波导缝隙天线由于具有稳固的结构、低损耗和高功率承受能力等优点而被广泛应用于雷达探测、船舰导航等系统中。本文首先介绍了基于矩形波导和圆柱波导的波导缝隙天线的发展历史和研究现状,梳理了它们的优劣,然后阐述了缝隙天线的理论基础与辐射原理,在此基础上提出了一种基于球形谐振腔的缝隙天线的设计方法。本文的主要研究内容及创新点如下:1、研究了球形谐振腔在本征求解下模式的电磁场分布、谐振频率以及表面电流分布等特性,在此基础上设计并实现了一款基于球形谐振腔的双频缝隙天线。通过同时辐射球形谐振腔的基模TM101和第一阶高次模TM211,天线不仅可以实现双频工作特性,而且还在两个频段内保持良好的辐射特性。实测结果表明:在低频段,天线的中心频点为10.2 GHz,-10 d B绝对阻抗带宽为0.8 GHz,相对带宽为7.8%;在高频段,天线的中心频点为14.3 GHz,-10 d B绝对阻抗带宽为2 GHz,相对带宽为14.2%;天线在低频段和高频段的峰值增益分别为8.8和10.2 d Bi。此外,天线在两个频带内均实现稳定的定向辐射特性和较低的交叉极化水平。2、设计并实现了一款基于球形谐振腔的宽带缝隙天线。在不破坏天线的辐射特性和交叉极化的前提下,通过同时辐射模式TM101和TM211并将其二者的谐振频率相互耦合,天线的阻抗带宽被显著提升。实测结果表明,天线的-10 d B阻抗带宽为9.77至14.81GHz,绝对带宽为5.04 GHz,相对带宽为40.9%;带宽范围内天线的平均增益约为10.2d Bi,带宽内总效率高于90%。3、设计了一款基于球形谐振腔的双极化天线。通过在球形谐振腔上加载两个空间位置相互正交的矩形馈电波导,激励起了的两个极化方向相互正交的电场,接着,通过在谐振腔上加载“十字形”缝隙,天线得以实现双极化辐射。仿真结果表明,所设计双极化天线可以分别辐射水平和垂直极化的电磁波,且天线在两种极化状态下工作时具有相同的最大辐射方向;在带宽范围内,天线在两种极化状态下的增益平坦且稳定,两端口的隔离度优于-22 dB。