第5章缝隙天线与微带天线2010.pptVIP

第5章 缝隙天线与微带天线 5.1 缝隙天线 5.2 微带天线 5.1 缝隙天线 参见图5―1―2，但是两者具有相同的方向性，其方向函数为 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 （5―1―11）式可以推广到辐射阻抗，即 Zr,mZr,e=(60π)2 （5―1―12） 还可以推广到输入阻抗，即 Zin,mZin,e=(60π)2 （5―1―13） 受激励的波导缝隙形成了开在有限金属面上的窄缝。当金属面的尺寸有限时，缝隙天线的边界条件发生了变化，对偶原理不能应用，有限尺寸导电面引起的电波绕射会使得天线的辐射特性发生改变。严格的求解缝隙的辐射场需要几何绕射理论或数值求解方法。 矩形波导缝隙天线的H面（通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，所以波导的有限尺寸带来的影响相对较小，因此其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并联或串联的等效阻抗。如图5―1―5所示，由于宽壁横缝截断了纵向电流，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。而如图5―1―6所示的波导宽壁纵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。若某种缝隙同时引起纵向电流和电场的突变，则可以把它等效成一个四端网络。图5―1―7给出了矩形波导壁上典型缝隙的等效电路。 式中,a、b分别为波导宽边、窄边的口径尺寸；λg、λ分别为波导波长、自由空间波长；x1为缝隙中心到波导对称轴的垂直距离（下同）。 图5―1―8(b)是宽边横向半波谐振缝隙，其归一化电阻为 图5―1―8(c)是窄边斜半波谐振缝隙，其归一化电导为 3. 匹配偏斜缝隙阵 如果谐振式缝隙天线阵中的缝隙都是匹配缝隙，即不在波导中产生反射，波导终端接匹配负载，就构成了匹配偏斜缝隙天线阵。如图5―1―10显示的波导宽壁上的匹配偏斜缝隙天线阵，适当地调整缝隙对中线的偏移x1和斜角δ，可使得缝隙所等效的归一化输入电导为1，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，最大辐射方向与宽壁垂直。 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配，带宽主要受增益改变的限制，通常是5%~10%。它的缺点是调配元件使波导功率容量降低。 矩形波导缝隙天线阵的方向图也可用方向图乘积定理求出，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，阵因子决定于缝隙的间距以及各缝隙的相对激励强度和相位差。 工程上波导缝隙天线阵的方向系数可用下式估算： 5.2 微带天线 5.2.1 矩形微带天线 式中已经计入了接地板引起的Jms正镜像效应。积分得 现在再计入y=L处辐射边的远场，考虑到间隔距离为λg/2的等幅同相二元阵的阵因子为 微带天线(Microstrip Antennas)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。微带辐射器的概念首先由Deschamps于1953年提出来。但是，过了20年，到了20世纪70年代初， 和常用的微波天线相比，它有如下一些优点：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，容易实现双频段、双极化等多功能工作。 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，此后这种新型的天线得到长足的发展。 微带天线已得到愈来愈广泛的重视，已用于大约100MHz~100GHz的宽广频域上，包括卫星通信、雷达、遥感、制导武器以及便携式无线电设备上。相同结构的微带天线组成微带天线阵可以获得更高的增益和更大的带宽。 微带天线的基本工作原理可以通过考察矩形微带贴片来理解。对微带天线的分析可以用数值方法求解，精确度高，但编程计算复杂，适合异形贴片的微带天线；还可以利用空腔模型法或传输线法近似求出其内场分布，然后用等效场源分布求出辐