波导缝隙阵列（五）
本期是补充缝隙天线、矩形波导和波导缝隙天线的基础知识篇。
缝隙天线
开在无限大和无限薄的导电平面上的直线缝隙称为理想缝隙，可以由跨接在窄边上的微带传输线、同轴线以及波导传输线激励。如下图所示：
缝隙的宽度 ω 远小于波长，要求缝隙为谐振状态，通常取缝长为半波长。只有缝隙的切向存在电场，电场垂直缝隙的长边，并以驻波形式分布。通常，理想缝隙与和它尺寸完全相同的电对称振子称为互补天线。任意长度的理想缝隙天线的输入阻抗、辐射阻抗均可以由与其互补的电对称振子的相应值求得。因为谐振电对称振子的输入阻抗为纯阻，所以谐振缝隙的输入电阻也为纯阻，并且理想缝隙的谐振长度稍短于半波长的整数倍。缩短量与缝隙宽度有关，且缝隙越宽，缩短现象越明显。
工作频率为6GHz的缝隙天线及其回补损耗值
矩形缝隙天线的阻抗带宽约为15%，输入阻抗可以通过调节缝隙长度和馈电位置来调整。对于在无限大金属平板上的宽度为w的半波长垂直缝隙，是半波长垂直对称阵子互补，但存在以下两个差异：第一是电场和磁场互换。第二是电场分量在两末端是不连续的，方向相反。
E-Plane
H-Plane
除了缝隙本身的区域外，电场在任何地方都垂直于槽天线的表面。缝隙边界内的基本磁矩的辐射场应包括在金属表面上流动的电流的贡献。缝隙天线设计通常需要平板表面切割缝隙。无论表面如何，除了缝隙区域外，电场在任何地方都是垂直于平板表面的。金属表面上的电流引起的磁场可以从缝隙中的激励磁流中推断出来。该场可以与激励场组合，形成给定边界表面上总的场分布。因此，在圆柱体上切出的薄矩形缝隙与在平板金属板上切出的缝隙的辐射场是不同的，因为这两种情况的电流分布不同。见下面的仿真结果图。
相同地板长度lc=2.5λ，不同地板宽度wc=0.5λ,2λ 和 5λ的方向图
相同地板宽度wc=2λ,不同地板长度lc=1λ，2.5λ 和3.5λ
矩形波导
下图显示了矩形波导的结构。宽壁宽度a应在半波长到一个波长的范围内，窄壁宽度 b 应小于半波长以仅传播主 TE10 模式。宽壁被称为H平面，因为 TE10 模式的磁场平行于宽壁。同样，窄壁称为E面，因为TE10模式的电场平行于窄壁。更多矩形波导参数及分析见波导缝隙阵列（二）波导缝隙阵列（二）；
矩形波导
波导缝隙天线
常用缝隙天线是开在传输 TE10 波的矩形波导壁上的半波谐振缝隙。如果所开缝隙截断波导内壁表面电流线，表面电流的一部分绕过缝隙，另一部分以位移电流的形式延续，缝隙因此得到激励，能量通过缝隙向外空间辐射，这样的缝隙被称作辐射缝隙。对 TE10 波而言，在波导宽边上有横向和纵向两个电流分量，横向电流的大小沿宽边呈余弦分布，中心处为零，纵向电流沿宽边呈正弦分布，中心处最大；而波导窄边上只有横向电流，且沿窄边均匀分布。
矩形波导中的电流分布
波导上的缝隙位置
矩形波导缝隙的等效电路可有缝隙处电流或者场结构的变化情况来确定。宽边开纵向缝隙时，引起纵向电流的突变，故等效为波导传输线上的并联导纳；宽边开横向缝隙时，切断纵向电流，形成电压突变，故等效为传输线上的串联阻抗。
对于倾斜缝隙天线的结构。它是从宽壁上的中心轴线以倾斜角度切割的。激励强度由倾斜角θ控制。θ越大则越强，θ为0度时为零。传输线上的等效电路是串联阻抗，因为倾斜缝隙天线由沿宽壁中心流动的电流的纵向分量激励。斜缝天线谐振时，等效电路变成串联电阻。倾斜缝隙阵列天线以半导波波长的间距排列，相邻缝隙之间的倾斜角相反。主极化垂直于波导轴，交叉极化由缝隙倾斜角度决定，缝隙倾斜角度越大，交叉极化电平越高。斜缝波导经常用于二维波导缝隙阵列的馈电结构。
复合型缝隙阵列在宽边同时存在缝隙偏移量以及偏转角度，由于存在两个参数变量，因此复合型缝隙阵列可有任意控制激励的相位，而纵向缝隙或倾斜缝隙天线的激励相位是固定的，和倾斜缝隙一样，复合缝隙天线的缝隙倾斜也会带入交叉极化。
侧缝天线在窄壁上以与波导中心轴成倾斜角度切割，缝隙阵元的激励由倾斜角度控制，当侧缝天线处于谐振状态时，等效为并联电导。为实现一定辐射角度，阵列天线中缝隙间距为半个导波波长，且相邻缝隙倾斜角度相反，因倾斜角度引入的交叉极化强度由倾斜角度决定。
不同缝隙的等效电路结构
复合型缝隙阵列在宽边同时存在缝隙偏移量以及偏转角度，由于存在两个参数变量，因此复合型缝隙阵列可有任意控制激励的相位，而纵向缝隙或倾斜缝隙天线的激励相位是固定的，和倾斜缝隙一样，复合缝隙天线的缝隙倾斜也会带入交叉极化。
侧缝天线在窄壁上以与波导中心轴成倾斜角度切割，缝隙阵元的激励由倾斜角度控制，当侧缝天线处于谐振状态时，等效为并联电导。为实现一定辐射角度，阵列天线中缝隙间距为半个导波波长，且相邻缝隙倾斜角度相反，因倾斜角度引入的交叉极化强度由倾斜角度决定。
4.John L.Volakis, Antenna Engineering Handbook[B],
