天线原理与设计—第六章缝隙天线和波导缝隙天线阵

微带缝隙天线原理微带缝隙天线是一种常见的天线结构，常用于微波通信和无线通信系统中。

它是一种紧凑、低剖面的天线设计，具有优异的性能和灵活的安装方式。

本文将从原理、结构和应用三个方面介绍微带缝隙天线。

一、原理微带缝隙天线的原理基于微带线的共振效应和辐射效应。

它由一块导电衬底、一层介质材料和一条导电缝隙构成。

当微带线处于共振状态时，导电缝隙处会产生电流分布，进而产生电磁波辐射。

微带缝隙天线的工作频率取决于导电缝隙的长度和宽度，并且可以通过调整这些参数来满足不同频段的通信需求。

二、结构微带缝隙天线的结构相对简单，一般由导电衬底、介质材料和导电缝隙组成。

导电衬底一般采用金属材料，如铜或铝，用于提供天线的支撑和导电功能。

介质材料一般采用绝缘材料，如FR4或聚酰亚胺，用于隔离导电衬底和导电缝隙，并提供电磁场的传输介质。

导电缝隙是微带缝隙天线的关键部分，它的长度和宽度直接影响天线的工作频率和辐射特性。

三、应用微带缝隙天线广泛应用于无线通信系统中，包括手机、无线局域网、卫星通信等。

由于微带缝隙天线具有紧凑、低剖面的特点，适合于集成在小型设备中。

此外，它的工作频率范围广泛，可以满足不同频段的通信需求。

另外，微带缝隙天线还具有较好的辐射特性和阻抗匹配能力，能够提供稳定的信号传输和接收性能。

总结微带缝隙天线是一种紧凑、低剖面的天线设计，具有优异的性能和灵活的安装方式。

它的原理基于微带线的共振效应和辐射效应，结构简单，由导电衬底、介质材料和导电缝隙组成。

微带缝隙天线广泛应用于无线通信系统中，适用于手机、无线局域网、卫星通信等领域。

通过调整导电缝隙的参数，可以实现不同频段的通信需求。

微带缝隙天线的应用将进一步推动无线通信技术的发展，为人们的通信需求提供更好的解决方案。

S波段圆柱波导缝隙阵列天线设计摘要：本文介绍了S波段圆柱波导缝隙阵组成的圆形阵列天线设计,通过底部馈源的馈电，经圆柱波导壁隙缝阵辐射，实现水平极化和全向特性。

利用Ansoft HFSS仿真设计并加工试验，实测结果与仿真结果吻合较好。

对于实际生产中性能超差的阵列天线采用加载阻抗匹配环的方法进行性能优化，使该阵列天线性能达到最优。

测试表明，该阵列天线的驻波≤2.5，相对带宽10%，Ｈ面全向最大增益为5.0dBi，垂直面波束宽度≥40。

关键词：缝隙；极化；全向；阵列0引言全向天线广泛应用于的军事、通信、广播等领域。

全向天线的极化形式有水平极化、垂直极化和圆极化，垂直极化近似电偶极子的辐射，水平极化近似磁偶极子的辐射。

本文介绍的水平极化全向天线是一种圆柱波导缝隙天线组成圆形阵列，该阵列天线结构简单，易于加工，可应用于S频段通信系统。

1 圆形阵列天线原理均匀圆形阵列（UCA）的辐射单元是等间距均匀分布于圆的外围且等幅同相激励，远场坐标用（）表示，如图1所示，圆形阵列辐射函数是在单元因子与阵列因子的共同作用下产生，见图2，其相应的方位面内远场表达式（1）为：本文介绍的是S波段波导缝隙天线共形阵，极化方式为水平极化。

圆柱波导上的缝隙阵结构如图4所示，其中r为圆柱形空腔内半径，d0为双层铅锤缝隙的间距，d1为第一层缝隙中心与地板的间距。

本阵列天线使用二级过渡匹配柱作为馈源对缝隙阵列馈电，由单元缝隙组成的圆形阵列天线在阵中均匀分布7个缝隙，分上下两层，缝隙的纵向间距相同。

为了有效形成全向性方向图，在每个缝隙旁附加一个耦合探针，通过探针耦合能够有效产生一个水平面全向的方向图。

为了提高天线的不圆度，探针位置在纵向上交错分布，即第一行探针在缝隙的左边，第二行在缝隙的右边，且耦合探针位于缝隙中心处[3]。

3 仿真结果及分析利用高频仿真软件HFSS建立仿真结构图（见图5），并进行仿真计算，天线的各项参数设置为：圆柱形空腔的内径2a=1.1λ0，单元缝纵向间距d0为0.7λ0，横向缝隙在圆周上数量s为7，销钉直径为0.02λ0，销钉长度为λ0/4，缝隙宽度为2mm，缝隙长度为0.5λ0，缝隙中心与地板间距d1为0.75λ0。

波导缝隙阵列天线分析与设计的开题报告一、选题背景随着无线通信技术的发展和普及，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能的优劣也越来越受到广泛关注。

在无线通信系统中，天线的产生的电磁波能量和天线自身内部的电磁波相互作用会对天线的性能产生一定的影响，因此设计高性能天线是无线通信系统发展中的重要问题之一。

波导缝隙阵列天线是一种常见的高性能天线结构，在国外已经得到了广泛的应用。

波导隙缝天线具有指向性好、高增益、广带宽、抗多径干扰等优点，在卫星通信、雷达测量、无线电视、定位导航等领域得到了广泛应用。

因此，深入研究波导隙缝天线的性能分析和设计方法具有重要意义。

二、研究内容本课题旨在采用电磁场仿真软件对波导隙缝天线进行分析和设计，并研究其性能指标的优化方法。

具体研究内容包括：1. 建立波导隙缝天线的几何模型并进行三维电磁场仿真；2. 分析波导隙缝天线的辐射特性和阻抗匹配特性；3. 优化波导隙缝天线的性能指标，如增益、带宽、方向图等；4. 设计并制作波导隙缝天线，进行实际测试，并与仿真结果进行对比分析。

三、研究意义通过对波导隙缝天线的性能分析和设计，可以提高天线的性能，适应不同通信系统的需求，为通信系统的发展提供支持。

同时，本课题的研究成果可以拓宽国内波导隙缝天线的应用领域和研究方向，提高国内无线通信技术的水平，推动我国相关产业的发展。

四、研究方法本课题采用电磁场仿真软件对波导隙缝天线进行分析和设计。

选用常用的电磁场仿真软件，如CST、Ansys等软件，对波导隙缝天线的电磁场进行三维仿真分析，获得天线的辐射特性和阻抗匹配特性。

在此基础上，通过对天线结构的参数设计，优化目标函数，达到提高性能指标的目的。

最后，根据优化结果设计波导隙缝天线，制作并进行实际测试，并与仿真结果进行对比分析。

五、预期成果1. 波导隙缝天线的三维电磁场仿真模型和分析结果；2. 波导隙缝天线的阻抗匹配电路设计和优化结果；3. 波导隙缝天线的性能指标优化结果，如增益、带宽、方向图等；4. 波导隙缝天线的实际测试结果和对比分析。

实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个波导缝隙阵天线2.查看并分析波导缝隙阵天线的二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理波导缝隙阵具有口面效率高、副瓣电平低等优良的性能。

这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙相距0.5λg ，距离波导宽边中心有一定偏移。

Stevenson 给出宽边上纵向并联缝隙的电导为()a x g g π21sin =()()g g b a g λλπλλ2cos 09.221=其中，x 为待求的偏移，a 为波导内壁宽边长度，λg 为波导波长。

在具体的设计中，可以利用HFSS 的优化功能来确定缝隙的谐振长度。

首先确定在谐振缝隙设计中存在的几个变量，主要有缝隙偏移波导中心线的距离Offset ，缝隙的长度L ，缝隙的宽度W 等。

一般可根据实际的加工确定出缝隙的宽度W ，应用HFSS 的优化功能得出缝隙的偏移量Offset 和缝隙长度Length 。

如图1所示，在波端口的Y 矩阵参数可以等效于距检测端口的1/2个波导波长的缝隙中心的Y 矩阵参数，根据波导缝隙的基本设计理论，在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。

因此，当缝隙谐振时有Im(Y)=0。

单缝谐振长度优化示意图如下：设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵，采用Chebyshev 电流分布，前10个缝的电平分布如下：n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a n0.33 0.29 0.39 0.50.62 0.73 0.83 0.91 0.971.0根据电平分布进行归一化：∑==101212n naK短路波端口g λ41g λ21L可以得到K=0.100598。

由下式可以得到各个缝隙的导纳值:gn=Ka2n 各个缝隙的导纳如下：g_1=0.010955，g_2=0.00846 g_3=0.0153，g_4=0.0265 g_5=0.03867，g_6=0.0536 g_7=0.0693，g_8=0.0833 g_9=0.09465，g_10=0.100598选用WR-9型波导，其波导尺寸为：宽边a=22.86mm ，窄边b=10.16mm 。

具备阻抗和低副瓣宽带特性的脊波导缝隙阵列天线设计
脊波导缝隙阵列天线是一种重要的微带阵列天线设计技术。

其特点在于通过在微带上形成等间距的缝隙，从而形成电磁模式的相互作用，提高了天线的收发性能。

在设计脊波导缝隙阵列天线时，需要注意阻抗匹配和低副瓣宽带特性，以保证天线的稳定工作。

首先，在阻抗匹配方面，设计者需要考虑天线与馈线之间的阻抗匹配问题。

由于微带天线的特性，其阻抗与其几何结构紧密相关。

因此，设计者可以通过调整缝隙的间距、宽度以及长度等设计参数，来实现阻抗匹配。

同时，也可以采用匹配网络等技术，进一步优化天线的阻抗特性。

其次，在低副瓣宽带特性方面，脊波导缝隙阵列天线的设计需要兼顾多种因素的影响。

其中，天线的发射功率分布、阵列间距、缝隙长度和宽度以及天线的材料等因素都会对天线的低副瓣宽带特性产生影响。

因此，设计者需要根据实际应用场景，综合考虑这些因素，采用适当的设计参数来达到预期的低副瓣特性。

在实际设计中，更为关键的是，需要采用先进的数值仿真工具来验证天线的设计方案。

近年来，数值仿真技术不断发展，可以在短时间内快速准确地模拟天线的性能。

因此，设计者可以采用专业的数值仿真软件，如CST Studio Suite等，来验证天线设计的阻抗匹配和低副瓣特性，从而为实际制作提供指导。

综上所述，设计具备阻抗和低副瓣宽带特性的脊波导缝隙阵列
天线需要充分考虑多种设计因素，采用适当的设计参数，并借助先进的数值仿真工具进行验证。

这有助于提高天线的收发性能，满足实际需求。