半波長縫隙天線是所開縫隙為二分之一波長的一種縫隙天線，而縫隙天線是在金屬體表面開縫，所開縫隙必須截斷金屬壁表面電流，表面電流的一部分繞過縫隙，而另一部分以位移電流的形式沿原方向流過縫隙，位移電流的電力線將向外空間輻射。
基本介紹
- 中文名：半波長縫隙天線
- 外文名：Half-wavelength slot antenna
- 屬性：縫隙天線
- 特點：低剖面、可集成化
- 套用：移動通信、衛星廣播等領域
- 分類：微帶縫隙、波導縫隙
縫隙輻射原理
縫隙的輻射原理可以通過一個理想開縫天線模型加以說明，最簡單的分析辦法是將縫隙等效為一個磁振子天線，認為它是具有磁流源的天線，利用對偶性原理，磁振子的輻射可以通過電振子的輻射來類比。
如圖1所示為半波長縫隙天線，2l大小為半個波長，可以近似看作一個理想開縫天線（即在無限大且非常薄的理想導電體表面上的開縫）。
根據電磁對偶性及巴稗涅原理可知，該縫隙天線的互補屏是一個極薄的，其大小和形狀與縫隙完全相同的理想導電金屬片（即如果將此金屬片放置在縫隙的位置，它將恰好填補縫隙而構成一個完整的金屬平面），這是一個片狀的電振子天線。
比較這兩種天線在其表面上的邊界條件：在縫隙上，磁場矢量的切向分量Hts=0，而在振子上，電場矢量的切向分量Etd=0，在縫隙所在的平面上，除縫隙之外的其餘部分，電場切向分量Ets=0，而在振子所在的平面上，除振子之外的其餘部分，磁場切向分量Htd=0。由此可見，在電場與磁場矢量可以互換的條件下，理想縫隙天線與等效振子天線的邊界條件是恆等的。根據唯一性定理，在封閉面上，只要給定場強的切向分量，就可唯一決定整個空間的場。因而，由麥克斯韋方程求得的振子天線的解，只需將其中的電場矢量更換為磁場矢量，而將磁場矢量更換為電場矢量，即可得到縫隙天線的解。
對兩種天線的激勵方式也是完全對偶的：對於電振子天線，一般認為它如同張開的雙線結構，載有駐波電流，其電流按正弦規律分布。
其中，振子上為電流波腹點的振幅值：同樣，對於縫隙天線，無論縫隙被何種方式激勵，縫隙中只存在切向的電場強度，電場強度一定垂直於縫隙的長邊，並對縫隙的中點呈上下對稱的駐波分布，因而沿縫隙的電壓也是按正弦規律分布，即
式中Ums為縫隙中波腹處的電壓振幅值。
利用麥氏方程及相應的邊界條件不難求得電振子天線的輻射場為
由於帶狀振子無限薄，其截面周長為2w，故振子電流Imd可用電流波腹處的磁場矢量切向分量Htd表示
因而，利用對偶原理，上式中將電磁對偶量對應替換，即可得到縫隙天線的解，半波長的理想縫隙天線的輻射磁場為
式中Ets為理想縫隙天線在其電壓波腹處的電場切向分量。由於縫隙的波腹電壓
理想縫隙天線的電磁場分布如圖2所示。可見，理想縫隙天線與同長度的對稱振子天線具有完全一樣的方向性，只不過是電磁場的極化方向互換而已，理想縫隙天線的E面方向圖與對稱振子天線的H面方向圖完全一致，而理想縫隙天線的H面方向圖與對稱振子天線的E面方向圖完全一致。其方向函式均為
因為縫隙長度為半波長所以，
圖2
特點和優勢
半波長縫隙天線是在金屬板、波導管、同軸線或諧振腔上開縫隙，電磁波通過縫隙向外空間輻射，從而構成的一種口徑天線。其最大的特點是低剖面，具有良好的平裝結構，易於與安裝物體共形，因而被稱為“薄紙”天線。半波長縫隙陣列天線對天線口徑面內的幅度分布容易控制、口徑面利用率高、體積小、重量輕、可以實現低或極低副瓣。同時，半波長縫隙天線還具有結構牢固、簡單緊湊、易於加工、造價經濟、饋電方便、架設簡單以及可隱蔽性、可裝飾性等優勢。
分類
通常用的半波長縫隙天線有兩種類型，一種是開在金屬平板上的縫隙一平板縫隙天線，一種是開在波導壁上的縫隙一波導縫隙天線。近年來，波導縫隙陣列天線由於其低損耗、高輻射效率和性能穩定等一系列突出優點而得到廣泛套用，而平板縫隙天線卻因為損耗較大、功率容量低、效率不高、發展較為緩慢。
