低相對介電常數(shù)的圓極化徑向縫隙天線的分析

低相對介電常數(shù)的圓極化徑向縫隙天線的分析徑向縫隙天線是高增益、高效率的平面縫隙陣列天線。天線縫隙陣列按一定的規(guī)律排布在徑向波導的上表面，徑向波導內部填充由慢波材料來抑制天線的柵瓣，其中慢波材料的相對介電常數(shù)一般的選擇范圍是1.5~2.5。本文設計的徑向縫隙天線中填充徑向波導的慢波材料的相對電常數(shù)為1.06。依據(jù)徑向縫隙天線的設計原則，適當調整縫隙的排布，所設計天線并未出現(xiàn)柵瓣，并且有較好的方向性。天線的仿真結果與測量結果吻合的較好。

引言

相對于其他直播星天線，徑向縫隙天線由于其高增益、高效率、體積小、壽命長、牢固耐用等優(yōu)點受到許多國家的科研工作者的廣泛關注，并且國外已經(jīng)廣泛應用，方便著人們的日常生活。

“徑向波導縫隙天線”這個術語首先是由N.Goto和M.Yamamoto在1980年提出來的;而最先研究這款天線的可能是F.J.Goebels和K.C.Kelly，他們于1961年提出通過調整饋電電路設計一個能夠接收圓極化、線極化或橢圓極化信號的固定形狀的筆形波束的天線。Takahashi.M.等人于1995提出了采用波束傾斜的方法來消除反射，PaulW.Davis和MarekE.Bialkowski于1997年采用增加反射縫隙的方法來消除反射。進入21世紀，仍然有大量的科研工作出現(xiàn)：20**年日本東京工業(yè)大學的MasahideUndo等人對兩個不同介電常數(shù)的材料疊加一起形成慢波構造開展了研究;20**年，東京工業(yè)大學的TungNguyen等人設計了橢圓波束的徑向縫隙天線。徑向縫隙天線的研究大都基于相對介電常數(shù)較大的介質材料上，因為如果相對介電常數(shù)的范圍在1.5~2.5之間，那么所設計的徑向縫隙天線將不會出現(xiàn)柵瓣。

本文的研究是相對介電常數(shù)為1.06的發(fā)泡材料填充的徑向線波導上開縫所形成的徑向縫隙天線。依據(jù)徑向縫隙天線基本的設計原理，通過合理調整縫隙的長度和角度來抑制天線柵瓣的出現(xiàn);通過對所加工的天線開展多次測量，求均值盡可能消除誤差后，所得到的天線方向圖與仿真所得到的方向圖吻合較好。

天線構造

徑向縫隙天線由三個部分組成，饋電網(wǎng)絡、徑向波導和縫隙陣列，其整體構造圖形見圖1。圖中采用SMA接頭對徑向波導開展饋電，然后能量從中間向徑向波導四周流動，流動的過程中一部分能量通過縫隙向外輻射，其余的能量繼續(xù)向四周流動。

徑向波導部分有兩種設計構造，雙層徑向波導構造和單層徑向波導構造。在早期的研究當中都采用的是雙層徑向波導構造，這樣的構造方便陣列天線縫隙的設計，因為上層徑向波導中能量是由邊緣向中心流動，隨著縫隙的輻射到中心的能量逐漸減少，這樣可以把縫隙的長度設計成一致。

圖1徑向縫隙天線的構造

但是雙層波導構造所設計的天線當能量傳輸?shù)街行奈恢煤笫Ｓ嗄芰康奶幚磔^麻煩、效率和增益都比較低，而且由于不易于加工帶來了加工費用的增加，不利于商業(yè)應用。20世紀90年代后開始采用單層波導構造。

采用單層波導構造的設計方式克服了上述缺點，但同時也給天線縫隙的設計帶來了很大的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在縫隙長度設計不一致、最里圈和最外圈縫隙的設計等。本文采用的是單層徑向波導設計構造，采用SMA接頭開展饋電，徑向波導上下兩層均采用導電性好的良導體。

結論

依據(jù)徑向縫隙天線的設計理論設計了圓極化徑向縫隙天線，調整縫隙的長度和角度可以改善天線的性能。通過對于所加工的兩個徑向縫隙天線的測量，與相應的仿真結果開展比對，發(fā)現(xiàn)仿真結果的方向圖和實際測量所得到