生双向或者单向方向图。在微带天线的设计中,采用贴片和缝隙的组合结构,这就额外增添了一个自由度。沿着微带馈线一边排列的导带和缝隙的组合可产生圆极化辐射场。微带缝隙天线能产生所希望获得的极化,且对制造公差的敏感度比微带贴片天线要低。 3.1 矩形缝隙天线
含有开在地板上并与微带线相垂直的缝。该缝受微带传输线中传输的能量激励。微带线通过介质基片同缝相短接,或是在终端开路。矩形缝隙天线可按缝宽与缝长比分为两类:窄缝天线与宽缝天线。
(a)
(b)
图3.1 中心馈电与偏心馈电微带缝隙天线结构图
窄缝天线的优点是可在中心处激励缝隙(称为中心馈电缝隙,如a),或在偏离中心某一距离处激励缝隙(称为偏心馈电缝隙,如b)。在偏心馈电缝隙的结构中,选择微带馈线的位置,使得天线输入阻抗同微带线的特性阻抗相匹配,这样可省去匹配网络,一般能增大带宽;宽缝辐射器同窄缝辐射器相比,频带较宽(≈10%),对掩模制板的公差要求稍低。其结构示于图3.2中。 3.1.1输入阻抗
窄缝天线的等效串联电路如图3.2所示,输入阻抗由辐射电阻R和电抗X串联组成。当缝隙谐振于设计频率上时,窄缝天线输入阻抗的电抗为零。中心馈电缝隙的谐振长度比偏心馈电的谐振长度要长些,对低介电常数的基片,偏心馈电缝隙的谐振长度在0.40λ到0.50λ之间,它取决于介质材料,缝宽和馈电点位置。在任意馈电点位置下,微带缝隙天线的辐
射电阻的计算公式已有前人给出,但十分复杂。
假定以电流分布是()Ixx≈的终端开路微带线去激励缝隙,则辐射电阻与缝长L,缝中心到微带线中心的距离D等因素有关,且当 D L增大时,辐射电阻减小。当D L ≥0.5时,缝的谐振长度可写为22sLlλ=?+,其中sλ是缝中的波长,2l+是由于 缝端电流不为零而引入的等效缝伸长。
在传输线某处串联阻抗的窄缝天线等效电路,它对宽缝天线是不是用的。当讨论宽缝阻抗沿传输线的分布作用时,必须考虑到缝的宽度为零点几个波长的量级。宽缝天线的等效电路示于图3.4中。电路包含有特性阻抗为sZ和电长度为sβω的传输线段。辐射电阻同用一个同sZ相匹配的衰减器来表示,边缘不连续性用并联电纳B来表示。为了在输入端匹配这个网络,输出端接一纯电纳0B,它可以用一长度为d的开路微带线来实现。谐振时,若sβω<<π,则B0?-2B。
。
3.1.2 方向图 缝隙天线的辐射场能用电矢量位法计算,它要求知道缝隙横向电厂的准确值。当缝宽比自由空间的波长小很多,即ωs《λ0",时,作为一阶近似,缝的横向电场可以认为是常量。若Ex=0且Ey=E0,则远区场分量可写成:
式中,
E面( Φ=π/2 )和H面(Φ=0)方向图可按Eθ和EΦ值并利用:
得到。
微带缝隙天线的方向图是双向的,若要得到单向辐射,可在微带线导带的一边安放一块平行于基片表面的平板反射器。 3.2 环形缝隙天线
环缝天线是在介质基片的地板上开一个圆环缝隙,用微带线馈电(如图所示),由于同心环形缝隙阵能获得定向性,因此环缝天线也有非常广泛的应用。
环缝天线产生的是线极化场,其远场方向图也可用电矢量位法来计算。但精确计算其缝的场分量是困难的,在下列两种情况下,可以给出简化结果:
其方向图可由
得到。
3.3 锥形缝隙天线
锥形缝隙天线适用于相控阵天线单元。线极化缝隙天线的设计是基于这一事实;即当缝做得相当宽时,缝隙就开始辐射。已经证明[7] ,若缝中的导波波长sλ大于自由空间波长0λ的40%,则产生辐射。 图3.4示出一种工作在X波段的锥形缝隙天线。在这种天线上,可以控制从缝线的一部分直到开口端的辐射。控制的办法是使缝隙从馈电端到开口端成锥形,并使开口端的宽度能维持0/0.6sλλ",。锥度部分的缝长度大约是0λ。缝隙天线用微带线馈电。为此,可以用一个50Ω微带线到70Ω缝线的转换器。
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