【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 陣的饋電口阻抗匹配[7]。 輻射陣面由一系列開(kāi)有寬邊偏置并聯(lián)裂縫的諧振陣波導(dǎo)構(gòu)成，每一個(gè)裂縫切割波導(dǎo)壁上的面電流產(chǎn)生裂縫的電磁場(chǎng)，并向外空間輻射電磁波。根據(jù)要求的天線口徑場(chǎng)分布得到各個(gè)裂縫的歸一化導(dǎo)納值。通過(guò)控制裂縫的長(zhǎng)度、偏移來(lái)調(diào)整每個(gè)裂縫的歸一化導(dǎo)納值，從而得到所要求的天線性能。輻射波導(dǎo)一般采用諧振陣，即兩相鄰裂縫相距λg/2，最末一個(gè)裂縫到短路板的間距為λg/4。各裂縫交替地向波導(dǎo)中心線左右兩邊偏置，使裂縫相位改變?yōu)?80度，以彌補(bǔ)波導(dǎo)內(nèi)駐波在相鄰的縫之間的180度相移。 在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中將會(huì)遇到以下問(wèn)題:(1)由于輻射陣面波導(dǎo)上最末端的裂縫到短路板的距離為λg/4，而天線的口徑面尺寸限定致使這一關(guān)系無(wú)法滿足，如果減少陣面裂縫的數(shù)目將會(huì)影響天線的副瓣電平。為此，常在波導(dǎo)末端填充大介電常數(shù)介質(zhì)以減小波導(dǎo)波長(zhǎng)λg從而滿足尺寸要求。(2)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面為保證焊接時(shí)裂縫的位置不發(fā)生偏移，應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢眉由隙ㄎ粯?gòu)件。同時(shí)也要考慮填充介質(zhì)與金屬在焊接時(shí)的固定。 耦合波導(dǎo)是開(kāi)有寬邊傾斜串聯(lián)裂縫的諧振陣波導(dǎo)構(gòu)成。耦合波導(dǎo)裝在輻射陣面的后面，并與輻射陣面正交，耦合波導(dǎo)激勵(lì)各個(gè)傾斜串聯(lián)裂縫，每個(gè)傾斜串聯(lián)裂縫的傾斜角決定了該裂縫的等效阻抗，從而確定每個(gè)輻射波導(dǎo)內(nèi)的功率電平。耦合波導(dǎo)一般采用諧振陣，即兩相鄰裂縫相距λg / 2最末一個(gè)裂縫到短路板的間距為λg/2。各裂縫交替地向相反的方向傾斜使裂縫相位改變180度，以彌補(bǔ)波導(dǎo)內(nèi)駐波在相鄰縫之間的180度相移。 在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中將會(huì)遇到以下問(wèn)題: 與輻射波導(dǎo)相類(lèi)似，波導(dǎo)最末一個(gè)裂縫到短路板之間的距離不可能剛好滿足λg/2的關(guān)系，為此需設(shè)法延長(zhǎng)波導(dǎo)的長(zhǎng)度，此時(shí)可采用將波導(dǎo)向上折起的辦法來(lái)增加波導(dǎo)長(zhǎng)度。 饋電波導(dǎo)是耦合波導(dǎo)和饋電網(wǎng)絡(luò)的連接部分，在該部分要充分考慮到阻抗匹配的問(wèn)題。在實(shí)際設(shè)計(jì)中是在波導(dǎo)中加入銷(xiāo)釘和膜片，以及設(shè)置合理的波導(dǎo)短路塊調(diào)節(jié)裝置來(lái)達(dá)到阻抗匹配的。饋電波導(dǎo)內(nèi)電磁波的相位關(guān)系與它上面裂縫的傾斜方向有著密切的聯(lián)系，可以利用這一因素設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化天線結(jié)構(gòu)的目的。 總之，波導(dǎo)裂縫陣列天線的各個(gè)部分是一個(gè)有機(jī)的整體，每一部分設(shè)計(jì)的不合理都會(huì)導(dǎo)致整機(jī)性能的下降。而每個(gè)部分都有各自的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。 縫隙類(lèi)型 縫隙類(lèi)型簡(jiǎn)介最基本的縫隙天線是由開(kāi)在矩形波導(dǎo)壁上的半波諧振縫隙構(gòu)成的。由電磁場(chǎng)理論，對(duì)TE10波而言，在波導(dǎo)寬壁上有縱向和橫向兩個(gè)電流分量，橫向分量的大小沿寬邊呈余弦分布，中心處為零，縱向電流沿寬邊呈正弦分布，中心處最大；而波導(dǎo)窄壁上只有橫向電流，且沿窄邊均勻分布[8]。圖3波導(dǎo)縫隙形式及面電流分布情況如果波導(dǎo)壁上所開(kāi)的縫隙能切割電流線，則中斷的電流線將以位移電流的形式延續(xù)，縫隙因此得到激勵(lì)，波導(dǎo)內(nèi)的傳輸功率通過(guò)縫隙向外輻射，這樣的縫隙也就被稱(chēng)為輻射縫隙。當(dāng)縫隙與電流線平行時(shí)，不能在縫隙區(qū)內(nèi)建立激勵(lì)電場(chǎng)，這樣的縫隙因得不到激勵(lì)，不具有輻射能力，因而被稱(chēng)為非輻射縫隙。 縫隙g雖然與縱向電流平行，但是其旁邊設(shè)置了電抗振子h，電抗振子是插入波導(dǎo)內(nèi)部的螺釘式金屬桿，由于該螺釘平行于波導(dǎo)內(nèi)部的電場(chǎng)，因此被感應(yīng)出的傳導(dǎo)電流流向螺釘?shù)撞刻幍牟▽?dǎo)內(nèi)壁而形成徑向電流，于是縱縫g可以切斷其中的一部分而得到激勵(lì)[9]。 圖3波導(dǎo)縫隙形式及面電流分布情況下圖4為波導(dǎo)縫隙的等效電路圖[10] 圖4波導(dǎo)縫隙陣的等效電路圖史蒂文森已導(dǎo)出各種形式縫隙的歸一化電導(dǎo)或電阻的計(jì)算公式。其特點(diǎn)是利用互易定理求出縫隙的前向和后向散射場(chǎng)，再利用波導(dǎo)中的功率平衡方程求出其等效電導(dǎo)或電阻。下面簡(jiǎn)單舉例介紹三種波導(dǎo)縫隙的歸一化等效電導(dǎo)或電阻 寬邊縱向半波諧振縫隙（圖5）諧振縫隙如果波導(dǎo)縫隙采用了諧振長(zhǎng)度，它們的輸入電抗或輸入電納為零，即等效串聯(lián)阻抗或并聯(lián)導(dǎo)納中只含有實(shí)部，不含有虛部。圖 5 寬邊縱向半波諧振縫隙等效電路圖其歸一化電導(dǎo)為 （21） 寬邊波諧振縫隙（圖6）圖 6 寬邊橫向半波諧振縫隙其歸一化電阻為 （22) 窄邊斜半波諧振縫隙（圖7）圖 7 窄邊斜半波諧振縫隙其歸一化電導(dǎo)為 （23） 有了相應(yīng)的等效電路，波導(dǎo)內(nèi)的傳輸特性就可以依賴(lài)于微波網(wǎng)絡(luò)理論來(lái)分析，例如后向散射系數(shù)|s11|及頻率響應(yīng)曲線，從而更方便地計(jì)算矩形波導(dǎo)縫隙天線的電特性，例如傳輸效率及匹配情況。 在已獲得匹配的波導(dǎo)上開(kāi)出輻射縫隙，將會(huì)破壞波導(dǎo)的匹配情況。為了使帶有縫隙的波導(dǎo)匹配，可以在波導(dǎo)的末端短路，利用短路傳輸線的反射消去諧振縫隙帶來(lái)的反射，使得縫隙波導(dǎo)得到匹配。 典型波導(dǎo)縫隙陣天線介紹波導(dǎo)縫隙天線陣一般由許多開(kāi)在矩形波導(dǎo)壁上的半波縫隙組成。下面介紹幾種常見(jiàn)縫隙陣：（圖8）為保證各縫隙同相，相鄰縫隙的間距應(yīng)取為λg。由于波導(dǎo)波長(zhǎng)λg大于自由空間波長(zhǎng)，這種縫隙陣會(huì)出現(xiàn)柵瓣，同時(shí)在有限長(zhǎng)度的波導(dǎo)壁上開(kāi)出的縫隙數(shù)目受到限制，增益較低，因此實(shí)際中較少采用。圖 8 開(kāi)在寬壁上的橫向諧振縫隙陣 縱向諧振縫隙陣（圖9）利用了在寬壁中心線兩側(cè)對(duì)稱(chēng)位置處橫向電流反相、沿波導(dǎo)每隔λg/2場(chǎng)強(qiáng)反相的特點(diǎn)，縱縫每隔λg/2交替地分布在中心線兩側(cè)即可得到同相激勵(lì)。圖 9 縱向諧振縫隙陣一 縱向諧振縫隙陣二（圖10）圖中對(duì)應(yīng)的螺釘需要交替地分布在中心線兩側(cè)。圖 10 縱向諧振縫隙陣二根據(jù)均勻直線陣的分析，非諧振縫隙天線陣的最大輻射方向偏離陣法線的角度為 （24）非諧振縫隙天線適用于頻率掃描天線，因?yàn)棣僚c頻率有關(guān)，波束指向θmax可以隨之變化。非諧振式天線的優(yōu)點(diǎn)是頻帶較寬，缺點(diǎn)是效率較低。 匹配偏斜縫隙陣（圖11）如果諧振式縫隙天線陣中的縫隙都是匹配縫隙，即不在波導(dǎo)中產(chǎn)生反射，波導(dǎo)終端接匹配負(fù)載，就構(gòu)成了匹配偏斜縫隙天線陣。 圖 11 匹配偏斜縫隙陣 縫隙陣列天線參數(shù)確定[11]縫隙寬度的確定是根據(jù)絕緣強(qiáng)度來(lái)確定的。假定由天線所輻射的功率在各個(gè)縫隙上是均勻分配的，則縫隙上的最大電壓值為 （25）