腔体缝隙天线[搬运]
本文旨在介绍腔体缝隙天线的基本知识。搬运自https://www.antenna-theory.com。英语够用的朋友可以直接移步。感谢网站创始人Peter Joseph Bevelacqua教授的无私奉献。
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上一篇介绍的缝隙天线主要是理论上的（能让你直观地了解缝隙天线的工作原理）。但是，由于缝隙开在一个无限大的导电板上，因此并不完全实用。实用的缝隙天线是开在腔体上的。不幸的是，与腔体缝隙天线相关的方程式有些复杂，而且我认为这些方程式并没有说清楚其工作原理。 因此，我将介绍基础知识和一些实验结果，并尝试给出有关参数设计的一些指导意见。
基本的腔体缝隙天线如下图所示（以A * B * C大小的矩形立方体表示）。墙壁是金属的（导电的），内部是空心的。一端切出一个缝隙。空腔的电场通常由空腔内部的探针天线激发，该天线通常为单极天线，在图中以绿色表示。
我将给出此天线的一些实验结果。假设腔体深度C = 91mm，长度为A = 87mm，高度B = 36mm。单极天线的高度为29.5mm，是四分之一波长。因此单极天线的中心频率为2.55 GHz。单极子在y方向上居中，并在x方向上位于缝后61.5mm。缝隙的长度为58mm（y方向），高度为3mm（z方向）。单极子距离腔体后边缘的距离也为29.5mm（或四分之一波长），这有助于使从后壁反射的能量与初级（前向）单极辐射同相返回。
针对此天线（相对于50欧姆源）测量S11，下图中显示了其关于频率的变化规律：
这种腔体缝隙天线的第一谐振频率大约为2.45 GHz。在此频率下，腔体缝隙天线大约长0.474个波长——这大约是谐振偶极子天线的长度。在此频率下，S11降至-20 dB以下，表明大部分功率被辐射出去。当S11小于-6 dB的频率跨度（以任意方式测量）时，带宽大约在2.35 GHz至2.55 GHz之间，部分带宽略高于8％。
请注意，S11曲线中出现了另外两个极小值（“共振”），大约在3 GHz和4.18 GHz处。在这些频率下，缝隙长度分别为0.58和0.81个波长。
空腔的体积通常会影响带宽——较大的体积通常会产生较大的带宽。腔体内的材料（到目前为止，我一直假设它充满了空气）可以用电介质代替。这减小了缝隙的谐振长度，从而允许使用更小的天线，代价是带宽和效率通常会降低。
现在给出2.45 GHz的辐射方向图，下图分别为H平面（xy平面）和E平面（xz平面）。
腔体缝隙天线的辐射方向图在某种程度上类似于前H平面中的偶极天线。3dB的波束宽度在该平面上约为60度。辐射方向图在后H平面上减小了，后瓣的主瓣距主波束的峰值约6 dB。在E平面中，图案相当宽，具有约120度的3dB波束宽度。这些天线的宽型设计使其非常适合用于天线阵列。 细缝隙的峰值增益通常约为2-3 dB。
你可能想知道如何确定天线设计参数（A，B，C，单极天线高度和位置）。通常，空腔的体积是给天线设计者的空间限制的一部分。这意味着有人可能会来找天线工程师说：“我们有足够的可用空间，你可以在这里造一个2.4 GHz天线吗？”然后，将单极子的高度和位置以及缝隙的长度和高度作为设计变量。从计算机仿真或实验模型中，都可以选择合适的设计。通常，天线设计人员更喜欢增加空腔的体积，并应确定整体性能达标的前提下腔体的最小体积。 请注意，除了用单极天线向缝隙馈电，还可以直接向缝隙天线馈电。
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