【正文】 設(shè)為 球坐標(biāo)系的原點(diǎn) O，正、負(fù)電荷之間的 間距 為l ， 坐標(biāo) 分別 為 )2,0,0( l 和 )2,0,0( l? 。 比較式 （ ） 和式 （ ） 可以看出，兩式 具有 對(duì)偶關(guān)系： HE ??? 00 ?? ? me pp? （ ） 電流元和磁流元的對(duì)偶性 對(duì)于載有高頻電流的電流元來(lái)說(shuō)，它兩端等量異號(hào)的電荷也隨時(shí)間 變化 而變化 ， 可以看作為 一個(gè)高頻的電偶極子。 我們 把“電源”引起的場(chǎng)稱為 “電 源 場(chǎng)”；而把“磁源”引起的場(chǎng)稱為 “磁 源 場(chǎng) ”。這一電場(chǎng)分布與具有相同尺寸的導(dǎo)體振子（又稱互補(bǔ)振子）上的磁場(chǎng)分布（即電流分布）完全一樣。由電磁場(chǎng)邊界條件可知，對(duì)帶狀振子來(lái)說(shuō)，在振子上切向電場(chǎng) tdE 為零，因?yàn)檎褡邮抢硐雽?dǎo)體；在振子以外切向磁場(chǎng) tdH 為零，因?yàn)檎褡拥拇艌?chǎng)均垂直于分界平面。電流沿軸線按正弦律分布 的 對(duì)稱振子的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)為： ????? s in c o s)c o sc o s (2 0 klklreIjE jk rd ?? ? （ ） 式中振子的波腹電流 0I 可以用振子表面的波腹切向磁場(chǎng)表示。因此鉛垂縫隙是水平極化的，水平縫隙是垂直極化的。由于邊緣繞射的干涉，將使方向性圖出現(xiàn)波紋，平板加大，波動(dòng)減小，波紋數(shù)增多，方向性圖向無(wú)限大平板時(shí)的方向 性 圖趨近。 圖 波導(dǎo)寬邊縱縫及其等效電路 寬邊縱向縫隙會(huì)使一部分橫向表面電流不能按原來(lái)的方向流動(dòng)而是發(fā)生彎曲，繞過(guò)縫隙流動(dòng)，如圖 （ a） 所示。其歸一化電導(dǎo)值（與波導(dǎo)特性導(dǎo)納之比）可按下式計(jì)算 [25]： )(sin 21 axgg ?? （ ） 其中 )2(2co gg bag ??????， x 是縫隙偏離寬面中心線的距離， a 是波導(dǎo)寬邊的尺寸，b是波導(dǎo)窄邊的尺寸， ? 是工作波長(zhǎng)， g? 是波導(dǎo)波長(zhǎng)。這是因?yàn)檎谪Q縫和寬壁中軸線上的縱縫對(duì)波導(dǎo)內(nèi)原來(lái)的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)明顯影響，而其它形式的縫隙能有效地改變波導(dǎo)壁表面的場(chǎng)分布。 10TE 橫向電流在波導(dǎo)寬面中軸線處等于零，往兩邊沿逐漸增至最大，所以切割橫向表面電流的寬壁縱向縫隙在中軸線上是得不到激勵(lì)的，因而這樣的縫隙不能用作天線，而波導(dǎo)測(cè)量線正是利用這個(gè)特點(diǎn)，將縱縫開在寬面中心而使輻射損耗最小。因而寬面還可以開橫向縫隙，橫縫在寬面中心線上受到的激勵(lì)最強(qiáng)，往邊沿逐漸減小。在同一根波導(dǎo)上開若干個(gè)縫可構(gòu)成直線陣，用若干個(gè)開縫的波導(dǎo)可構(gòu)成平面陣。 波導(dǎo)縫隙陣一般也是采用等間距和等相位差的，這時(shí) dndn ?? ， ?? ??nn ，于是 ????? 10)c o s(),( Nnkdjnna eAF ???? （ ） 令 )c o s(21 ?? ?? kdU ，則 ????102)( NnnUjna eAUF （ ） 對(duì)于等幅陣， 1?nA ，則 UNNUUFa sinsin)( ? () 或 )]c os(s in [)]c os(s in [)(212 ?? ??? ??? kdN kdF Na （ ） 對(duì)于同相等幅陣， 0?? ，則 )]c os(s in [)]c os(s in [)(212 ??? kdN kdF Na ? （ ） 這是一 個(gè)側(cè)射陣， 陣軸線的垂直方向 即為最大輻射方向 ，即 ??90m? 。當(dāng) 2gd ?? 時(shí)，稱為諧振式縫隙陣；當(dāng) 2gd ?? 時(shí)，稱為非諧振式縫隙陣。 對(duì)于寬邊縱向縫隙陣而言，由于中軸線兩側(cè)的橫向電流反向，能產(chǎn)生所需的 ?180 附加相移，所以可以把相鄰縫隙交替地分布在波導(dǎo)寬壁中線兩側(cè)。所以這類縫隙陣是窄頻帶的。最后通過(guò)對(duì)比介紹理想縫隙天線和波導(dǎo)縫隙天線的輻射機(jī)理，具體介紹了縫隙天線的開縫機(jī)理和輻射原理，以及其方向性 的分析方法。 在建模過(guò)程中，根據(jù)波導(dǎo)縫隙天線理論，在一個(gè)隨機(jī)的矩形波導(dǎo)的 一個(gè)寬邊 開出 20 條縫 ，縫隙關(guān)于寬邊中心對(duì)稱，兩條縫隙之間有一定的位移，使之成為天線陣列，因?yàn)槭嵌损伿教炀€陣，所以一端空出用于設(shè)置激勵(lì)，另一端堵住用于實(shí)現(xiàn)短路 對(duì)于寬邊縱向諧 振式駐波陣列， 總體 設(shè)計(jì)步驟如下： 波導(dǎo)縫隙陣具有口面效率高、副瓣電平低等優(yōu)良的性能。 Stevenson 給出了寬邊上縱向并聯(lián)縫隙的電導(dǎo)為 )(sin 21 axgg ?? （ ） )2(2c gg bag ?????? （ ） 其中， x 為待求的偏移量， a 為波導(dǎo)內(nèi)壁寬邊長(zhǎng)度， λ 為波導(dǎo)波長(zhǎng)。如圖 所示，在波端口的 Y 矩陣參數(shù)可以等效于距檢測(cè)端口 1∕ 2 個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)的縫隙中 心的 Y 矩陣參數(shù)，根據(jù)波導(dǎo)縫隙的基本設(shè)計(jì)理論，在諧振時(shí)縫隙的等效阻抗或?qū)Ъ{為實(shí)數(shù)，因此縫隙諧振時(shí)有 Im(Y)=0 設(shè)計(jì)一個(gè)由 20 個(gè)縫隙組成的縫隙陣，采用 Chebyshev 電流分布，前 10 個(gè)縫隙的電 船舶雷達(dá)裂縫天線的設(shè)計(jì) 18 平分布由表 給出。 根據(jù)波導(dǎo)各個(gè)尺寸可得偏移量和導(dǎo)納之間的關(guān)系為 船舶雷達(dá)裂縫天線的設(shè)計(jì) 19 ? ?a r c sin 1 .0 6 6 naxg?? （ ） 由上述導(dǎo)納值可以求得各個(gè)縫隙的偏移量： 135790. 81 360. 96 231. 53 682. 06 982. 43 14x mmx mmx mmx mmx mm????? 246810x mmx mmx mmx mmx mm????? （ ） 單個(gè)縫隙的波導(dǎo) 縫隙 陣列天線的設(shè)計(jì)與仿真 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可以分為兩個(gè)子工程：子工程 1 在給定縫隙的偏移量 以后，首先建立單個(gè)縫隙天線模型，然后設(shè)置邊界條件，和激勵(lì)端口以及工程變量，最后進(jìn)行縫隙長(zhǎng)度優(yōu)化 ，可以利用該工程對(duì)各個(gè)縫隙進(jìn)行優(yōu)化 ，單個(gè)縫隙天線模型如圖 所示 ； 圖 單個(gè)諧振長(zhǎng)度的優(yōu)化模型 下面分別給出了用 HFSS 仿真軟件制作的單個(gè)縫隙波導(dǎo)的 S11 圖， 3D 模型仿真圖以及 2D 模型仿真圖 ： 船舶雷達(dá)裂縫天線的設(shè)計(jì) 20 圖 單縫波導(dǎo)天線的 S11 圖 單縫波導(dǎo)的 2D 遠(yuǎn)場(chǎng)方向 圖 船舶雷達(dá)裂縫天線的設(shè)計(jì) 21 圖 單個(gè)縫隙波導(dǎo)的 3D 遠(yuǎn)場(chǎng)方向 圖 20 縫波導(dǎo)縫隙陣列 天線的設(shè)計(jì)與仿真 子工程 2 建立含有所有縫隙的完整模型。 圖 縫隙陣的完整模型 船舶雷達(dá)裂縫天線的設(shè)計(jì) 22 圖 20 縫波導(dǎo)天線的 S11 圖 圖 20 縫波導(dǎo)縫隙天線的 2D 遠(yuǎn)場(chǎng)方向 圖 船舶雷達(dá)裂縫天線的設(shè)計(jì) 23 圖 20 縫波導(dǎo)縫隙天線的 3D 遠(yuǎn)場(chǎng)方向 圖 仿真結(jié)果與分析 通過(guò)對(duì)矩形波導(dǎo)上開單縫和開多縫的仿真結(jié)果可以看出，在波導(dǎo)上開單縫，其 S11仿真圖上的最佳匹配點(diǎn) 為 GHZ 略小于中心頻率 10 GHZ， 而在波導(dǎo)上開多縫進(jìn)行仿真時(shí)，其 S11 圖的最佳匹配點(diǎn)正好為 10GHZ，達(dá)到了理論要求 。 本文提出 了 一種 寬邊縱向諧振式 的 雷達(dá) 波導(dǎo)裂縫天線形式，給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并進(jìn)行了仿真 ，結(jié)果表明，這種天線能 夠達(dá)到預(yù)期的效果 。 設(shè)計(jì)了一種 寬邊縱向諧振式 的波導(dǎo)裂縫天線，通過(guò)仿真，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的可行性。 綜上所述，論文下一步的工作主要有兩方面： 研究開縫的數(shù)目對(duì)天線性能的影 響 研究縫隙偏移量對(duì)天線性能的影響 船舶雷達(dá)裂縫天線的設(shè)計(jì) 25 參 考 文 獻(xiàn) [1] 房 少軍 ,邰有誠(chéng) ,欒秀珍 ,金紅 .電磁場(chǎng)與電磁波 .大連： 大連海事大學(xué)出版社， 2020. [2] 謝擁軍 ,王鵬 ,李磊 ,周建華 ,雷振亞 .Ansoft HFSS 基礎(chǔ)及應(yīng)用 .西安： 西安電子科技大學(xué)出版社， 2020. [3] 欒秀珍 ,房少軍 ,金紅 ,邰有誠(chéng) .微波技術(shù) .北京：北京郵電大學(xué)出版社， 2020. [4]薛正輝 ,李偉明 ,任武 .陣列天線分析與綜合 .北京：北京航空航天大學(xué)出版， 2020. [5] 曹善勇 .磁場(chǎng)分析與應(yīng)用實(shí)例 .北京： 中國(guó)水利水電出版社， 2020. [6] 李偉明 ,任武 .陣列天線的分析與應(yīng)用 .北京： 北京航空航天大學(xué)出版， 2020. [7] 施錦文 .波導(dǎo)裂縫天線的分析與設(shè)計(jì) .西北工業(yè)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 ， 2020. [8] 譚 曉 明 .基于時(shí)域有限差分法的縫隙天線分析與設(shè)計(jì) . 大連海事大學(xué)碩士學(xué)位論文，2020. [9] 楊帆 .基于 WiFi波段的波導(dǎo)縫隙天線研究 . 大連海事大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文， 2020. [10] 齊美清 ， 汪 偉 ， 金謀平 .波導(dǎo)縫隙諧振陣帶寬與縫隙特性關(guān)系研究 . 微波學(xué)報(bào) . 2020 年 8 月 .第 23 卷增刊 . 船舶雷達(dá)裂縫天線的設(shè)計(jì) 26 致 謝 感謝 我的導(dǎo)師房少軍教授！ 大學(xué)四年來(lái) ，在 學(xué)習(xí)上和生活上 ，他給了我許多關(guān)心和照顧。 感謝王強(qiáng)碩士對(duì)我的幫助。 感謝金紅老師對(duì)我的 激勵(lì) 。 因此成為了一種重要的天線形式。 介紹了 磁波的干涉與疊加原理、方向圖乘積定理這兩個(gè)陣列天線得以 構(gòu)成的重要原理。通過(guò)對(duì)單縫和多縫的 2D、 3D 遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖分析我們可以的出結(jié)論，縫隙天線的具有很好的方向性， 幾乎滿足一個(gè)全向天線的要求，并且天線的主要輻射方向?yàn)樘炀€的開縫方向。 并且將各個(gè)縫隙的偏移量按照公式（ ）所示設(shè)置好，然后先設(shè)置輻射邊界，再設(shè)置理想磁壁。由下式可得各個(gè)縫隙的導(dǎo)納值： 2nng Ka? （ ） 各個(gè)縫隙的導(dǎo)納如下： 13579 10955 153 3867 693 9465ggggg????? 246810 0846 265 536 833 100598ggggg????? （ ） 選用 WR— 型波導(dǎo)，其波導(dǎo)尺寸為：寬邊 a=，窄