1、天線理論與技術(shù)天線理論與技術(shù)第六講第六講縫隙天線與微帶天線縫隙天線與微帶天線5.1 縫隙天線 理想縫隙天線理想縫隙天線是開在無限大、無限薄的理想導(dǎo)體平面上(yOz)的直線縫隙， 可以由同軸傳輸線激勵(lì)。 縫隙的寬度w遠(yuǎn)小于波長， 而其長度2l通常為/2。5.1.1 5.1.1 理想縫隙天線理想縫隙天線坐標(biāo)圖坐標(biāo)圖yz2l 無論縫隙被何種方式激勵(lì)， 縫隙中只存在切向的電場強(qiáng)縫隙中只存在切向的電場強(qiáng)度度， 電場強(qiáng)度一定垂直于縫隙的長邊， 并對(duì)縫隙的中點(diǎn)呈上下對(duì)稱的駐波分布駐波分布， 即( )sin (myE zEk lz e 0sin ()mxmzJnEEk lze yz2l在x0的半空間內(nèi)，縫隙相

2、當(dāng)于一個(gè)等效磁流源等效磁流源，其等效磁流密度為輻射場輻射場u 縫隙最終可以被等效成一個(gè)片狀的、縫隙最終可以被等效成一個(gè)片狀的、沿沿z軸放置的、與縫隙等長的磁對(duì)稱振子軸放置的、與縫隙等長的磁對(duì)稱振子。對(duì)于x0的半空間內(nèi)，其等效磁流強(qiáng)度為2sin ()mmIEk lzmlIEd l llEd討論遠(yuǎn)區(qū)的輻射問題時(shí)，可將縫隙視為線狀磁對(duì)稱振子，根據(jù)與全電流定律對(duì)偶的全磁流定律 根據(jù)電磁場的對(duì)偶原理電磁場的對(duì)偶原理，磁對(duì)稱振子的輻射場可以直接由電對(duì)稱振子的輻射場對(duì)偶得出為cos(cos )cos()sincos(cos )cos()sinmjkrmmjkrmEklklEjeerEklklHjeer 在x

3、1w/h112758. 088. 1ln11165. 0883. 0377hwhwZrrrrrcrrrrchwwhZ1208. 02258. 0113218ln) 1(21202傳輸線模型傳輸線模型施奈德（M.V.Schneider）已得出等效相對(duì)介電常數(shù)的一個(gè)簡單經(jīng)驗(yàn)公式：2/11011121whrre矩形貼片天線的傳輸線模型矩形貼片天線的傳輸線模型縫隙兩端間有一輻射電導(dǎo)Gs，利用級(jí)數(shù)展開式表示，略去高階項(xiàng)后可得近似結(jié)果如下：0202012016011201901aaaGs)2()235. 0()35. 0(0000aaa矩形貼片天線的傳輸線模型矩形貼片天線的傳輸線模型除輻射電導(dǎo)外，開路端縫

4、隙的等效導(dǎo)納還有一電容部分。它由邊緣效應(yīng)引起，其電納可用延伸長度l來表示：哈默斯塔德給出l的經(jīng)驗(yàn)公式如下：)tan(lYBcs8 . 0264. 0258. 03 . 0412. 0hwhwhlee矩形貼片天線的傳輸線模型矩形貼片天線的傳輸線模型當(dāng)從輻射邊對(duì)矩形貼片饋電時(shí)，將一條縫隙的導(dǎo)納加上長為b的傳輸線變換后的另一縫隙導(dǎo)納，便得出微帶天線的輸入導(dǎo)納：bjYYbjYYYYYsccscsintantan矩形貼片天線的傳輸線模型矩形貼片天線的傳輸線模型用延伸長度來表示電容效應(yīng)，則可獲得更簡便的計(jì)算式：)2(tan)2(tanlbjGYlbjYGYGYsccscsin矩形貼片天線的傳輸線模型矩形貼

5、片天線的傳輸線模型H面E面sincoscos21sin)(0akFHsin21cos)(0bkFE矩形貼片天線的傳輸線模型矩形貼片天線的傳輸線模型半功率波瓣寬度近似值如下：015 . 0121cos22aHbE4sin22015 . 0矩形貼片天線的矩形貼片天線的E面方向圖面方向圖矩形貼片天線矩形貼片天線H面方向圖面方向圖矩形貼片天線的尺寸設(shè)計(jì)矩形貼片天線的尺寸設(shè)計(jì)2/1212rfcWlLg25 . 0gLLG2 . 0gWWG2 . 0空腔模型理論空腔模型理論羅遠(yuǎn)祉(Y.T.Lo)等在1979年提出了空腔模型理論。基于薄微帶天線(h0)的假設(shè)，將微帶貼片與接地板之間的空間看成是四周為磁壁、上

6、下為電壁的諧振空腔。天線輻射場由空腔四周的等效磁流來得出，天線輸入阻抗可根據(jù)空腔內(nèi)場和饋源邊界條件求得?？涨荒Ｐ屠碚摽涨荒Ｐ屠碚撚蓮?fù)數(shù)形式的麥克斯韋方程可得式中化為標(biāo)量方程JEE022jktan100jkkrzzJjEk022空腔模型理論空腔模型理論可用模展開法或模式匹配法求解方程。模展開法即把解表示為各本征模的疊加。本征函數(shù)由求解無源區(qū)與波動(dòng)方程得出： 在磁壁處需滿足的邊界條件為022mnmnkmn0nmn空腔模型理論空腔模型理論可得內(nèi)場的一般解式中mnmnmnmnznmmnzJkkjkE*,22001SmnzmnzdsJJ*Smnmnmnmnds*空腔模型理論空腔模型理論求得內(nèi)場，應(yīng)用等效

7、性原理得出外空間的場。四周為磁壁，切向磁場為零，因而等效電流也為零；但四周磁壁上有切向電場，故有等效磁流：等效磁流源在遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn)生的電矢位為zsEznMSyxjksRjkdxdyeeRhsinsincossin002MF空腔模型理論空腔模型理論矩形貼片的本征函數(shù)和諧振波數(shù)ybnxammncoscos22bnamkmn空腔模型理論空腔模型理論圓形貼片的本征函數(shù)和諧振波數(shù)jnmnnmnekJ0akJmnn空腔模型理論空腔模型理論圓環(huán)貼片的本征函數(shù)和諧振波數(shù)jnmnnmnnmnnmnnmnekNakJkJakNbkNbkJakNakJmnnmnnmnnmnn空腔模型理論空腔模型理論等邊三角形貼片的本征函數(shù)和諧振波數(shù)bwvnmbublmn9cos232cos bwvmlbubn9cos232cos bwvlnbubm9cos232cos mnnmakmn222234寬頻帶技術(shù)寬頻帶技術(shù)降低等效諧振電路Q值：增大h,降低Er。附加寄生貼片、采用電磁耦合饋電附加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)圓極化技術(shù)圓極化技術(shù)微帶天線的優(yōu)點(diǎn)之一是便于實(shí)現(xiàn)圓極化工作。用單片微帶貼片天線就能實(shí)現(xiàn)圓極化輻射。兩種設(shè)計(jì)方法