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(dǎo)的上表面，徑向波導(dǎo)內(nèi)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(shè)計的徑向縫隙天線中填充徑向波導(dǎo)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(shè)計原則，適當(dāng)調(diào)整縫隙的排布，所設(shè)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(jié)果與測量結(jié)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、堅固耐用等優(yōu)點受到許多國家的科研工作者的廣泛關(guān)注，并且國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用，方便著人們的日常生活。

　　“徑向波導(dǎo)縫隙天線”這個術(shù)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(diào)整饋電電路設(shè)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辦法來消除反射，Paul W. Davis 和Marek E. Bialkowski 于1997年采用增加反射縫隙的方法來消除反射。進(jìn)入21 世紀(jì)，仍然有大量的科研工作出現(xiàn)：2007 年日本東京工業(yè)大學(xué)的Masahide Undo 等人對兩個不同介電常數(shù)的材料疊加一起形成慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究;2012 年，東京工業(yè)大學(xué)的Tung Nguyen 等人設(shè)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(zhì)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(shè)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(dǎo)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(shè)計原理，通過合理調(diào)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進(jìn)行多次測量，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。

天線結(jié)構(gòu)

　　徑向縫隙天線由三個部分組成，饋電網(wǎng)絡(luò)、徑向波導(dǎo)和縫隙陣列，其整體結(jié)構(gòu)圖形見圖1。圖中采用SMA接頭對徑向波導(dǎo)進(jìn)行饋電，然后能量從中間向徑向波導(dǎo)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(dǎo)部分有兩種設(shè)計結(jié)構(gòu)，雙層徑向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和單層徑向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在早期的研究當(dāng)中都采用的是雙層徑向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)方便陣列天線縫隙的設(shè)計，因為上層徑向波導(dǎo)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(shè)計成一致。

圖1 徑向縫隙天線的結(jié)構(gòu)

　　但是雙層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所設(shè)計的天線當(dāng)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(yīng)用。20 世紀(jì)90 年代后開始采用單層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

　　采用單層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式克服了上述缺點，但同時也給天線縫隙的設(shè)計帶來了很大的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在縫隙長度設(shè)計不一致、最里圈和最外圈縫隙的設(shè)計等。本文采用的是單層徑向波導(dǎo)設(shè)計結(jié)構(gòu)，采用SMA 接頭進(jìn)行饋電，徑向波導(dǎo)上下兩層均采用導(dǎo)電性好的良導(dǎo)體。

結(jié)論

　　依據(jù)徑向縫隙天線的設(shè)計理論設(shè)計了圓極化徑向縫隙天線，調(diào)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(yīng)的仿真結(jié)果進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果的方向圖和實際測量所得到的方向圖吻合較好，印證了天線設(shè)計的有效性和可行性。

　　在實際設(shè)計的天線中，測量所得到的中心頻率偏移相較于仿真結(jié)果較大，這是在后續(xù)工作中需要改進(jìn)的。