1 引言

波導(dǎo)裂縫天線是一種重要的微波天線，在微波通信和雷達(dá)系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，它具有口面利用率高、低副瓣、功率大、重量輕、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于大型波導(dǎo)裂縫陣列天線的設(shè)計(jì)分析，波導(dǎo)的導(dǎo)納參數(shù)是一個(gè)決定輻射方向圖和天線機(jī)械機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)。它可以通過理論分析或試驗(yàn)得到。由于試驗(yàn)操作工作量大，耗費(fèi)耗時(shí)多，對(duì)加工要求很高，要獲得精確的導(dǎo)納參數(shù)難度大。因此波導(dǎo)的導(dǎo)納特性的理論分析計(jì)算對(duì)于工程設(shè)計(jì)十分重要。電磁仿真工具如Ansoft HFSS、CST Microwave Studio的出現(xiàn)和發(fā)展，雖然大大簡(jiǎn)化了天線的設(shè)計(jì)分析，但是對(duì)于大型裂縫天線陣列，它們將消耗大量的計(jì)算機(jī)資源和計(jì)算時(shí)間。實(shí)際上大型陣列天線的分析在一般中小型計(jì)算設(shè)備上很難實(shí)現(xiàn)。因此研究大型裂縫陣線天線準(zhǔn)確而快速的分析與設(shè)計(jì)方法，在工程分析與設(shè)計(jì)中具有重要意義。

傳統(tǒng)的研究方法都是以波導(dǎo)軸向?yàn)閰⒖挤较?，單縫作為全局電路的一個(gè)并聯(lián)單元，只考慮沿軸向傳播主模影響，至于高次模、波導(dǎo)壁厚度、涂敷介質(zhì)、非同根波導(dǎo)之間裂縫的互耦以及裂縫在半空間中的相互作用往往被忽略。

圖1 波導(dǎo)裂縫陣列天線的分層結(jié)構(gòu)

如圖1所示，如果以波導(dǎo)裂縫所在平面法線方向?yàn)閰⒖挤较?，將天線分成內(nèi)外兩層：外部區(qū)域由輻射裂縫所在的半空間平面構(gòu)成，內(nèi)部區(qū)域包括整個(gè)輻射波導(dǎo)，二者通過輻射裂縫連接起來。

圖2 內(nèi)外區(qū)域的分析示意圖

分析區(qū)域如圖2所示，整個(gè)外部區(qū)域可以充分考慮縫隙與縫隙、縫隙與半空間之間的相互耦合，利用成熟的矩量法進(jìn)行計(jì)算，而內(nèi)部區(qū)域通過整體分析，也能充分考慮內(nèi)部縫隙之間的影響，這種分析方法既能突破大型波導(dǎo)裂縫陣列天線難以用商業(yè)軟件處理，而且計(jì)算速度和效率都能大大提高。Morini等人研究發(fā)現(xiàn)，采用廣義導(dǎo)納矩陣（GAM），連接內(nèi)外區(qū)域具有較強(qiáng)的魯棒性，非常適合這種大型波導(dǎo)裂縫天線的分析方法。