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寫在前面： 波導縫隙陣列的設計牽扯到非常多的公式，基本很少有人去推導，因此嘗試從一些基本原理論述的方向來做點仿真和介紹?？p隙天線實際上就是單極子天線的互補，陣列基礎單元的原理是相通的，只是在組陣的形式上會有一些考究。和微帶陣列一樣，合理的激勵和相位分布也可以設計出滿足需求的方向圖。
 E&H Plane
不同陣列間距產(chǎn)生的柵瓣 線性波導陣列通常分為兩個基本類別，即諧振式波導和行波波導。在后一種情況下，從饋電發(fā)射的波的幅度向負載衰減，其中很少的剩余功率被匹配的負載吸收。行波與輻射縫隙之間的耦合向負載方向增加，使得陣列后半部分的輻射強度與前半部分的輻射強度相當。縫隙間隔開，使得縫隙之間存在漸進的相移，從而產(chǎn)生一定寬度的主瓣波束。此外，天線在相當寬的帶寬內(nèi)匹配良好，并且?guī)挷粫S著陣列長度的增加而降低。 文中以諧振式陣列為例。由于波導通過短路終止，因此在波導內(nèi)形成駐波，在縫隙的中心具有相同的場最大值。每個槽的輻射相位在中心頻率處是相同的，從而產(chǎn)生寬邊波束。性能帶寬通常比行波設計窄。見下圖的電磁和磁場仿真結果。
E_Field
H_Field 波導縫隙陣列較為突出的特征之一是縫隙和波導傳輸線之間的耦合可以很容易地改變。波導上的縫隙隨著其切割位置的不同構成了不同形式的縫隙。經(jīng)常使用的縫隙有開在波導窄邊的傾斜縫隙，開在波導寬邊的縱向縫隙、橫向縫隙以及開在波導寬邊中心線上到傾斜縫隙，它們既可以是諧振式的，也可以是非諧振式的（行波波導）。由于這些縫隙均切割表面電流，因而將向外部空間輻射能量，對這些縫隙的個數(shù)、位置、尺寸、排列進行精心選擇，就能產(chǎn)生各種實用的天線方向圖。使用縱向寬壁縫隙的一個優(yōu)點是加工方便和擁有較高的極化純度。 工作機理 波導縫隙天線可以用等效電路模式來分析，其中相鄰縫隙中心之間的波導部分是傳輸線，而縫隙是與傳輸線分流的有損諧振元件。在縫隙的諧振頻率（選擇與中心頻率相同）下，縫隙導納幾乎是純實數(shù)，可以用電導G表示。由于與波導場的耦合，這個縫隙的電導, 隨著縫隙遠離波導中心而增加。 將波導末端的短路置于最后一個槽中心之外的 n/4 λg 處（其中 λg 是波導中的波長，n = 1、3、5...），短路表現(xiàn)為與最后一個縫隙并聯(lián)的開路，因此對中心頻率處的天線輸入導納沒有影響。因為每個分流元件沿傳輸線相距 λg/2，所以在第一個縫隙處看到的輸入導納只是所有縫隙電導的總和。此外，該間距確?？p隙激勵同相，使天線在寬邊輻射。
天線在波導橫截面的平面上產(chǎn)生一個扇形波束，就阻抗和方向圖特性而言，帶寬相當窄。 下面的圖是Villeneuve 激勵分布的6、20 和 50陣元特性。 阻抗特性 在中心頻率下，縫隙電導在饋電端口處簡單地相加，從而獲得非常好的匹配。然而，短路終端僅在中心頻率處的第一個縫隙處轉換為開路。這種反射的相位隨頻率變化的速度取決于波導從第一個縫隙到終端的長度，且相位誤差會隨著陣列長度的增加而變得越來越嚴重。單元相位誤差越大引起的后果則是方向圖的波束偏轉。對于較大的陣列，阻抗帶寬主要由波導的長度決定。對于小型陣列，帶寬可能會受到各個縫隙的帶寬的限制。
Typical reflection coefficient 輻射特性 不同陣元的方向圖見下面， 天線 E 平面的方向圖非常寬，基本上是單個縫隙的方向圖。而且由于縫隙是沿著波導中心軸線交替設計的，因此波導中心軸兩邊旁瓣電平較高，由于這些旁瓣不在主測量平面上，所以通常這些旁瓣電平是很難測試到的。與阻抗一樣，輻射方向圖隨著設計頻率附近的頻率迅速降低，尤其是對于較長的陣列。
不同陣元的方向圖
E&H_Plane
波導縫隙天線陣列的設計主要取決于在縫隙位置及尺寸的確定，也即從中心線偏移的不同縫隙的諧振長度和電導值。當下面的這些條件已知時，就可以根據(jù)所需的電導值計算縫隙的偏移和長度。 · 保持波導縫隙的間距為波導中波長的一半。 · 確保最后一個縫隙與波導短路之間的距離是波導中四分之一波長的奇數(shù)倍，即 λg/4、3λg/4、5λg/4 等。 · 為了增加縫隙和波導之間的耦合，從而增加縫隙的電導，可以將縫隙到波導中心軸的距離增大。 · 為增加帶寬，可以減少陣列中的縫隙數(shù)量或考慮使用行波設計。如果使用的縫隙很少，則增加縫隙槽寬度可能會有所幫助。 · 如果非測量平面（E_H plane）旁瓣過高，則可以考慮使用帶有一定角度的旋轉縫隙（寬壁或窄壁），不過，由于縫隙角度變化會產(chǎn)生更多大交叉極化波瓣。 |
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