慢波天線

慢波天線利用結構上的變化來截斷正在傳播的表面波，使其在不連續處產生功率輻射的天線。表面波是沿兩種媒質的交界面傳播、而在垂直於交界面方向的場是按指數律遞減的電磁波，其傳播速度小於自由空間的波速。慢波結構是傳輸表面波的一種結構，所以慢波天線又稱表面波天線。

基本介紹

• 中文名：慢波天線
• 外文名：Slow-wave antenna
• 別稱：表面波天線
• 特點：能沿金屬面平裝
• 目的：指數律遞減的電磁波
• 結果：產生功率輻射的天線

簡介

除了常用的TEM波傳輸線及封閉的金屬波導之外，還有一類開放結構也可以用來引導電磁波傳播。這類開放結構可以引導一種波型，這種波型的特徵是場在結構的橫向隨離開表面的距離呈指數衰減，而沿結構的軸向按規律傳播，這種波型稱為表面波，這類引導表面波的結構稱為表面波波導。與終端開路的金屬波導口可以輻射電磁波類似，終端開路的表面波波導也可以輻射電磁波。表面波沿波導傳輸到終端後形成一個等效的照射“口徑”，這個等效口徑在端射方向輻射電磁波。如此構成的天線稱為表面波天線，即慢波天線。

構成

慢波天線由激勵器和導向體兩部分構成,它可以做成各種形狀。慢波天線的典型形式是圖1中a的平面結構,導向體採用波紋金屬面或覆蓋介質層的金屬板,用喇叭或線振子來激勵。柱面的慢波天線中,最普通的形式是圖1中b的介質天線,或是採用圓波導激勵的套有一系列金屬盤的金屬桿──雪茄形天線,它等效於一種人工介質結構。此外,廣泛套用的螺旋天線、八木-宇田天線,皆為慢波結構,都可以看成是慢波天線。
激勵器在導向體上激勵起的表面波,沿導向體傳輸至終端處產生輻射,未轉變為表面波的那部分功率直接由激勵器向空間輻射。因此,慢波天線的總輻射場是這兩部分場的疊加。

圖1慢波天線構成

參數

慢波天線方向圖頻寬大部分為±10%~±15%。採用減小終端反射方法後，駐波係數可調到1.1~1.5，天線效率與選用的介質材料損耗有關，當tgδ>10^-3時，其效率值L/λ增大而減小，當tgδ<10^-3時，效率隨L/λ的變化不大，若tgδ<10^-4，表面波天線效率一般為90%以上。當天線由損耗極小的介質製作時，天線效率η約為1，則天線的增益係數約等於方向性係數。

特點

慢波天線的特點是能沿金屬面平裝。從電性能上說,它能在較寬的頻帶內保持一定的方向性和輸入阻抗,且具有中等增益(通常小於20分貝)。在方向圖的控制上,主波束可以工作在端射方向,也可以工作在邊射方向。當慢波天線工作在微波波段的低端且用作地面天線時,往往採用人工介質結構,它比固態介質輕得多;介質覆蓋的金屬面通常用作飛機或飛彈上的平裝天線。

設計

慢波天線按其特性來看，是行波天線的一種，故可根據一般行波天錢設計方法進行設計。如波長、方向圖寬度等均已給定，則可以首先選擇激勵器及引向器型式。然後再按一定公式計算選擇天線長度，按公式求出K₁值，即求出所需的相速V。由保證V的值來選擇波紋表面(或介質)的各個參數.最後，由實際的測試來確定各個參數的修正值。