天线原理与设计—第六章缝隙天线和波导缝隙天线阵培训讲学
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非谐振式波导缝隙天线阵的辐射方向图
6.1 波导缝隙天线阵
波导缝隙天线阵的应用 ➢ 雷达、卫星通信、轨道交通等
六、缝隙天线和波导缝隙天线阵
缝隙天线结构
6.1 缝隙天线
➢ 缝隙天线是在金属板或壁上开缝所形成的天线，系统中的
电磁波通过缝隙向外空间辐射，或外空间的电磁波经缝隙 进入系统。
➢ 缝隙天线结构简单、低轮廓，适合作为共形天线用于飞行
器。
➢ 理想的缝隙天线是在无限大理想导体平面上开的窄缝，缝
长远大于缝宽，缝长约为二分之波长。
6.1 缝隙天线
6.1 缝隙天线
Love场等效原理
令等效问题v1中的场为零场，则S面上的等效面流为
♣情况1：设v1中媒质分布与v2中相同，则等效问题 就是自由空间中源辐射问题。 ♣情况2：设v1中填充理想导体。因为理想导体表面 的面电流不产生电磁场，所以 ，这种情况下S面上起 作用的只有面磁流。 ♣情况3：设v1中填充理想磁体。这时面磁流不产生 场，起作用的只有面电流 。
6.1 波导缝隙天线阵
波导缝隙的辐射导纳 ➢ 可通过理论计算或实验测量得到
6.1 波导缝隙天线阵
谐振式波导缝隙天线阵 ➢ 相邻缝隙间距为二分之波导波长，所有缝隙为同相激励，
阵列具有边射辐射特性
➢ 相邻宽边纵缝位于波导中线两侧，相邻窄边横缝斜向相
反，从而保证同相激励
➢ 工作频率改变时，各缝隙的激励相位不再同相，天线匹
缝隙天线的原理
6.1 缝隙天线
6.1 缝隙天线
缝隙天线
等效磁流
对偶的导体 对称振子
6.1 缝隙天线
无限大导体平面上的半波长缝隙天线与互补的半 波长对称振子的方向图相同，但电场E和磁场H互 换。
6.1 缝隙天线
缝隙天线输入阻抗
根据电磁理论，缝隙天线的阻抗与其互补天线的阻抗之间
有如下关系：
Z
s in
实际缝隙天线的辐射场受到有限大平板边缘的影响与理想 缝隙有所不同，有限大平板边缘对H面（经过缝隙轴的平面） 的影响不大，但对E面（与缝隙垂直的平面）场的影响较大。
➢ 精确求解缝隙天线的辐射 场要用矩量法先求得板上电 流再求远场，或用矩量法配 合几何绕射理论来求解。 当板的边缘距缝隙口面尺寸 大于一个波长时，边缘对输 入阻抗的影响不大。
Zicn
2
4
其中，互补天线（偶极子天线）输入阻抗为73.1Ω，空间波阻
抗为120π，因此
Zisn
60 2
73.1
486
对于处于谐振状态的半波天线的输入阻抗为纯电阻，其互补的 具有相同长度、但宽度约为半波天线直径两倍的缝隙天线的输 入阻抗也为纯电阻。
6.1 缝隙天线
实际（有限大平面上）缝隙天线辐射场
6.1 缝隙天线
缝隙天线是在金属壁上开缝所形成的天线，系统 中的电磁波经缝隙向外空间辐射或外空间的电磁 波经缝隙进入系统。 由于结构的特点，缝隙天线很适合作为共形天线 用于飞行器上。 理想缝隙天线是在无限大的理想导体平面上开的 窄缝，缝的横向尺寸 w<<l,纵向尺寸2l≈λ/2。 为了更好地理解缝隙天线，需要先介绍电磁场的 等效原理。
6.1 波导缝隙天线阵
非谐振式波导缝隙天线阵
➢ 相邻缝隙间距大于二分之波导波长，小于一个波导波长，
所有缝隙间具有线性相差，阵列最大辐射方向偏离法向 方向，且随频率变化
➢ 馈电波导内场近似为行波分布Hale Waihona Puke Baidu可在较宽的频带上保持
良好的匹配
➢ 终端接匹配负载，通常吸收3% - 10%的输入功率
6.1 波导缝隙天线阵
6.1 缝隙天线
缝隙天线馈电（同轴线馈电）
➢ 不同的馈电位置具
有不同的输入阻抗
➢ 中心馈电的缝隙天
线的输入阻抗约为 500Ω
➢ 为实现与50 Ω同轴
线的匹配，可采用 偏馈方法
6.1 缝隙天线
单向辐射的缝隙天线 ➢ 实际应用中，常采用增加背腔的方式实
现具有单向辐射的缝隙天线
➢ 背腔深度约为四分之波长 ➢ 中心馈电的背腔缝隙天线输入阻抗为双
配迅速恶化，因此此类天线的带宽通常较窄（<10%）
6.1 波导缝隙天线阵 谐振式波导缝隙天线阵的辐射方向图
6.1 波导缝隙天线阵
宽边纵向缝隙阵的设计 ➢ 相邻缝隙间距均为二分之波导波长，因此馈电端的输入
电导为N个缝隙电导之和
为保证输入端匹配，gin =1；如不计互耦，则 gi=Kai2 ai为缝隙i的相对激励振幅，K为常数。先求出K，之后确 定gi。利用gi与缝隙偏移量x间关系，确定缝隙位置。
向辐射缝隙天线的两倍，约为1000Ω
波导馈电的缝隙天线
缝隙天线
共形缝隙天线
6.1 缝隙天线
6.1 波导缝隙天线阵
➢ 通常在传输TE10波的矩形波导壁上开缝来构造各种缝隙
天线
➢ 缝隙必须截断波导壁上的表面电流 ➢ 为获得强辐射，缝隙应位于电流密度大的位置
（a）横缝 （b）宽边纵缝 （c）斜缝 （d）窄边纵缝
6.1 波导缝隙天线阵
波导缝隙天线阵的应用 ➢ 雷达、卫星通信、轨道交通等
六、缝隙天线和波导缝隙天线阵
缝隙天线结构
6.1 缝隙天线
➢ 缝隙天线是在金属板或壁上开缝所形成的天线，系统中的
电磁波通过缝隙向外空间辐射，或外空间的电磁波经缝隙 进入系统。
➢ 缝隙天线结构简单、低轮廓，适合作为共形天线用于飞行
器。
➢ 理想的缝隙天线是在无限大理想导体平面上开的窄缝，缝
长远大于缝宽，缝长约为二分之波长。
6.1 缝隙天线
6.1 缝隙天线
Love场等效原理
令等效问题v1中的场为零场，则S面上的等效面流为
♣情况1：设v1中媒质分布与v2中相同，则等效问题 就是自由空间中源辐射问题。 ♣情况2：设v1中填充理想导体。因为理想导体表面 的面电流不产生电磁场，所以 ，这种情况下S面上起 作用的只有面磁流。 ♣情况3：设v1中填充理想磁体。这时面磁流不产生 场，起作用的只有面电流 。
6.1 波导缝隙天线阵
波导缝隙的辐射导纳 ➢ 可通过理论计算或实验测量得到
6.1 波导缝隙天线阵
谐振式波导缝隙天线阵 ➢ 相邻缝隙间距为二分之波导波长，所有缝隙为同相激励，
阵列具有边射辐射特性
➢ 相邻宽边纵缝位于波导中线两侧，相邻窄边横缝斜向相
反，从而保证同相激励
➢ 工作频率改变时，各缝隙的激励相位不再同相，天线匹
缝隙天线的原理
6.1 缝隙天线
6.1 缝隙天线
缝隙天线
等效磁流
对偶的导体 对称振子
6.1 缝隙天线
无限大导体平面上的半波长缝隙天线与互补的半 波长对称振子的方向图相同，但电场E和磁场H互 换。
6.1 缝隙天线
缝隙天线输入阻抗
根据电磁理论，缝隙天线的阻抗与其互补天线的阻抗之间
有如下关系：
Z
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实际缝隙天线的辐射场受到有限大平板边缘的影响与理想 缝隙有所不同，有限大平板边缘对H面（经过缝隙轴的平面） 的影响不大，但对E面（与缝隙垂直的平面）场的影响较大。
➢ 精确求解缝隙天线的辐射 场要用矩量法先求得板上电 流再求远场，或用矩量法配 合几何绕射理论来求解。 当板的边缘距缝隙口面尺寸 大于一个波长时，边缘对输 入阻抗的影响不大。
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其中，互补天线（偶极子天线）输入阻抗为73.1Ω，空间波阻
抗为120π，因此
Zisn
60 2
73.1
486
对于处于谐振状态的半波天线的输入阻抗为纯电阻，其互补的 具有相同长度、但宽度约为半波天线直径两倍的缝隙天线的输 入阻抗也为纯电阻。
6.1 缝隙天线
实际（有限大平面上）缝隙天线辐射场
6.1 缝隙天线
缝隙天线是在金属壁上开缝所形成的天线，系统 中的电磁波经缝隙向外空间辐射或外空间的电磁 波经缝隙进入系统。 由于结构的特点，缝隙天线很适合作为共形天线 用于飞行器上。 理想缝隙天线是在无限大的理想导体平面上开的 窄缝，缝的横向尺寸 w<<l,纵向尺寸2l≈λ/2。 为了更好地理解缝隙天线，需要先介绍电磁场的 等效原理。
6.1 波导缝隙天线阵
非谐振式波导缝隙天线阵
➢ 相邻缝隙间距大于二分之波导波长，小于一个波导波长，
所有缝隙间具有线性相差，阵列最大辐射方向偏离法向 方向，且随频率变化
➢ 馈电波导内场近似为行波分布Hale Waihona Puke Baidu可在较宽的频带上保持
良好的匹配
➢ 终端接匹配负载，通常吸收3% - 10%的输入功率
6.1 波导缝隙天线阵
6.1 缝隙天线
缝隙天线馈电（同轴线馈电）
➢ 不同的馈电位置具
有不同的输入阻抗
➢ 中心馈电的缝隙天
线的输入阻抗约为 500Ω
➢ 为实现与50 Ω同轴
线的匹配，可采用 偏馈方法
6.1 缝隙天线
单向辐射的缝隙天线 ➢ 实际应用中，常采用增加背腔的方式实
现具有单向辐射的缝隙天线
➢ 背腔深度约为四分之波长 ➢ 中心馈电的背腔缝隙天线输入阻抗为双
配迅速恶化，因此此类天线的带宽通常较窄（<10%）
6.1 波导缝隙天线阵 谐振式波导缝隙天线阵的辐射方向图
6.1 波导缝隙天线阵
宽边纵向缝隙阵的设计 ➢ 相邻缝隙间距均为二分之波导波长，因此馈电端的输入
电导为N个缝隙电导之和
为保证输入端匹配，gin =1；如不计互耦，则 gi=Kai2 ai为缝隙i的相对激励振幅，K为常数。先求出K，之后确 定gi。利用gi与缝隙偏移量x间关系，确定缝隙位置。
向辐射缝隙天线的两倍，约为1000Ω
波导馈电的缝隙天线
缝隙天线
共形缝隙天线
6.1 缝隙天线
6.1 波导缝隙天线阵
➢ 通常在传输TE10波的矩形波导壁上开缝来构造各种缝隙
天线
➢ 缝隙必须截断波导壁上的表面电流 ➢ 为获得强辐射，缝隙应位于电流密度大的位置
（a）横缝 （b）宽边纵缝 （c）斜缝 （d）窄边纵缝