更新时间:2022-08-25 18:30
慢波天线利用结构上的变化来截断正在传播的表面波,使其在不连续处产生功率辐射的天线。表面波是沿两种媒质的交界面传播、而在垂直于交界面方向的场是按指数律递减的电磁波,其传播速度小于自由空间的波速。慢波结构是传输表面波的一种结构,所以慢波天线又称表面波天线。
除了常用的TEM波传输线及封闭的金属波导之外,还有一类开放结构也可以用来引导电磁波传播。这类开放结构可以引导一种波型,这种波型的特征是场在结构的横向随离开表面的距离呈指数衰减,而沿结构的轴向按规律传播,这种波型称为表面波,这类引导表面波的结构称为表面波波导。与终端开路的金属波导口可以辐射电磁波类似,终端开路的表面波波导也可以辐射电磁波。表面波沿波导传输到终端后形成一个等效的照射“口径”,这个等效口径在端射方向辐射电磁波。如此构成的天线称为表面波天线,即慢波天线。
慢波天线由激励器和导向体两部分构成,它可以做成各种形状。慢波天线的典型形式是图1中a的平面结构,导向体采用波纹金属面或覆盖介质层的金属板,用喇叭或线振子来激励。柱面的慢波天线中,最普通的形式是图1中b的介质天线,或是采用圆波导激励的套有一系列金属盘的金属杆──雪茄形天线,它等效于一种人工介质结构。此外,广泛应用的螺旋天线、八木-宇田天线,皆为慢波结构,都可以看成是慢波天线。
激励器在导向体上激励起的表面波,沿导向体传输至终端处产生辐射,未转变为表面波的那部分功率直接由激励器向空间辐射。因此,慢波天线的总辐射场是这两部分场的叠加。
慢波天线方向图带宽大部分为±10%~±15%。采用减小终端反射方法后,驻波系数可调到1.1~1.5,天线效率与选用的介质材料损耗有关,当tgδ>10-3时,其效率值L/λ增大而减小,当tgδ<10-3时,效率随L/λ的变化不大,若tgδ<10-4,表面波天线效率一般为90%以上。当天线由损耗极小的介质制作时,天线效率η约为1,则天线的增益系数约等于方向性系数。
慢波天线的特点是能沿金属面平装。从电性能上说,它能在较宽的频带内保持一定的方向性和输入阻抗,且具有中等增益(通常小于20分贝)。在方向图的控制上,主波束可以工作在端射方向,也可以工作在边射方向。当慢波天线工作在微波波段的低端且用作地面天线时,往往采用人工介质结构,它比固态介质轻得多;介质覆盖的金属面通常用作飞机或导弹上的平装天线。
慢波天线按其特性来看,是行波天线的一种,故可根据一般行波天钱设计方法进行设计。如波长、方向图宽度等均已给定,则可以首先选择激励器及引向器型式。然后再按一定公式计算选择天线长度,按公式求出K1值,即求出所需的相速V。由保证V的值来选择波纹表面(或介质)的各个参数.最后,由实际的测试来确定各个参数的修正值。