【正文】 (222)是歸算于電流I的損耗電阻，這樣 (223)注意，上式中、應(yīng)歸算于同一電流。值得提出的是，這里定義的天線效率并未包含天線與傳輸線失配引起的反射損失，考慮到天線輸入端的電壓反射系數(shù)為，則天線的總效率為 (224) 增益系數(shù)方向系數(shù)只是衡量天線定向輻射特性的參數(shù)，它只決定于方向圖；天線效率則表示了天線在能量上的轉(zhuǎn)換效能；而增益系數(shù)則表示了天線的定向收益程度?？紤]到效率的定義，在有耗情況下，功率密度為無耗時的倍，式(225)可改寫為 (226)即 (227)由此可見，增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換效率和方向特性的參數(shù)，它是方向系數(shù)與天線效率的乘積。使用高增益天線可以在維持輸入功率不變的條件下，增大有效輸入功率。當(dāng)電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當(dāng)電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。就起設(shè)計思路而言，一般分為垂直與水平極化和177。極化方式。45176。有功功率以損耗和輻射兩種方式耗散掉，而無功功率則駐存在近區(qū)中。事實上，在計算天線的輻射功率時，如果將計算輻射功率的封閉曲面設(shè)置在天線的近區(qū)內(nèi)，用天線的近區(qū)場進行計算，則所求出的輻射功率同樣將含有有功功率及無功功率。歸算電流不同，輻射阻抗的數(shù)值也不同。當(dāng)工作頻率變化時，天線的有關(guān)電參數(shù)變化的程度在所允許的范圍內(nèi)，此時對應(yīng)的頻率范圍成為頻帶寬度(Bandwidth)。而對于超寬頻帶天線，常用絕對帶寬，即來表示其頻帶寬度。其中談到，色散方程： 體現(xiàn)了單色波頻率和折射率的關(guān)系。 由Maxwell方程可以推導(dǎo)出正弦時變電磁場的波動方程(Helmholtz方程)： 其中 假設(shè)一均勻平面波沿z方向傳播，且電場強度只有x方向的分量，則： 其解為： 將電場解代入maxwell方程，得： 且有定義，介質(zhì)的波阻抗或本證阻抗： 且： 得： 令：，因為是單個介質(zhì)，不存在反射，解中第一項保留，第二項舍去。對坡印廷矢量：,無論何種介質(zhì)，其均滿足左右手螺旋關(guān)系。正是基于此本質(zhì)，從而有了如下左手材料眾多的性質(zhì)及其在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。對于位于第Ⅲ象限的材料,發(fā)現(xiàn)ε和μ乘積仍然為正,說明波可以在其中傳播,與Ⅰ象限材料相比,雖然波方程沒有改變,但麥克斯韋旋度方程發(fā)生了改變,從而引起了電磁波傳播性質(zhì)上的根本變化。K代表相位傳播方向，S代表能流傳播方向即群速度方向，因此，左手介質(zhì)是一種相速度和群速度方向相反的物質(zhì)。 逆多普勒效應(yīng) 完美成像根據(jù)瑞利準(zhǔn)則，一種頻率的電磁波通常只能用來分辯尺寸不小于大約其半個波長的物體，電磁波的波長決定成像的質(zhì)量和清晰程度，所以波長越短，電磁波能分辯的物體尺寸就越小，清晰度就越高。正常材料中，干涉后形成的波面，即等相面是一個錐面。 切倫柯夫輻射對比 反GoosH228。nchen位移。如果將電容與電感互換,即電感并聯(lián)、電容串聯(lián),電磁波在其中傳播的色散關(guān)系就與負折射材料類似。通過在單元結(jié)構(gòu)中加入串聯(lián)電感和并聯(lián)的電容來表示寄生的右手特性。可知在大于共振頻率ωm的范圍內(nèi)體系出現(xiàn)負的磁導(dǎo)率。這使得其工作帶寬大大降低，并且工作頻段、傳輸特性控制起來都將變的十分困難。它實際上是分布參數(shù)的理論，具有損耗低和結(jié)構(gòu)上連續(xù)性的特點。具體的右手無耗傳輸線同樣可參考上述文獻，這里我們只推導(dǎo)左手無耗傳輸線。這就是我們后面要用到的理論，利用傳輸線等效實現(xiàn)左手材料的性質(zhì)，但是左手材料是如何實現(xiàn)小型化的呢？這是本論文的關(guān)鍵，解決了這個問題，就很容易理解后面利用等效左手材料實現(xiàn)天線小型化的思想。一般地，我們在利用傳輸線等效左手材料性質(zhì)時，或多或少的都會受到右手傳輸線效應(yīng)的影響，所以在實現(xiàn)天線小型化時，利用的是復(fù)合左右手傳輸線理論，即:既有右手性質(zhì)同時兼有左手性質(zhì)，且一般而言，左手效應(yīng)使其工作在低頻，右手效應(yīng)使其工作在高頻。第四章 左手材料實現(xiàn)天線小型化 等效左手材料——“蘑菇結(jié)構(gòu)” N=2時模型及結(jié)果以下通過一個例子來分析左手材料在天線小型化中的應(yīng)用，第一個例子可參考文獻[[] Itoh, Infinite wavelength resonant antennas with monopolar radition patterns based on periodic structures,2007,5(3)],。 建模部分參數(shù)。 H平面方向圖 不計入損耗的三維增益圖 計入損耗的三維增益圖綜上，左手材料加載的帶有單極子輻射形式的貼片天線，在保持其原有性能的同時，實現(xiàn)了天線的小型化（）,但其尺寸已做到很小，我們可以通過組陣來滿足增益的需求。,其中?表示反射系數(shù)，此關(guān)系和上面提到Gain和Realized Gain的關(guān)系類同，即：。所以，在具體到一個項目時，統(tǒng)籌兼顧很重要。增加貼片面積或介質(zhì)介電常數(shù)或降低介質(zhì)板高度，CR（右手傳輸線中等效的分布電容）將會增加，因為電容與面積介電常數(shù)成正比，與距離成反比。 ,，反射太大，入射到天線的功率很小，導(dǎo)致輻射小。 參數(shù)掃描，在L1=，滿足諧振頻率跟S11的要求，,查看天線在諧振頻率f0=。 N=6時模型 N=6模型整體視圖 N=6模型整體視圖 S11參數(shù)在f0=，S11=（損耗較大不匹配導(dǎo)致，需優(yōu)化或進行匹配電路設(shè)計）。為此，發(fā)現(xiàn)求解的結(jié)果偏差很大，所以對于HFSS中一些默認的參數(shù)不能做隨意的修改，否則，會得到不是期望的結(jié)果。由于模型建立時，參數(shù)設(shè)置有了一些問題，對于參掃只能對貼片L1進行掃描，其他參數(shù)改變會使模型產(chǎn)生畸變，在此提醒在建立此模型時，一定要事先分析，不同的長度、寬度分別應(yīng)該有哪些參數(shù)來控制，在之后的步驟中才會導(dǎo)致不出錯。(4)對仿真結(jié)果進行了分析及優(yōu)化。等效的左手材料天線的優(yōu)勢在于小尺寸、集成率高、可靠性高且性能優(yōu)越。左手材料在天線上的應(yīng)用很有吸引力，因為高靈敏度和方向性好的天線在軍事武器上應(yīng)用很廣，比如雷達、戰(zhàn)斗機、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)等。左手材料還可用于通訊系統(tǒng)，制造更小的移動電話，在未來的無線通信中起到不可忽視的作用。 參考文獻。左手材料研究領(lǐng)域已越來越受到各國科研人員重視。紅外波段磁響應(yīng)的實現(xiàn)可應(yīng)用于生物安全成像、生物分子指紋識別、遙感、惡劣天氣條件下的導(dǎo)航、微型諧振腔等。微波段左手材料廣泛應(yīng)用于微波器件，如微波平板聚焦透鏡、帶通濾波器、耦合器、寬帶相移器、微帶巴倫功分器、諧振器、移相器和天線等。(2)在仿真過程中，由于實際情況限制，沒有更多的去變換天線諧振結(jié)構(gòu)的參數(shù)，從而得到更確切和更嚴謹?shù)慕Y(jié)果，有待于進一步研究、試驗和解決等等。在Ansoft HFSS15仿真環(huán)境下，對其諧振結(jié)構(gòu)進行了仿真研究，以確定它們滿足天線性能且能夠做到小型化。以下我們通過改變參數(shù)，再一次驗證增益與帶寬的互補關(guān)系。 radiation efficiency efficiency效率在f0=，大約有45%（偏低），需對天線進行優(yōu)化。以下來查看其二維及三維場圖。先來看其在諧振點f0=： （） radiation efficiency efficiency從以上四圖可以看出，所以下面我們通過參掃跟優(yōu)化。 N=4時模型及結(jié)果 N=4模型俯視圖 N=4模型正視圖 S11參數(shù)圖諧振頻率點轉(zhuǎn)移到f0=（諧振頻點轉(zhuǎn)移）。以下則定性的給出模型中天線參數(shù)導(dǎo)致效率或帶寬的變化，有興趣的同學(xué)可通過仿真來查看變化趨勢。以下我們從理論出發(fā)，分析參數(shù)之間的辯證統(tǒng)一原理。 radiation efficiency efficiency ，其實對于實際的天線即工程來說是沒有任何意義的，不具有參考性，它只是說明天線本身輻射的性能，而且從上圖數(shù)據(jù)也可看出來，天線本身輻射性能不是很好，因為一般的不考慮失配的天線輻射效率要達到1左右。 輸入阻抗圖在f0處，端口輸入阻抗約為：Zin=。圖中N表示可進行組陣。所以對于同樣的增益要求，我們可以將天線做到很小。由，知：角頻率和傳播常數(shù)成反比關(guān)系。聯(lián)立以上兩個方程，有： 得解： （不符，舍去） 推出： 從而，可以看出，左手傳輸線中相速和群速是反向的。正如前面提到的，傳輸線方法實現(xiàn)左手材料特性具有損耗低及寬帶特性，從而得到科研學(xué)者的極大重視。實際上當(dāng)左手材料單元尺寸較大，尤其是接近1/4個工作波長時，左手材料將面臨由于不均勻帶來的一系列問題，如各向異性、折射性能下降、不變將其作為填充或涂敷材料應(yīng)用等。前者的優(yōu)點在于其具有相當(dāng)好的傳輸特性，加工、控制上也比較容易，而且其結(jié)構(gòu)單元通常比較小。2000年美國加州大學(xué)San ，并測量了其微波透射曲線。幾乎同時候加拿大多倫多大學(xué)Eleftheriades教授也提出左手傳輸線實現(xiàn)共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu),并證明了電磁波沿傳輸線方向傳播具有后向輻射特性。nchen位移。全反射光束在介質(zhì)的分界面上將沿入射光波波矢量的平行分量發(fā)生側(cè)向位移，該位移由Goos和H228。θ由式子確定，其中v是粒子運動的速度。如果能夠使凋落波分量在達到像點前放大，就可以恢復(fù)出凋落波對成像的貢獻，而左手材料就可以做的這一點，近場可以在左手材料的表面激勵起高頻諧振，使己經(jīng)衰落的凋落波在左手材料中被放大，那么使得凋落波在媒質(zhì)內(nèi)被放大的程度與在相當(dāng)厚度的外部媒質(zhì)中的衰落程度抵消，于是就可以在像點處完美成像。 負折射現(xiàn)象當(dāng)波通過兩介質(zhì)之間的界面時,，一邊的磁導(dǎo)率μ1和電導(dǎo)率ε1均大于0,另一邊的磁導(dǎo)率μ2和電導(dǎo)率ε2均小于0.　　 逆折射效應(yīng)設(shè)對2種媒介使用Maxwell方程都將被滿足,則有邊界條件: 可見,E和H沿法線分量En2和Hn2的正負號,在ε2/