缝隙天线简介[搬运]

本文旨在介绍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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缝隙天线通常在300 MHz和24 GHz之间的频率下使用。缝隙天线之所以受欢迎，是因为它们可以存在于几乎任何表面，只要切几条缝就行了，并且具有大致全向的辐射方向图（类似于线性线天线）。缝隙天线的极化是线性的。缝隙的大小，形状以及它后面的空间（空腔）提供了可用于调整性能的设计变量。

考虑一个无限大的导电片，它有一个切成长a宽b的矩形缝隙，如下图所示。如果我们可以激发缝隙（通常称为口径）中的磁场并使之呈现一定特性，我们就有了一个缝隙天线。
为了获得有关缝隙天线的直观理解，首先我们将学习Babinet原理（H. G. Booker在1946年将其转化为天线术语）。该原理将孔径或缝隙天线的辐射场和阻抗与其互补天线的场联系起来。一个缝隙天线的互补天线是指，将导电材料和空气交换，——也就是说，缝隙天线成为空间中的金属平板。互补天线的示例如下图所示：

注意，在缝隙天线的短路端两端施加了电压源。这会在缝隙内引起电场分布，并且围绕缝隙边缘流动的电流会导致辐射。互补天线类似于偶极子天线。电压源施加在偶极子的中心，所以电压源旋转了90度。

Babinet原理的第一个结果表明，缝隙天线的阻抗（Zs）与互补天线的阻抗（Zc）之间的关系为：

在上式中，η是自由空间的本征阻抗（≈120pi）。 Babinet / Booker原理的第二个主要结果是，互补天线的场几乎与缝隙天线相同（但是场分量要互换，比如E换成H，所以称其为互补）。也就是说，缝隙天线（带下标S）的场与互补天线（带下标C）的场通过以下方式相关：因此，如果我们知道了互补天线的场，就能知道缝隙天线的场。因此，由于我们很容易可视化偶极子天线的场，如果理解巴比涅原理，缝隙天线的场和阻抗就将变得很直观。

注意，两个天线的极化是相反的。也就是说，因为上图右侧的偶极天线是垂直极化的，所以左侧的缝隙天线将是水平极化的。

互补天线举例

例如，考虑一个类似于上图右侧所示的偶极子。假定偶极子的长度为14.4厘米，宽度为2厘米，并且在1 GHz时的阻抗为65 + j15欧姆。偶极天线的场由下式给出：

请问与偶极子尺寸相同的1 GHz缝隙中的电场是什么呢？

使用Babinet原理，可以轻松算出阻抗：

本例中缝隙的阻抗要大得多，而且偶极子的阻抗是感性的（虚部为正），缝隙的阻抗是容性的（虚部为负）。缝隙的电场很容易给出：
我们看到，电场仅包含phai（方位角）分量。因此缝隙天线是水平极化的。

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