【文章內(nèi)容簡介】 陣的饋電口阻抗匹配[7]。 輻射陣面由一系列開有寬邊偏置并聯(lián)裂縫的諧振陣波導構(gòu)成，每一個裂縫切割波導壁上的面電流產(chǎn)生裂縫的電磁場，并向外空間輻射電磁波。根據(jù)要求的天線口徑場分布得到各個裂縫的歸一化導納值。通過控制裂縫的長度、偏移來調(diào)整每個裂縫的歸一化導納值，從而得到所要求的天線性能。輻射波導一般采用諧振陣，即兩相鄰裂縫相距λg/2，最末一個裂縫到短路板的間距為λg/4。各裂縫交替地向波導中心線左右兩邊偏置，使裂縫相位改變?yōu)?80度，以彌補波導內(nèi)駐波在相鄰的縫之間的180度相移。 在實際工程設計中將會遇到以下問題:(1)由于輻射陣面波導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系無法滿足，如果減少陣面裂縫的數(shù)目將會影響天線的副瓣電平。為此，常在波導末端填充大介電常數(shù)介質(zhì)以減小波導波長λg從而滿足尺寸要求。(2)在結(jié)構(gòu)設計方面為保證焊接時裂縫的位置不發(fā)生偏移，應在適當?shù)奈恢眉由隙ㄎ粯?gòu)件。同時也要考慮填充介質(zhì)與金屬在焊接時的固定。 耦合波導是開有寬邊傾斜串聯(lián)裂縫的諧振陣波導構(gòu)成。耦合波導裝在輻射陣面的后面，并與輻射陣面正交，耦合波導激勵各個傾斜串聯(lián)裂縫，每個傾斜串聯(lián)裂縫的傾斜角決定了該裂縫的等效阻抗，從而確定每個輻射波導內(nèi)的功率電平。耦合波導一般采用諧振陣，即兩相鄰裂縫相距λg / 2最末一個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，以彌補波導內(nèi)駐波在相鄰縫之間的180度相移。 在實際工程設計中將會遇到以下問題: 與輻射波導相類似，波導最末一個裂縫到短路板之間的距離不可能剛好滿足λg/2的關系，為此需設法延長波導的長度，此時可采用將波導向上折起的辦法來增加波導長度。 饋電波導是耦合波導和饋電網(wǎng)絡的連接部分，在該部分要充分考慮到阻抗匹配的問題。在實際設計中是在波導中加入銷釘和膜片，以及設置合理的波導短路塊調(diào)節(jié)裝置來達到阻抗匹配的。饋電波導內(nèi)電磁波的相位關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計合理的網(wǎng)絡，從而達到簡化天線結(jié)構(gòu)的目的。 總之，波導裂縫陣列天線的各個部分是一個有機的整體，每一部分設計的不合理都會導致整機性能的下降。而每個部分都有各自的設計難點。 縫隙類型 縫隙類型簡介最基本的縫隙天線是由開在矩形波導壁上的半波諧振縫隙構(gòu)成的。由電磁場理論，對TE10波而言，在波導寬壁上有縱向和橫向兩個電流分量，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；而波導窄壁上只有橫向電流，且沿窄邊均勻分布[8]。圖3波導縫隙形式及面電流分布情況如果波導壁上所開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，波導內(nèi)的傳輸功率通過縫隙向外輻射，這樣的縫隙也就被稱為輻射縫隙。當縫隙與電流線平行時，不能在縫隙區(qū)內(nèi)建立激勵電場，這樣的縫隙因得不到激勵，不具有輻射能力，因而被稱為非輻射縫隙。 縫隙g雖然與縱向電流平行，但是其旁邊設置了電抗振子h，電抗振子是插入波導內(nèi)部的螺釘式金屬桿，由于該螺釘平行于波導內(nèi)部的電場，因此被感應出的傳導電流流向螺釘?shù)撞刻幍牟▽?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[9]。 圖3波導縫隙形式及面電流分布情況下圖4為波導縫隙的等效電路圖[10] 圖4波導縫隙陣的等效電路圖史蒂文森已導出各種形式縫隙的歸一化電導或電阻的計算公式。其特點是利用互易定理求出縫隙的前向和后向散射場，再利用波導中的功率平衡方程求出其等效電導或電阻。下面簡單舉例介紹三種波導縫隙的歸一化等效電導或電阻 寬邊縱向半波諧振縫隙（圖5）諧振縫隙如果波導縫隙采用了諧振長度，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)導納中只含有實部，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為 （23） 有了相應的等效電路，波導內(nèi)的傳輸特性就可以依賴于微波網(wǎng)絡理論來分析，例如后向散射系數(shù)|s11|及頻率響應曲線，從而更方便地計算矩形波導縫隙天線的電特性，例如傳輸效率及匹配情況。 在已獲得匹配的波導上開出輻射縫隙，將會破壞波導的匹配情況。為了使帶有縫隙的波導匹配，可以在波導的末端短路，利用短路傳輸線的反射消去諧振縫隙帶來的反射，使得縫隙波導得到匹配。 典型波導縫隙陣天線介紹波導縫隙天線陣一般由許多開在矩形波導壁上的半波縫隙組成。下面介紹幾種常見縫隙陣：（圖8）為保證各縫隙同相，相鄰縫隙的間距應取為λg。由于波導波長λg大于自由空間波長，這種縫隙陣會出現(xiàn)柵瓣，同時在有限長度的波導壁上開出的縫隙數(shù)目受到限制，增益較低，因此實際中較少采用。圖 8 開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)對稱位置處橫向電流反相、沿波導每隔λg/2場強反相的特點，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。圖 9 縱向諧振縫隙陣一 縱向諧振縫隙陣二（圖10）圖中對應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，因為α與頻率有關，波束指向θmax可以隨之變化。非諧振式天線的優(yōu)點是頻帶較寬，缺點是效率較低。 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，即不在波導中產(chǎn)生反射，波導終端接匹配負載，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)絕緣強度來確定的。假定由天線所輻射的功率在各個縫隙上是均勻分配的，則縫隙上的最大電壓值為 （25）