万方数据利用互补天线原理求解孑L缝的共振性能‘E—r旦婆2叩sin0强激光与粒子束朱占平，钱宝良1理想真空窄缝第21卷第4期2009年4月随着电子设备的快速发展及应用的不断拓展，微波干扰与电子设备抗扰性的“矛与盾”问题的研究愈为重要，国内外都开展了相关研究。微波干扰电子设备的窗口就是电子设备屏蔽设施上的各种孔缝，尤其是长宽比较大的窄缝。孔缝耦合性能是研究微波效应的重要问题之一阻引。利用麦克斯韦方程组的电场和磁场的对偶关系嘲，引入了互补天线的概念。本文利用互补天线原理从理论上求解了真空、介质窄缝的共振频率及矩形孑L缝阵列的耦合性能，为进一步开展微波效应提供了理论依据及指导。如图1所示，利用对偶原则，理想矩形缝隙天线与形状和尺寸均相同的带状振子天线视为互补天线。对于理想窄缝，即孑L缝的宽度W远远小于孔缝的长度L，宽度W可以忽略不计，这种板状振子可由理想的极子天线近似。由于矩形孔缝的两端相当于短路，从而所得到的板状振子可由连接匹配负载的对称振子天线近似，孔缝长度L等于单个振子长度h的两倍，即L一2h，对称振子天线的远区辐射场为式中：I(z7)为振子上的电流分布；叩为波阻抗；曼为相移常数；口为辐射方向与振子的夹角。对于矩形缝隙天线，可认为电流分布满足J(2)一Josin[k(L—z)]从而可以得到远区方向图POWERBEAMS摘要：利用互补天线原理从理论上推导了真空、介质窄缝的共振频率公式，在理想窄缝长度小于5倍波长，辐射角度偏离垂直方向小于30。的情况下，孑L缝的共振频率点仍然可以用半波振子的辐射情况来解释，共振点满足孔缝长度等于入射波的半个波长；介质窄缝等效为半个孔缝深度的微带贴片天线，不同介电常数介质填充时的共振频率理论公式推导值和数值模拟值基本一致，相对误差在5％以内。迸一步分析了窄缝阵列的耦合性能，结果表明互补天线原理可以很好地应用于分析和求解孑L缝的共振性能。文献标志码：Acos(kz'cosO)exp(一jkr)dz，HIGHLASERANDPARTICI。EV01．21．No．4Apr．。2009文章编号：1001—4322(2009)04—0536—05(国防科学技术大学光电科学与工程学院，长沙410073)关键词：对偶原则；互补天线；共振效应；共振频率；孔缝耦合中图分类号：TN015矩形窄缝的互补天线电磁场对偶关系(1)(2)修订日期：2009—03．18基金项目：国家高技术发展计划项目作者简介：朱占平(1982一)。女，博士生，从事高功率微波技术研究Izzp452@sohu．corn。(a)field(b)fieldofcylinder(c)fieldofdipolerectangularandcomplementary图1*啦t自11日期：2008—10．08；ofnarrowslotantennaFig．1ControlrelationbetweennarrowitsA，。J0万方数据E=r等归n引掣+型号竿趔)cos(kz'cosO)d27E一』L竿归n口掣(·一寿)c。s(kz'cosO)d27舢，cp)一≮瓮警嘉器竿c，一c。s口，～kL--2㈣，=三=堑=一c当地一(2n+1)耳时，F(口)最大，对应于图2，考虑到矩形孑L2介质填充窄缝F(口)=cos(惫Lcos0)一cos(kL)J／sin0图2为不同尺寸对称振子在不同角度的方向系数分布，不同尺寸对称振子方向系数最大值的方向有所不同。对于直入射情况，入射方向在孔缝的中轴线位置，因此口=兀／2，从而方向图可以写成缝中最可能存在的是最低模式，相当于电流在对称振子上只有一个半波分布，因此起取0，从而得到孔缝的共振频率点当孔缝长度为几倍的微波波长时，如图3所示，方向系数最大值不再是垂直辐射方向。因此斜人射时，共振频率点频率发生在使得对称振子出现方向系数最大值时的缝隙尺寸的情况，图4给出了L／A≤5情况下的最大辐射方向。可以看出在辐射角度偏离垂直方向小于30。的情况下，孔缝的共振频率点仍然可以用半波振子的辐射情况来解释。当满足远场辐射条件时，一般射角度偏离垂直方向小于30。。这也就解释了孔缝阵列中的各孔缝耦合共振频率点基本一致的原因，以下分析只考虑垂直入射情况。在等效到接收天线时，应该注意到，归一化场值应该在辐射点，因此辐射方向图转化为接收方向图应该考虑传输损耗，以垂直入射点场值进行归一，不计偏入射引起的相位变化，则较为准确的方向图为由于在金属导体中，相对于真空或绝缘介质来说，磁场远比电场重要，金属中电磁波的能量主要是磁场能量。满足对偶关系时，主要考虑孑L缝空间电场与天线空间磁场的转换，因此可以等效为金属带状振子嵌入无限大介质板平面内。当w《L时，带状振子可以近似为对称振子，合成场满足式中：t为孔缝深度；r为辐射距离；每个振子的电流为i／z。当f