波导缝隙的理论最早由A。F。Stevenson和W。H。Watson进行研究。1948年Stevenson的等效传输线理论模型、Stegen建立起的缝隙导纳与辐射场的相位之间的关系以及后来Oliner和Khac等运用矩量法和变分法对缝隙阻抗的推导,这些研究都是波导裂缝天线设计的主要理论依据。78744

对于波导缝隙的研究从来都没有停止过,上个世纪七十年代初至九十年代末,波导缝隙的理论得到了飞速的发展,许多经典的理论被不断提出和逐渐完善。80年代,Elliott提出了在小型缝隙阵列的设计过程中确定缝隙偏移量和长度的方法。1992年,Yee提出了精确设计纵缝平面阵列的方法。近几年,各国专家学者对于波导缝隙天线的研究,尤其是改善天线的性能和新材料在波导缝隙天线中的应用方面,有了进一步的发展。

中国对于波导缝隙天线的研究是从上个世纪七十年代开始的,在理论研究、设计方案、实验分析以及加工制造工艺等方面做出了极大的贡献。吕善伟等人采用了矩量法对辐射缝隙、交叉波导耦合缝隙和耦合缝隙与相邻的辐射缝隙之间的影响进行了大量的理论分析和计算,并发表了多篇论著[11]-[14]。论文网

波导缝隙天线的重点研究内容之一是天线的极化方式。最早的双极化是通过矩形波导窄边斜缝和矩形波导宽边纵缝的形式取得的,但是其每种极化所对应的交叉极化都不尽如人意。于是Ajioka提出用非倾斜缝隙缝隙作为辐射单元组成的天线,得到极高的交叉极化抑制性能。Hashemi。Yeganehll总结了前人的工作和理论并进行了进一步分析。随后Hirokawa对真实外部结构的情况进行分析,然而因为其加工困难,这次的改进不算是很完善。对于这个情况,上海大学的博士汪伟提出了在缝隙两边放置一对切角矩形金属膜片,紧贴于波导的窄边和宽边上,此结构对于复合材料天线阵的制作很有帮助,发表于其博士毕业论文中[16]。

双极化波导缝隙天线的垂直极化缝隙最早是用矩形波导宽边纵缝,但是因为矩形波导横截面尺寸过大的缘故,又有人开发了单脊波导宽边纵缝的形式来取代矩形波导宽边纵缝,其有利于降低阵列间距。

2005年,来自东京工业大学的Hirokawa在其文献中提出了一种解决办法,用矩形波导谐振腔开±45°的两个正交的缝隙实现双极化,但是该天线形式应用了过多的介质材料,使得效率较低且损耗较大。2008年,电子科技大学的胡皓全教授提出在偏置缝对侧增加金属制调谐块以改善驻波,用单脊波导的宽边偏置缝来给波导谐振腔馈电,在波导谐振腔上方开一个斜缝,相邻的谐振腔上辐射缝隙正交。但是这个形式的天线需要对各个偏置缝处的金属进行单独调谐,使得设计和加工相当复杂。随后汪伟博士提出类比矩形波导窄边电流和单脊波导脊边电流分布,在单脊波导脊边开V型双斜缝来实现新型的水平极化缝隙,这种天线后来实际应用于X波段双极化SAR成像系统中。2014年,Hirokawa提出了一种新型的双极化波导缝隙天线,采用了全并馈形式,用十字形缝隙单元实现两种辐射线极化,且各个缝隙单元之间并联馈电,大大提高双极化波导缝隙天线的驻波及增益带宽。

不仅如此,还有很多学者在降低加工难度,拓宽带宽等方面对波导缝隙天线继续进行着深入研究。

近年来随着计算机科技的飞速发展,简单高效的三维电磁仿真软件(HFSS,CST等)的出现,为波导缝隙天线及馈电网络的设计提供了极大的方便,本文使用三维电磁仿真软件HFSS进行天线的仿真设计。

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