利用电磁场理论，对缝隙单元的环型阵列天线进行研究

### 利用电磁场理论对缝隙单元的环型阵列天线进行研究 #### 摘要 本研究针对旋转体信号测量过程中存在的信号盲区及信号传输难题，提出了一种基于电磁场理论的新型缝隙单元环型阵列天线设计方案。通过对该天线的研究，推导出了辐射方程、等效导纳方程、辐射倾角方程以及反向激励分布方程，为实际设计和生产提供了理论依据。 #### 关键词 - 电磁场理论 - 缝隙天线 - 旋转信号 - 等效导纳 - 非接触测量 #### 1. 概述 在旋转体物理量信号的测量中，为了实现非接触式的信号采集，通常需要解决传感器与外部接收/处理电路之间的耦合问题。传统的解决方案采用外置单向固定天线与旋转体上的传感器天线耦合，但由于两者相对位置的变化导致耦合状态不稳定，使得整个测量过程不连续，影响实时测量效果。本文提出了一种新的环型缝隙天线方案，通过将其环绕旋转体布置，实现了传感器天线与外置环型天线的最佳耦合效果，有效克服了旋转信号测量与传输过程中遇到的技术难题。 #### 2. 缝隙单元环型阵列天线研究 ##### 2.1 单元缝隙天线 根据电磁场的巴卑涅原理，可以通过互补带状振子天线的散射场来计算缝隙天线的空间总场。当在金属板上开出一条与波长可比拟的直线窄缝，并对其施加正弦激励时，可以得到单元缝隙天线的空间辐射场公式。对于此类单元纵缝隙，其输入导纳满足布克关系，且可通过单元缝隙的等效电路图进一步推导出缝隙的输入阻抗表达式。如果由多个缝隙组成的阵列天线，其输入阻抗可视为多个相同负载的并联。 ##### 2.2 环型缝隙天线阵 在旋转信号测量中，使用固定单向天线进行测量容易产生信号盲区和多普勒频移振荡等问题。为了解决这些问题，本文提出了一种新型的环型泄露缝隙天线阵列作为无盲区旋转信号测量的载体，构建了一种最佳的旋转信号传输途径。此环型缝隙天线阵列结构由多个缝隙单元组成，每个缝隙单元之间具有一定的相位差。通过计算有限缝隙阵的等效阻抗，可以得到缝隙阵的辐射方向，并由此推导出缝隙激励强度的分布规律。 ##### 2.3 辐射方向确定反推缝隙激励分布 根据缝隙天线的辐射方向方程，可以确定缝隙天线的最大辐射方向与阵列法线之间的角度。同时，也可以通过给定的辐射方向来反推各缝隙上的激励强度分布。这一过程对于优化天线性能至关重要，有助于提高信号的传输效率和稳定性。 #### 结论 通过对缝隙单元环型阵列天线的研究，不仅解决了旋转信号测量过程中的信号盲区和传输难题，而且为实际设计和生产提供了坚实的理论基础。该研究成果有望在旋转体信号测量技术领域发挥重要作用，推动非接触测量技术的发展。