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(shè)備設(shè)計中的關(guān)鍵要素。

大多數(shù)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(wèi)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(gòu)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(chuàng)新，與緊湊的高性能射頻（RF）電路的普及有關(guān)；然而，縫隙天線的研發(fā)實際上在二戰(zhàn)前就開始了。與其他許多技術(shù)一樣，軍事敵對行動有利于技術(shù)進步，在這種情況下，因為縫隙天線有可能提高雷達系統(tǒng)的性能。

縫隙天線技術(shù)長期以來一直與較高的頻率相關(guān)聯(lián)，但在早期，“較高”可能意味著數(shù)百兆赫茲，并且針對該范圍內(nèi)的頻率優(yōu)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(jù)波長大小，極大地影響了整體結(jié)構(gòu)的輻射方式。

SWA 仍在海上和機載雷達系統(tǒng)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(guān)于縫隙天線設(shè)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(shù)，因為它可用于低電壓、小型電子設(shè)備。

縫隙天線的主要特性

縫隙天線在高頻應(yīng)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(tǒng)中，最近涉及縫隙天線的研究正在探索 100 GHz 以上的應(yīng)用。上面提到的可穿戴天線專為 5.8 GHz ISM（工業(yè)、科學和醫(yī)療）頻段的物聯(lián)網(wǎng)式無線通信而設(shè)計，人們似乎對用于毫米波 5G 設(shè)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(shè)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(shè)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(cè)，電流將圍繞周邊流動，這種結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，調(diào)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?shù)牟ǖ目偤汀? . 再加上通過互補屏幕傳輸?shù)牟ǎ淇偤团c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(lǐng)域，當 Babinet-Booker 原理應(yīng)用于縫隙天線時，它表明我們可以創(chuàng)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(yīng)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(xiàn)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(yīng)，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(shù)用于新設(shè)計

縫隙天線代表相當古老的技術(shù)，在 5G 和物聯(lián)網(wǎng)時代獲得了新的相關(guān)性和新的設(shè)計技術(shù)。盡管關(guān)于縫隙天線還有很多內(nèi)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(chǔ)。

審核編輯：湯梓紅