什么是表面波天线?

[拼音]：biaomianbo tianxian

[外文]：surface wave antenna

利用结构上的变化来截断正在传播的表面波，使其在不连续处产生功率辐射的天线。表面波是沿两种媒质的交界面传播、而在垂直于交界面方向的场是按指数律递减的电磁波，其传播速度小于自由空间的波速。传输表面波的结构是一种慢波结构，所以表面波天线又称慢波天线。

表面波天线由激励器和导向体两部分构成，它可以做成各种形状。表面波天线的典型形式是图中a 的平面结构，导向体采用波纹金属面或覆盖介质层的金属板，用喇叭或线振子来激励。柱面的表面波天线中，最普通的形式是图中b 的介质天线，或是采用圆波导激励的套有一系列金属盘的金属杆──雪茄形天线，它等效于一种人工介质结构。此外，广泛应用的螺旋天线、八木-宇田天线，皆为慢波结构，也可以看成是表面波天线。

激励器在导向体上激励起的表面波，沿导向体传输至终端处产生辐射，未转变为表面波的那部分功率直接由激励器向空间辐射。因此，表面波天线的总辐射场是这两部分场的叠加。

对于沿交界面方向无衰减、相位常数为βz、波长为λg、沿垂直交界面方向递减常数为αy的表面波，可用下式表征

(1)

式中 β0和λ0分别为自由空间平面波的相位常数和波长。在圆柱形交界面上也具有类似的关系，只是场强沿径向按汉克尔函数下降。因此，表面波天线的特性可用参数λg来表示。

如果根据所激励的波型，用计算或实验的方法确定相位常数βz或波长λg，则可用汉森-伍德亚德条件来设计表面波天线。根据此条件，沿长度为L的天线传播的表面波的总相移与空间波传播同一距离的相移相差180°时，增益最大。即βzL-β0L≈π，或者写成

(2)

根据式(2)，当导向体长度L较大时，表面波的传播速度接近光速；根据式(1)，径向递减常数的减小，表示能量可从一个较宽的有效口径上辐射出去，即天线方向性得到增强。但表面波激励效率和天线方向性往往是相互矛盾的。因此，实际上所能取得的方向性是有限的。

表面波天线的特点是能沿金属面平装。从电性能上说，它能在较宽的频带内保持一定的方向性和输入阻抗，且具有中等增益（通常小于20分贝）。在方向图的控制上，主波束可以工作在端射方向，也可以工作在边射方向。当表面波天线工作在微波波段的低端且用作地面天线时，往往采用人工介质结构，它比固态介质轻得多;介质覆盖的金属面通常用作飞机或导d上的平装天线。