HFSS45度极化角波导缝隙天线设计+文献综述(2)
3.4 小结 17
4 双极化缝隙天线阵的设计 17
4.1 波导缝隙天线阵列理论基础 17
4.2 单元45度极化角波导缝隙天线阵列 18
4.3 双极化缝隙天线的设计方案 21
4.4 小结 21
总结 23
致 谢 23
参考文献 24
1 绪论
1.1 研究背景及意义
近年来，无线电通信系统得到了迅猛发展，而对于一个无线电的通讯系统来说，很多东西会影响它的性能，例如天线、接收机是否灵敏、发射机频谱的宽度和功率的大小等。而天线在无线电系统中占据了很关键的位置，天线的性能怎样，直接制约着无线电通信系统的质量，因而设计不同特性的天线来满足相应的要求就变得极为重要，比如现阶段广泛研究的双频双极化天线，定向天线。同时，天线的设计必须兼顾小体积小，轻质量，美观外形、安装容易等特点。而在波导表面开缝的波导缝隙天线，口径效率高，馈电效率高，体积小，而且属于平板结构，安装起来方便，因此广泛应用于卫星通讯，雷达，电子对抗等领域，研究此种天线具有重大的意义。
1.2 双极化波导缝隙阵
科学家们在20世纪40年代开始研究波导缝隙天线，由Watson首先开始研究波导缝隙天线，1948年，Stevenson对波导缝隙的辐射机理进行了研究，在这个基础上把缝隙天线的理论模型建立出来，推导出了在波导不同壁上开不同形式缝时所对应的归一化电导。而后Oliner在他们两人的研究基础上，考虑到波导壁厚度也有影响，利用变分公式，计算出缝隙阻抗特性，扩展了波导的缝隙理论。1970年后，由于计算机技术得到了快速的发展，计算的速度变快，容量加大，所以使得许多复杂的电磁场问题利用计算机可以较为容易快速地计算出来，自此以后，波导缝隙天线阵列的设计更为方便。
缝隙天线阵通常用一个波导分配网络来分配射频能量，通过沿波导通道宽壁分布的缝隙阵列进行分配。这些波导天线可以安装在空间受限的通信中，如航空飞机的通信，但是在卫星通信应用中，通常需要天线能够传输并接收具有两个不同极化状态的信号，可以证明这个要求是设计空间受限天线的最大障碍。此外，卫星通常需要质量轻并且能传输具有双极化状态信号的天线。因而研究双极化的天线具有重大的意义。
波导缝隙天线的辐射缝隙开了以后方向和位置就不会变了，因此对于单个缝来说它的极化方向也是不变的，因此它只能在线极化状态工作。要在一个天线上实现双极化是比较困难的，因此这方面的研究不多。
双极化天线可以用一对独立的空间分离的天线来实现，其中一个天线的极化方式和另外一个不同。但是，用一对极化方式不同的天线无法满足在空间受限的情况下节约安装空间的需求。一种节约空间的替代方案是通过实现极化分集的概念，利用一个单缝隙天线来接收双极化信号。这样，能够传输极化分集信号（具有两种特征极化状态）的单个缝隙天线避免了使用两个物理上分离的天线。
实现双极化有下面几种方案：
（1）使用一对缝隙天线的交错组合： 第一个天线的缝隙开在波导的宽壁上，与开在波导窄壁上的第二个缝隙集成在单一的天线结构中。第一个天线的缝隙实现一种极化状态，第二个天线的缝隙实现另外一种极化状态。
（2）第二种方案是在交叉波导阵列中开交叉缝隙来实现。双极化辐射单元由侧壁上一对交错缝隙组成，耦合出交叉矩形波导的偶模式和奇模式。其中一种线极化是由偶模式来激励的，而正交线极化是由奇模式来激励的。