星载相控阵天线优化设计研究(3)
2.1.1 开口矩形波导天线
开口矩形波导天线为一端开口一端封闭的的矩形波导，此天线可以直接用矩形波导的相关理论进行分析。对于该天线，其截止波长为：
（2.1.1）
式（2.1.1）中， 为截止波束， 为模式标号，不同的 对应不同的模式分布，即不同的模式。
在矩形波导中，任何一种模式的场都能独立地存在于波导中，而且由于波动方程在线性介质中是线性的，因此场中的各种模式满足叠加原理，原则上讲波导中存在的场有无穷多种。实际工程应用中，一般把矩形波导当作单模波导来用，在波导中只有 一种模式传输。
当工作在 模式时，设计波导尺寸时应尽量满足下列要求[26]：
（1） 为了消除高次模对场的影响，要保证只能传输单一模式；
（2） 为了提高传输效率，矩形波导的损耗应保证较小；
（3） 功率容量大；
（4） 色散尽量小，以免信号失真。
对于 的波导而言，其单模传输条件为：
（2.1.2）
当 时， 波将会趋向于截止无法传播，此时电磁波的相速会随着工作频率的改变而发生改变；当 时，较容易生成 等高次模，因此在实际应用中，式（2.1.2）的范围应更窄些，一般为：
（2.1.3）
一般中心工作波长为：
（2.1.4）
由式（2.1.4）可确定矩形波导的宽边尺寸 ，而波导窄边尺寸 一般选为宽边尺寸 的一半，因为 时，为了截止 模，波导的工作频率范围会变窄；反之，当 时，为了截止 等高次模，波导的工作频率范围并未增加，但却降低了最大通过功率。所以 时平衡了频带宽度和最大通过功率，此波导称为标准波导。在工作频率范围不是很宽但通过功率较大的情况下，为了提高最大通过功率，有时也选择 的波导，称此波导为“宽波导”。此外， 时，能够使得波导小型化，在特殊场合下应用，此波导称为“扁波导”。
2.1.2 微带天线
20世纪50年代微带天线的概念就已经被提出，但直到70年代，微带天线才以其剖面低、体积小、重量轻、易集成等特点受到重视和广泛研究。微带天线结构十分简单，一般由三部分组成，中间一层为介质材料，介质上表面为特定形状的金属贴片，下表面为金属地板。其馈电方式有同轴、微带和耦合等。
如图2.1.1为微带贴片天线工作原理图，该天线工作特性可用传输线模型来分析[27]。这里设定贴片的尺寸为： （ 为波长），基板尺寸为 （ ）。假定微带贴片天线工作在单一模式，即 模式，则其传输线模型如图2.1.1（b）所示。其中电场 （ ， 为沿 和 方向的电场分量），由于 ，因此两垂直分量电场方向相反，水平分量电场方向相同。所以，微带贴片天线的水平电场分量可等效为无限大平面上同相激励的两个宽度为 （近似为 ）、长为 的缝隙，两缝隙间距为
上一篇：观察者模式在软件设计中的应用