來源：EETOP 作者：Robert Keim

盡管縫隙天線的歷史可以追溯到 20 世紀中葉，但它是最近許多研究的主題，并已成為緊湊型高頻無線設備設計中的關鍵要素。

大多數人都將天線想象成一個東西，可以是：

屋頂上的金屬裝置

與衛星通信的巨大碟形天線

表面貼裝芯片天線

PCB走線

但事實證明，天線也可以由某物體的部分缺失來構成；縫隙天線就是由一個或多個通過從導電表面去除材料而形成的孔徑組成。縫隙天線也稱為開槽天線，是指在導體面上開縫形成的天線。典型的縫隙形狀是長條形的，長度約為半個波長。縫隙可用跨接在它窄邊上的傳輸線饋電，也可由波導或諧振腔饋電。這時，縫隙上激勵有射頻電磁場，并向空間輻射電磁波。

縫隙天線及簡史

瀏覽研究文獻給人的印象是，是最近的創新，與緊湊的高性能射頻（RF）電路的普及有關；然而，縫隙天線的研發實際上在二戰前就開始了。與其他許多技術一樣，軍事敵對行動有利于技術進步，在這種情況下，因為縫隙天線有可能提高雷達系統的性能。

縫隙天線技術長期以來一直與較高的頻率相關聯，但在早期，“較高”可能意味著數百兆赫茲，并且針對該范圍內的頻率優化的天線相當大。這些類型的天線更具體地稱為開槽波導天線 (SWA)，當一個更大的導電物體是波導時，該物體中的孔徑根據波長大小，極大地影響了整體結構的輻射方式。

SWA 仍在海上和機載雷達系統中使用，相對于成本和復雜性提供了良好的性能。

隨著時間推移，科學家和工程師逐漸積累了大量關于縫隙天線設計、分析和實施的知識。在本文中，我們更感興趣的是縫隙天線技術，因為它可用于低電壓、小型電子設備。

縫隙天線的主要特性

縫隙天線在高頻應用中很常見。早期的 SWA 被整合到以低微波頻率運行的雷達系統中，最近涉及縫隙天線的研究正在探索 100 GHz 以上的應用。上面提到的可穿戴天線專為 5.8 GHz ISM（工業、科學和醫療）頻段的物聯網式無線通信而設計，人們似乎對用于毫米波 5G 設計的縫隙天線很感興趣。

縫隙天線的性能取決于多種因素，例如幾何形狀和縫隙是否有后腔。不過，總的來說，縫隙天線對先進的射頻設備很有吸引力，因為它們通常可以提供：

更寬的帶寬

良好的效率

多功能性

低成本

易于制造

扁平的外形設計

縫隙天線的電磁行為

理論上，基本的縫隙天線只是導電平面中的矩形孔。如果將RF（射頻）電壓信號施加到孔徑的相對兩側，電流將圍繞周邊流動，這種結構將會產生輻射。

將空空間作為高性能天線的想法是違反直覺的，你可能會發現，調用Babinet原理，然后將槽天線想象為被稱為偶極子的基本天線配置的“對偶”是有幫助的。

Babinet 的原理實際上取自光學，它陳述如下：

“通過屏幕傳輸的波的總和。. . 再加上通過互補屏幕傳輸的波，其總和與不存在屏幕的情況相同。" - Babinet 的電磁場原理

這個概念被 Henry Booker 擴展到電磁領域，當 Babinet-Booker 原理應用于縫隙天線時，它表明我們可以創建互補的導電模式并期望類似的輻射行為。圖 顯示了一個示例。

圖 導電平面中間的槽 (a) 和饋入偶極天線的示例信號 (b)。圖片由John Borchardt提供

上圖摘自桑迪亞國家實驗室研究員John Borchardt 的一篇論文。圖 (a) 顯示了導電平面中間的槽，在圖 2(b) 中，信號被饋送到偶極天線，其導電部分對應于孔徑的幾何形狀。Borchardt 使用偶極版本來計算槽版本的阻抗。

除了縫隙天線行為的概念之外，圖 提供了另一個示例，來自Alan Sangster 的緊湊縫隙天線的演變。

圖 示例縫隙天線行為圖。

在這種情況下，縫隙天線被實現為微帶傳輸線中的孔徑。請注意方向，其中槽位于微帶正上方并垂直于微帶的方向，以干擾電流。這種破壞會導致電容和電感效應，并且當槽的幾何形狀（相對于信號波長）有利于電感-電容諧振時，傳輸線會起到有效輻射器的作用。

縫隙天線——舊技術用于新設計

縫隙天線代表相當古老的技術，在 5G 和物聯網時代獲得了新的相關性和新的設計技術。盡管關于縫隙天線還有很多內容可以說，但我們希望本文能為您的進一步研究打下堅實的基礎。

審核編輯：湯梓紅