纵向谐振缝隙阵（三）纵向谐振缝隙阵（三）对于开在窄壁上的斜缝，相
27、邻斜缝之间的距离为 ，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相差，以补偿横向电流 所对应的相差而得到各缝隙的同相激励。第31页，共43页，编辑于2022年，星期五6.5 波导缝隙阵波导缝隙阵【非谐振式缝隙阵】【非谐振式缝隙阵】在谐振式缝隙阵的结构中，如果将将波波导导末末端端改改为为吸吸收收负负载载，让让波波导导载载行行波波，并并且且间间距距不不等等于于 ，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非谐振缝隙天线各单元不再同相。根据均匀直线阵的分析，非非谐谐振振缝缝隙隙天天线线阵阵的的最最大辐射方向偏离阵法线的角度大辐射方向偏离阵法线的角度为
28、非谐振缝隙天线适适用用于于频频率率扫扫描描天天线线，因为与频率有关，波束指向 可以随之变化。非谐振式天线的优点是频带较宽频带较宽，缺点是效率较低效率较低。第32页，共43页，编辑于2022年，星期五6.5 波导缝隙阵波导缝隙阵【匹配偏斜缝隙阵】【匹配偏斜缝隙阵】【匹配偏斜缝隙阵】【匹配偏斜缝隙阵】如果谐振式缝隙天线阵中的缝隙都是如果谐振式缝隙天线阵中的缝隙都是如果谐振式缝隙天线阵中的缝隙都是如果谐振式缝隙天线阵中的缝隙都是匹配缝隙匹配缝隙匹配缝隙匹配缝隙，即不在波导中产，即不在波导中产，即不在波导中产，即不在波导中产生反射，波导生反射，波导生反射，波导生反射，波导终端接匹配负载终端接匹配负载终
29、端接匹配负载终端接匹配负载，就构成了匹配偏斜缝隙天线阵。，就构成了匹配偏斜缝隙天线阵。，就构成了匹配偏斜缝隙天线阵。，就构成了匹配偏斜缝隙天线阵。图示的波导宽壁上的图示的波导宽壁上的图示的波导宽壁上的图示的波导宽壁上的匹配偏斜缝隙天线阵匹配偏斜缝隙天线阵匹配偏斜缝隙天线阵匹配偏斜缝隙天线阵，适当地调整缝隙对中，适当地调整缝隙对中，适当地调整缝隙对中，适当地调整缝隙对中线的偏移线的偏移线的偏移线的偏移 和斜角和斜角和斜角和斜角 ，可使得缝隙所，可使得缝隙所，可使得缝隙所，可使得缝隙所等效的归一化输入电导等效的归一化输入电导等效的归一化输入电导等效的归一化输入电导为为为为1 1，其电纳部分由缝隙中
30、心附近的电抗振子补偿，其电纳部分由缝隙中心附近的电抗振子补偿，其电纳部分由缝隙中心附近的电抗振子补偿，其电纳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各缝隙可以得到同相各缝隙可以得到同相各缝隙可以得到同相，最大辐射方向与宽边垂直最大辐射方向与宽边垂直最大辐射方向与宽边垂直最大辐射方向与宽边垂直。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，配，配，配，带宽主要受增益改变的限制带宽主要受增益改变的限制带宽主要受增益改变的限制带宽主
31、要受增益改变的限制，通常是，通常是，通常是，通常是5%10%5%10%。其。其。其。其缺点缺点缺点缺点是调配是调配是调配是调配元件使波导功率容量降低。元件使波导功率容量降低。元件使波导功率容量降低。元件使波导功率容量降低。第33页，共43页，编辑于2022年，星期五6.5 波导缝隙阵波导缝隙阵【方向图】【方向图】矩形波导缝隙天线阵的方向图可用矩形波导缝隙天线阵的方向图可用方向图乘积定方向图乘积定理理求出，单元天线的方向图即为与半波缝隙互补的求出，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，半波对称振子的方向图，阵因子阵因子决定于缝隙的间距决定于缝隙的间距以及各缝隙的相对激励强度和
32、相位差。以及各缝隙的相对激励强度和相位差。【方向系数】【方向系数】工程上波导缝隙天线阵的方向系数可用下式估算：工程上波导缝隙天线阵的方向系数可用下式估算：式中式中N为阵元缝隙个数。为阵元缝隙个数。第34页，共43页，编辑于2022年，星期五6.6 微带天线微带天线【结构】【结构】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。的天线。贴片形状：贴片形状：矩形，圆形，三角形，多边形等。矩形，圆形，三角形，多边形等。馈电：馈电：微带传输线，同轴线，耦合馈电等。微带传输线，同轴线，耦合馈电等。第35页，共43页，编辑于202
33、2年，星期五6.6 微带天线微带天线【发展】【发展】微带辐射器的概念首先由微带辐射器的概念首先由DeschampsDeschamps于于19531953年提出来。但是，过了年提出来。但是，过了2020年，到了年，到了2020世纪世纪7070年代初，当较好的理论模型以及对敷铜或敷金的介质年代初，当较好的理论模型以及对敷铜或敷金的介质基片的光刻技术发展之后，实际的微带天线才制造出来，此后这种新型基片的光刻技术发展之后，实际的微带天线才制造出来，此后这种新型的天线得到长足的发展。的天线得到长足的发展。【优点】【优点】体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形；制造成本低，易于批量体积小，重量轻，低剖面，能
34、与载体共形；制造成本低，易于批量生产；天线的散射截面较小；能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方生产；天线的散射截面较小；能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向；易于和微带线路集成；易于实现线极化和圆极化，向在平面的法线方向；易于和微带线路集成；易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。容易实现双频段、双极化等多功能工作。【应用】【应用】已已用用于于大大约约100MHz100GHz100MHz100GHz的的宽宽广广频频域域上上，包包括括卫卫星星通通信信、雷雷达达、遥遥感感、制制导导武武器器以以及及便便携携式式无无线线电电设设备备上上。相相同同结结构构的的微微带
35、带天天线线组成微带天线阵可以获得更高的增益和更大的带宽。组成微带天线阵可以获得更高的增益和更大的带宽。第36页，共43页，编辑于2022年，星期五6.7 矩形微带天线矩形微带天线矩形微带天线矩形微带天线，介质基片的上面的辐射贴片为矩，介质基片的上面的辐射贴片为矩形结构，介质基片的背面为导体接地板的天线。形结构，介质基片的背面为导体接地板的天线。第37页，共43页，编辑于2022年，星期五6.7 矩形微带天线矩形微带天线n n缝隙表面上的等效面磁流均与接地板平行，如图中虚线箭头所示。缝隙表面上的等效面磁流均与接地板平行，如图中虚线箭头所示。n n可以看出，沿两条边可以看出，沿两条边WW的磁流是同
36、向的，故其辐射场在贴片的法的磁流是同向的，故其辐射场在贴片的法线方向同相叠加，呈现最大值。且随偏离此方向的角度的增大线方向同相叠加，呈现最大值。且随偏离此方向的角度的增大而减小。形成边射方向图。而减小。形成边射方向图。n n沿每条沿每条L L边的磁流都由反对称的两部分构成，他们在边的磁流都由反对称的两部分构成，他们在HH面上各处面上各处的辐射互相抵消；而两条边的磁流又彼此呈现反对称分布，因的辐射互相抵消；而两条边的磁流又彼此呈现反对称分布，因而在而在E E面上各处，他们的场也相互抵消，在其他平面上这些磁流面上各处，他们的场也相互抵消，在其他平面上这些磁流的辐射不会完全抵消，但与沿两条的辐射不会
37、完全抵消，但与沿两条WW边的辐射相比，都比较弱，边的辐射相比，都比较弱，称为交叉极化分量。称为交叉极化分量。n n矩形微带天线的辐射主要由沿两条矩形微带天线的辐射主要由沿两条WW缝隙上的等效面磁流产生，缝隙上的等效面磁流产生，该两个边称为辐射边该两个边称为辐射边等效面磁流等效面磁流等效面磁流等效面磁流场分布场分布场分布场分布第38页，共43页，编辑于2022年，星期五6.7 矩形微带天线矩形微带天线【辐射场】矩形微带天线的辐射场由相距L的两条W边缝隙辐射场叠加而成。考虑 的缝隙，表面磁流密度为：对于远区观察点 ，磁矢位为：式中考虑了接地板引入的镜像效应，积分后得第39页，共43页，编辑于2022年，星期五6.7 矩形微带天线矩形微带天线由 可得远区电场矢量为：对于 处面磁流对辐射场的贡献，可考虑间距 的等幅同相二元阵，其阵因子为：矩形微带天线远区辐射场为：第40页，共43页，编辑于2022年，星期五6.7 矩形微带天线矩形微带天线【方向图】【方向图】由于实际微带天线的 ，第一个因子近似等于1，方向函数可表示为：E面（xoy面），方向函数为：第41页，共43页，编辑于2022年，星期五6.7 矩形微带天线矩形微带天线H面（xoz面），方向函数为：第42页，共43页，编辑于2022年，星期五6.8 微带天线应用微带天线应用第43页，共43页，编辑于2022年，星期五