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4.1.1 辐射单元基本原理 23
4.1.2 天线整体结构及工作原理 24
4.2 SIW馈电的电磁互补偶极子天线的性能分析 25
4.3 SIW馈电的电磁互补偶极子天线与其它天线的性能比较 28
4.3.1 同轴馈电的电磁互补偶极子天线 28
4.3.2 电磁互补偶极子设计的SIW缝隙天线 29
4.4 本章小结 30
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
1 绪论
1.1 引言
近代电磁学经历了三百多年的发展。麦克斯韦方程组预言了电磁波的存在，1886年被赫兹的著名实验所证实。随着马可尼的越洋通信的成功，天线作为无线电应用的关键设备，也逐渐形成一个庞大的家族，并突现出“线天线”、“面天线”、“阵列天线”三条平行发展的轨迹。到现在，天线的功能己从单一的电磁波能量转换器发展成兼做信号处理的系统。为了满足信息社会的发展需要，天线的工作频段越来越宽，频谱利用正从VHF到UHF，并上升到微波和毫米波。在卫星移动通信系统中，频谱利用正由C波段、Ku波段提升至Ka波段和V/Q波段。宽频带天线指某一类型的天线为了满足通信的需要而具有宽频带特性。不同类型的天线实现宽频带的方法也不一样，但是，要实现天线的宽频带，则要综合考虑天线的其它特性。天线的频带宽度是指天线的主要电指标如增益、主瓣宽度、副瓣电平、输入阻抗、极化特性等均满足设计要求的频率范围，或称天线的工作带宽，简称天线带宽。根据无源天线收、发的互易性，同一副天线作为发射或接收时，电特性是相同的。
天线在无线电设备中的主要功能有两个[1]：第一是能量转换功能，第二是定向辐射（或接收）功能。能量转换功能是指导行波与自由空间波之间的转换。定向作用是指天线辐射或接收电磁波具有一定的方向性，根据无线电系统设备的要求，发射天线可把电磁波能量集中在一定的方向辐射出去，接收天线可只接收特定方向传来的电磁波。可以看出，发射天线和接收天线之间的关系类似于发电机与电动机之间的关系，前者是在导行波与自由空间波之间往返变换，后者则在机械能和电能之间往返变换，这种相似性表明收发天线之间存在着一定的可逆性。随着无线电技术的飞速发展和无线电设备应用场合的日益扩展，已出现了适于不同用途且种类繁多的天线。在天线工程设计中选择哪种类型的天线很大程度上取决于特定应用场合系统的电气和机械方面的要求。对品种繁多的天线进行分类是件十分困难的事。按工作性质可分为发射天线和接收天线；按用途可分为通信天线、雷达天线、广播天线、电视天线等；按频段可分为长波天线、中波天线、短波天线、微波天线等。
根据离开天线距离的不同，将天线周围的场区划分为感应场区，辐射近场区和辐射远场区。感应场区是指很靠近天线的区域。在这个场区，电磁波的感应场分量远大于辐射场，而占优势的感应场之电场和磁场的时间相位相差90°，坡印亭矢量为纯虚数。因此，在这一区域不辐射功率，电场能量和磁场能量相互交替地贮存于天线附近的空间内。无限大孔径天线不存在感应场区，有限大孔径天线，在其中心区域感应场区仍可忽略，只是在孔径边缘附近存在感应场。感应场随离开天线距离的增加而极快衰减，超过感应场区后，就是辐射场占优势的辐射场区了。辐射近场区中电磁场的角分布与离开天线的距离有关，即在不同距离处的天线方向图是不同的。这是因为：(a)由天线各辐射元所建立的场之相对相位关系是随距离而变的；(b)这些场的相对振幅也是随距离而改变的。在辐射近场区的内边界处(即感应区的外边界处)，天线方向图是一个主瓣和副瓣难分的起伏包络。随着离开天线距离的增加，直到靠近远场辐射区时．天线方向图的主瓣和副瓣才明显形成，但零点电平和副瓣电平较高。辐射近场区的外边就是辐射远场区。这个区域中场的特点是：(a)场的大小与离开天线的距离成反比；(b)场的角分布(即方向图)与离开天线的距离无关；(c)方向图主瓣、副瓣和零值点已全部形成。天线通常是用来向远场区传送能量，因此，天线工作者的主要兴趣也在这一区域上。场在近场区城内的细微变化情况是复杂的，它取决于孔径面上的特定振幅分布，但流过任一近场“管道”截面的功率恒等于总的辐射功率。随着向远场区的接近，功率密度逐渐趋于1/ 规律变化。