缝隙天线

 新闻资讯     |      2018-04-27 20:55

近年来,平板缝隙天线因其低剖面,可集成化,容易组阵等特点,受到了人们广泛关注与研究。缝隙天线是在波导、金属板、同轴线或谐振腔上开缝隙,电磁波通过缝隙向外部空间辐射的天线。其特点是重量轻,具有良好的平面结构,易于与安装物体共形。缝隙阵列天线的口径面幅度分布容易控制,口径面利用率高,可以实现低副瓣或极低副瓣。同时,缝隙天线还具有结构牢固、简单紧凑、易于加工、馈电方便、架设简单等优势。

特点和优势

平面天线以其低剖面,可集成化,易组阵等特点越来越受到人们的青睐。缝隙平板天线是一种典型的平面天线,正好迎合了现代无线通信系统发展的趋势和要求,受到人们的广泛关注与研究。缝隙天线是在金属板、波导管、同轴线或谐振腔上开缝隙,电磁波通过缝隙向外空间辐射,从而构成的一种口径天线。其最大的特点是低剖面,具有良好的平装结构,易于与安装物体共形,因而被称为“薄纸”天线。缝隙阵列天线对天线口径面内的幅度分布容易控制,口径面利用率高,体积小,重量轻,可以实现低或极低副瓣。同时,缝隙天线还具有结构牢固、简单紧凑、易于加工、造价经济、馈电方便、架设简单以及可隐蔽性、可装饰性等优势'。
通常用的缝隙天线有两种类型,一种是开在金属平板上的缝隙一平板缝隙天线一种是开在波导壁上的缝隙一波导缝隙天线。近年来,波导缝隙阵列天线由于其低损耗、高辐射效率和性能稳定等一系列突出优点而得到广泛应用,而平板缝隙天线却因为损耗较大,功率容量低,效率不高,发展较为缓慢。

工作原理

无限大和无限薄的理想导电平面上的缝隙称为理想缝隙。理想缝隙上的电场与缝隙的长边垂直,其振幅在缝隙的两端下降为零。这一电场分布与具有相同尺寸的导体振子(称为互补振子)上的磁场分布(即电流分布)完全一样。
根据电磁场的对偶性可知,理想缝隙所辐射的电磁场与互补振子产生的电磁场具有相同的结构,只是振子的电场矢量对应于缝隙的磁场矢量,振子的磁场矢量对应于缝隙的电场矢量而已。
因此。缝隙在yz平面内的方向图为8字形,而在xy平面内的方向图为圆形。理想缝隙的输入阻抗与互补振子的输入阻抗之积为z0/4,z0为周围媒质的波阻抗。对于有限导体平面或曲面上的实际缝隙,只要导体面尺寸比波长大得多,特别是缝隙窄边方向的尺寸较大,曲率较小,则其基本特性便近似于理想缝隙。

分类

利用多个缝隙可构成缝隙阵。缝隙阵有两类:谐振阵和非谐振阵。谐振阵中各缝隙是同相激励的;非谐振阵中各缝隙有一定相位差,因而其最大辐射方向不是在阵的法线方向,而是与法线成一角度。非谐振阵的优点是频带较宽。

用途

缝隙天线一般用于微波波段的雷达、导航、电子对抗和通信等设备中,并因能制成共形结构而特别适宜于用在高速飞行器上。中国第一颗人造卫星就使用了缝隙天线。60年代以来,波导缝隙阵天线(包括形成相位扫描或频率扫描的面阵),因易于控制各缝隙的激励以得到特定的口径场分布,结构简便,已获得迅速的发展和应用。超低副瓣天线(副瓣电平低于-40分贝)就是在60年代后期用波导缝隙阵首先实现的。
缝隙天线由于其特点而被广泛地应用于地面、舰载、机载、导航、气象、港管、信标和弹载雷达以及移动通信、卫星广播等领域。随着共形天线的理论和实践的发展,缝隙天线的使用将占有更加重要的地位。对于运动物体所用天线,缝隙天线可以说是理想的选择,因为它可以与物体的表面做得平齐,没有凸起部分,用于快速飞行器表面时不会带来附加的空气阻力,既隐蔽又不影响物体的运动。因而,缝隙天线可以用于外空间的飞行体以及地面、水面、空中快速移动的物体。
目前,通信技术、无线局域网以及点对点微波通信服务等无线通信技术正飞速度发展,这对于与之相适应的天线的需求也越来越大。这类天线普遍要求低成本、易于制造、便于安装调校。而这些通信业务往往在城市、楼群之间、建筑物之中进行,由于建筑物结构的多样性和空间分隔,对天线的结构和性能还有更多的要求,对天线的数量也有更多的需求,一个现代化的大型建筑物内常常需安装数十甚至数百的各类天线。用于室内安装的天线,一般安装于室内墙顶或墙壁上,采用小型平面天线不但便于安装,而且易于实现隐蔽或进行装饰。同时,采用平面缝隙天线还可以方便地实现波束可调性,以实现对室内特定区域的覆盖,从而少电磁辐射,提高辐射效率,避免不必要的电磁伤害。可见,平面缝隙天线的以其独特的优点,应该能够在这些新的通信技术领域发挥应有的作用。