缝隙天线

•式中Em为缝隙中波腹处的场强值。 式中 为缝隙中波腹处的场强值。
一般：缝隙的宽度 远小于波长 而其长度2l为 。 远小于波长， 一般：缝隙的宽度w远小于波长，而其长度 为λ/2。
不论激励（实际缝隙是由外加电压或电场激励的）方式如何 不论激励（实际缝隙是由外加电压或电场激励的）方式如何, 缝隙中的场总垂直于缝的长边, 如图（ ）所示。 缝隙中的场总垂直于缝的长边 如图（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隙， 因此理想缝隙天线可等效为由磁流源激励的对称缝隙，如图 （b）所示。 ）所示。 与之相对偶的是尺寸相同的板状对称振子，如图（ ）所示。 与之相对偶的是尺寸相同的板状对称振子，如图（c）所示。
–对于远场，可以将缝隙视为线状磁对称振子，根据与全电 对于远场，可以将缝隙视为线状磁对称振子， 流定律对偶的全磁流定律，即磁流回路定理： 流定律对偶的全磁流定律，即磁流回路定理：
半空间， 轴上的等效磁流强度为 轴上的等效磁流强度为： –可得在x>0半空间，z轴上的等效磁流强度为： 可得在 半空间
–由电磁场的对偶原理，磁对称振子的辐射场可由电对称振 由电磁场的对偶原理， 子的辐射场直接写出： 子的辐射场直接写出：
–由电对称振子辐射功率与辐射电阻的关系： 由电对称振子辐射功率与辐射电阻的关系：
–使两辐射功率相等，可得两互补天线的辐射电阻有如下关 使两辐射功率相等， 系：
–因此，理想半波缝隙天线的辐射电阻为： 因此，理想半波缝隙天线的辐射电阻为：
–与之对应的辐射电导： 与之对应的辐射电导：
•辐射阻抗和输入阻抗： 辐射阻抗和输入阻抗： 阻抗和输入阻抗 –可由上两互补天线的辐射电阻公式，直接推广到辐射阻抗 可由上两互补天线的辐射电阻公式， 电阻公式 和输入阻抗（不是纯电阻） 和输入阻抗（不是纯电阻）。
•波导缝隙辐射功率与辐射电阻 波导缝隙的辐射空间只是理想缝隙的半空间， –波导缝隙的辐射空间只是理想缝隙的半空间，故波导缝隙 的辐射功率相当于理想缝隙的一半， 的辐射功率相当于理想缝隙的一半，故波导缝隙的辐射电 导也就为理想缝隙的一半（辐射电阻为两倍）。 导也就为理想缝隙的一半（辐射电阻为两倍）。 –对于半波谐振波导缝隙，其辐射电导为Gr,m≈0.001S。 对于半波谐振波导缝隙，其辐射电导为 。 •辐射缝隙对波导传输特性的影响 不仅将传输能量辐射出去，还引起波导内等效负载的变化。 –不仅将传输能量辐射出去，还引起波导内等效负载的变化。 从而改变波导的原来传输特性，如功率容限、阻抗匹配等。 从而改变波导的原来传输特性，如功率容限、阻抗匹配等。
–任意长度的理想缝隙天线的输入阻抗、辐射阻抗均可由与 任意长度的理想缝隙天线的输入阻抗、 其互补的电对称振子的相应值求得。 其互补的电对称振子的相应值求得。 –由于谐振电对称振子的输入阻抗为纯电阻，因此谐振缝隙 由于谐振电对称振子的输入阻抗为纯电阻， 的输入阻抗也为纯电阻。 的输入阻抗也为纯电阻。 –和半波振子类似，输入电阻近似等于辐射电阻。理想半波 和半波振子类似，输入电阻近似等于辐射电阻。 缝隙天线的输入电阻也为500 ，该值很大，所以在用同轴 该值很大， 缝隙天线的输入电阻也为 线给缝隙馈电时存在困难，必须采用相应的匹配措施。 线给缝隙馈电时存在困难，必须采用相应的匹配措施。
•波导（宽边）缝隙方向图 波导（宽边） 波导缝隙是开在有限的金属面上， 波导缝隙是开在有限的金属面上， 与理想缝隙的边界条件不同。 与理想缝隙的边界条件不同。 实验和计算表明: 实验和计算表明 垂直于缝隙轴向和波导壁面的平面)方向图与理想缝隙 –E面(垂直于缝隙轴向和波导壁面的平面 方向图与理想缝隙 面 垂直于缝隙轴向和波导壁面的平面 相比有畸变： 相比有畸变： •对于宽边的纵缝，由于沿E面的电尺寸对标准波导来说 对于宽边的纵缝，由于沿 面的电尺寸对标准波导来说 只有0.72λ（TE10而言），故E面方向图相差较大。 而言）， ），故 面方向图相差较大 面方向图相差较大。 只有 （ •对于宽边的横缝，随波导纵向尺寸变长，其E面方向图 对于宽边的横缝，随波导纵向尺寸变长， 面方向图 逐渐趋向于理想的半圆形。 逐渐趋向于理想的半圆形。 –H面（通过缝隙轴向并垂直波导壁的平面）沿金属面方向的 面 通过缝隙轴向并垂直波导壁的平面） 辐射为零，故波导有限尺寸带来的影响较小， 辐射为零，故波导有限尺寸带来的影响较小，其方向图与 理想缝隙差别不大。 理想缝隙差别不大。
•辐射缝隙与非辐射缝隙 辐射缝隙：如果波导壁上所开的缝隙能切割电流线， –辐射缝隙：如果波导壁上所开的缝隙能切割电流线，则中 断的电流线将以位移电流的形式延续，缝隙得到激励， 断的电流线将以位移电流的形式延续，缝隙得到激励，波 导内传输功率通过缝隙向外辐射。 导内传输功率通过缝隙向外辐射。 –非辐射缝隙：当缝隙与电流线平行时，不能在缝隙区内建 非辐射缝隙：当缝隙与电流线平行时， 立激励电场，不能产生激励而得到辐射。 立激励电场，不能产生激励而得到辐射。 •部分激励辐射 如图，缝隙g与纵向电流平行 与纵向电流平行， –如图，缝隙 与纵向电流平行，
上述等效过程是基于对偶性原理： 上述等效过程是基于对偶性原理：
的半空间内， •可见，如果引入等效的磁流源，在x>0的半空间内，缝隙相当于 可见，如果引入等效的磁流源， 的半空间内 一个等效磁流源。 一个等效磁流源。 轴放置的、 –缝隙磁流源：一个片状的、沿z轴放置的、与缝隙等长的 缝隙磁流源：一个片状的、 轴放置的 磁对称振子。 磁对称振子。 •其等效磁流密度为： 其等效磁流密度为：
•辐射电阻：---利用互补的电对称振子进行求解 辐射电阻： 利用互补的电对称振子进行求解 电阻 为计算辐射电阻的参考电压， –以缝隙波腹处电压值Um=Emw为计算辐射电阻的参考电压， 以缝隙波腹处电压值 为计算辐射电阻的参考电压 则缝隙辐射功率与辐射电阻关系为： 则缝隙辐射功率与辐射电阻关系为：
–如要使理想缝隙天线与其互补的电对称振子的辐射功率相 由两者的电场表达式可知， 等，由两者的电场表达式可知，Um和电对称振子的波腹电 流应满足： 流应满足：
半空间， –在x<0半空间，等效磁流方向与上刚相反，因此其辐射场只 半空间 等效磁流方向与上刚相反， 是上两式的取负号。 是上两式的取负号。
•可得缝隙天线的方向函数为： 可得缝隙天线的方向函数为：
•缝隙天线的方向图为： 缝隙天线的方向图为：
•互补天线—极化分析 互补天线— –通常称理想缝隙与和它对偶的电对称振子为互补天线。如 通常称理想缝隙与和它对偶的电对称振子为互补天线。 果把两者放一块，得到一无重叠或孔隙的单一导体屏。 果把两者放一块，得到一无重叠或孔隙的单一导体屏。 –由第一章就已说明：两互补天线的主要区别在于极化不同： 由第一章就已说明：两互补天线的主要区别在于极化不同： H面与 面互换。而具有相同的方向性。 面与E面互换 面与 面互换。而具有相同的方向性。 –缝隙辐射场的极化为： 缝隙辐射场的极化为： H面：通过缝隙轴向并且垂直于金属板的平面。 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。 面 垂直于缝隙轴向和金属板的平面。
二.实际缝隙天线 （有限尺寸金属平面缝隙辐射）
•最基本的缝隙天线：开在矩形波导壁上的半波谐振缝隙。 最基本的缝隙天线：开在矩形波导壁上的半波谐振缝隙。 •TE01波内壁电流 –在矩形波导宽壁上：有纵向 在矩形波导宽壁上： 和横向两个电流分量。 和横向两个电流分量。 •横向分量的大小沿宽边呈余 弦分布，中心处为零； 弦分布，中心处为零； •纵向分量沿宽边呈正弦分布， 纵向分量沿宽边呈正弦分布， 中心处最大。 中心处最大。 –波导窄边上只有横向电流， 波导窄边上只有横向电流， 且沿窄边均匀分布。 且沿窄边均匀分布。
5.1.缝隙天线一、理想缝源自天线_半波长缝隙•理想缝隙天线，是实际缝隙天线的分析基础。 理想缝隙天线， 实际缝隙天线的分析基础。 •理想缝隙天线：开在无限大、无限薄的理想导体平面(yoz)上 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。 的直线缝隙。 •它可以由同轴传输线激励。 它可以由同轴传输线激励。 •无论缝隙被何种方式激励，缝隙中只存在切向的电场强度， 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， 电场强度一定垂直于缝隙的长边，并对缝隙的中点呈上下对 称的驻波分布， 称的驻波分布，即：
第五章 缝隙天线与微带天线
•缝隙天线：在波导或空腔谐振器上开出一个或数个缝隙以辐 缝隙天线： 射或接收电磁波的天线。是无突出部的平面天线 平面天线。 射或接收电磁波的天线。是无突出部的平面天线。 •微带天线：由微带传输线发展起来，其分析类似于缝隙天线。 微带天线：由微带传输线发展起来，其分析类似于缝隙天线。 是低剖面的平面天线 平面天线。 是低剖面的平面天线。 •特点：由横向分布电场激励；结构牢固；馈电方便。 特点：由横向分布电场激励；结构牢固；馈电方便。 •缺点：频带较窄。 缺点：频带较窄。
本不会产生辐射。 本不会产生辐射。 如在其旁边置一电抗振子（ –如在其旁边置一电抗振子（如插 入波导内部的螺钉），它平行于 入波导内部的螺钉），它平行于 ）， 波导内部电场， 波导内部电场，被感应出的传导 电流流向螺钉底部的波导内壁而 形成径电流，这时缝隙g要切割 形成径电流，这时缝隙 要切割 其中部分，得到激励。 其中部分，得到激励。