【正文】 的近區(qū)內(nèi)，用天線的近區(qū)場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，則所求出的輻射功率同樣將含有有功功率及無功功率。輸入阻抗的計(jì)算是比較困難的，因?yàn)樗枰獪?zhǔn)確地知道天線上的激勵(lì)電流。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。 輸入阻抗與輻射阻抗天線通過傳輸線與發(fā)射機(jī)相連，天線作為傳輸線的負(fù)載，與傳輸線之間存在阻抗匹配問題。45176。和45176。極化方式。極化兩種方式，性能上一般后者優(yōu)于前者，因此目前大部分采用的是177。就起設(shè)計(jì)思路而言，一般分為垂直與水平極化和177。因此，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于地面時(shí)，此電波就稱為垂直極化波；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行于地面時(shí)，此電波就稱為水平極化波。頻率越高的天線越容易得到很高的增益。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。根據(jù)上式，可將式(212)改寫為 (228)增益系數(shù)也可以用分貝表示為10lgG?？紤]到效率的定義，在有耗情況下，功率密度為無耗時(shí)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。用公式表示如下： (225)式中、分別為實(shí)際天線和理無方向性天線的輸入功率。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。從式(223)可以看出，若要提高天線效率，必須盡可能地減小損耗電阻和提高輻射電阻。天線效率定義為天線輻射功率與輸入功率之比，記為，即 (219)輻射功率與輻射電阻之間的聯(lián)系公式為，依據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度與方向函數(shù)的聯(lián)系公式(22)，則輻射電阻的一般表達(dá)式為 (220)與方向系數(shù)的計(jì)算公式(218)對(duì)比后，方向系數(shù)與輻射電阻之間的聯(lián)系為 (221)類似于輻射功率和輻射電阻之間的關(guān)系，也可將損耗功率與損耗電阻聯(lián)系起來，即 (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。 天線效率一般來說，載有高頻電流的天線導(dǎo)體及其絕緣介質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生損耗，因此輸入天線的實(shí)功率并不能全部地轉(zhuǎn)換成電磁波能量。天線的輻射功率可由坡印廷矢量積分法來計(jì)算，此時(shí)可在天線的遠(yuǎn)區(qū)以r為半徑做出包圍天線的積分球面： (215)由于 (216) 所以，由式(29)可得 (217) 由天線的歸一化方向函數(shù)可知 方向系數(shù)最終計(jì)算公式為 (218) 顯然，方向系數(shù)與輻射功率在全空間的分布狀態(tài)有關(guān)。無方向性天線本身的方向系數(shù)為1。一般在25~30dB之間，應(yīng)優(yōu)先選用前后比為30的天線。它表明了天線對(duì)后瓣抑制的好壞。副瓣一般指向不需要輻射的區(qū)域，因此要求天線的副瓣電平應(yīng)盡可能地低。如果天線的方向圖只有一個(gè)強(qiáng)的主瓣，其它副瓣均較弱，則它的定向輻射性能的強(qiáng)弱就可以從兩個(gè)主平面內(nèi)的半功率點(diǎn)波瓣寬度來判斷。用來描述方向圖的參數(shù)通常用有：(1)零功率點(diǎn)波瓣寬度(Beam Width between First Nulls,BWFN)或(下標(biāo)E、H表示E、H面，下同)：指主瓣最大值兩邊兩個(gè)零輻射方向之間的夾角。容易得出，它與場(chǎng)強(qiáng)方向圖之間的關(guān)系為 (27)。E面和H面方向圖就是立體方向圖沿E面和H面兩個(gè)主平面的剖面圖。對(duì)于球坐標(biāo)系中的沿z軸放置的電基本振子而言，E面即為包含z軸的任一平面，例如yOz面，此面的方向函數(shù)。方向圖也可用直角坐標(biāo)繪制，橫坐標(biāo)表示方向角，縱坐標(biāo)表示輻射幅值。方向圖可用極坐標(biāo)繪制，角度表示方向，矢徑表示場(chǎng)強(qiáng)大小。在自由空間中，兩個(gè)最重要的平面方向圖是E面和H面方向圖。對(duì)于電基本振子，由于歸一化方向函數(shù)。依據(jù)歸一化方向函數(shù)而繪出的為歸一化方向圖。將方向函數(shù)用曲線描繪出來，稱之為方向圖(Fileld Pattern)。歸一化方向函數(shù)的最大值為1。若天線輻射的電場(chǎng)強(qiáng)度，把電場(chǎng)強(qiáng)度(絕對(duì)值)寫成 (21)式中，I為歸算電流，對(duì)于駐波天線，通常取波腹電流作為歸算電流；為場(chǎng)強(qiáng)函數(shù)。 參考文獻(xiàn) 59第二章 天線基礎(chǔ)理論 方向函數(shù)天線輻射出去的電磁波雖然是一球面波，但卻不是均勻球面波，因此，任何一個(gè)天線的輻射場(chǎng)都具有方向性。 第五章為總結(jié)與展望。第三章介紹了左手材料的理論、本質(zhì)及實(shí)現(xiàn)方法，及自己在學(xué)習(xí)研究左手材料的過程中的感悟。本文主要分為六個(gè)章節(jié)，論文結(jié)構(gòu)和各章主要內(nèi)容如下：第一章介紹了國(guó)內(nèi)外左手材料的研究背景和意義，和它們的概念、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和在實(shí)際中的應(yīng)用。 左手材料與傳統(tǒng)材料對(duì)比 論文結(jié)構(gòu)在左手材料理論的基礎(chǔ)上，本文研究了基于左手材料理論天線小型化原理及實(shí)現(xiàn)方法。 左手材料作為天線基板下圖是工作在相同頻率的不同類型材料的天線尺寸比較。Baccarelli在理論上假設(shè)天線基板的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均小于0，對(duì)基板的散射方程進(jìn)行了數(shù)學(xué)討論，提出以左手材料作為天線基板抑制表面波TE模、TM模的條件。例如：可以把LHM刻蝕在引信系統(tǒng)的天線罩上，在不改變天線罩外形的同時(shí)，提高了天線增益和方向性。左手材料覆層相當(dāng)于凸透鏡，使電磁波只能夠在垂直方向附近的小角度內(nèi)傳播，其它方向的傳播被限制。研究發(fā)現(xiàn)左手材料覆層的引入可使天線的聚焦性和方向性更好， dB，改善了天線的性能。Burokur等人研究了左手材料對(duì)微帶貼片天線性能的影響，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種圓形輻射貼片微帶天線，采用同軸線饋電。 小型化微波部件通信系統(tǒng)的保密性、高效性要求天線具有高定向性；機(jī)動(dòng)性、移動(dòng)性和易攜帶性要求天線具有小型化；為了降低對(duì)發(fā)射系統(tǒng)的要求，天線要具有高增益。 屏蔽技術(shù)電子科技大學(xué)利用左手媒質(zhì)設(shè)計(jì)了微波空間濾波器，其濾波特性有很好的矩形度，帶外隔離度非常大，是用普通媒質(zhì)設(shè)計(jì)的濾波器無法比擬的。 隱身技術(shù)南京大學(xué)在研究中發(fā)現(xiàn)將左手材料覆蓋在金屬棒或金屬球外面，在特定的實(shí)驗(yàn)條件下，電磁波經(jīng)過它時(shí)，并沒有發(fā)生通常出現(xiàn)的“反射”現(xiàn)象。2009年10月，韓國(guó)LG電子[[] 野澤，哲生. LG電子在手機(jī)上采用左手材料天線20091020（OL）.]在最新款手機(jī)LG BL40的天線部分采用了美國(guó)Rayspan公司的左手材料，可以在不降低增益等特性時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化。2009年，國(guó)防科技大學(xué)采用平面左手材料制備Ku波段新型左手材料天線罩。浙江大學(xué)在微帶貼片天線上覆蓋左手材料，此覆層將類似凸透鏡把點(diǎn)源發(fā)散光聚集成平行光，顯著地改善貼片天線的方向性。在最佳條件下制備了大面積（2cm2）銀樹枝狀結(jié)構(gòu)的周期性陣列，可見光透射峰的出現(xiàn)和聚焦實(shí)驗(yàn)證實(shí)制備的銀樹枝狀結(jié)構(gòu)陣列在藍(lán)光波段480 nm 處實(shí)現(xiàn)了左手效應(yīng)。2009年9月，趙曉鵬研究組制備出藍(lán)光波段左手材料。 氧化鋁底板測(cè)試樣品2008年8月，西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院趙曉鵬研究組在紅外波段左手材料制備方面的研究取得新進(jìn)展。通過模擬與測(cè)試，單一結(jié)構(gòu)中能同時(shí)出現(xiàn)電諧振和磁諧振，并且由于諧振負(fù)區(qū)的重合而形成“雙負(fù)”區(qū)域。2008年6月，西安交通大學(xué)采用一種“巨”字形結(jié)構(gòu)，[[] 楊一鳴，屈紹波，王甲富. 由同時(shí)具有磁諧振和電諧振結(jié)構(gòu)組成的左手材料（J）.物理學(xué)報(bào)，2009，58（2）：1031~1035]利用絲網(wǎng)印刷在氧化鋁基板上進(jìn)行加工制作，獲得同時(shí)具有磁諧振和電諧振結(jié)構(gòu)組成的左手材料。能否通過單一結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)“雙負(fù)”？國(guó)內(nèi)研究者進(jìn)行了嘗試。復(fù)旦大學(xué)的資劍教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組經(jīng)過兩年的研究與設(shè)計(jì)，利用水的表面波散射成功實(shí)現(xiàn)了左手介質(zhì)超平面成像實(shí)驗(yàn)，論文發(fā)表于著名的《美國(guó)物理評(píng)論》雜志上，引起學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。但是，由于LHM的結(jié)構(gòu)單元遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，目前的刻蝕工藝已經(jīng)嚴(yán)重制約了光波段LHM的進(jìn)一步發(fā)展。這是首次利用化學(xué)方法制備左手材料，對(duì)左手材料的發(fā)展起到了巨大推動(dòng)作用。2008年，德國(guó)斯圖加特大學(xué)Liu 等制備了多層的U形金納米環(huán)結(jié)構(gòu)，[[] Liu N，Guo H C，F(xiàn)u L W，et al. Threedimensional photonic metamaterials at optical frequencies（J）. Nature Mater，2008，7:31]分別在120 THz和200 THz附近實(shí)現(xiàn)了負(fù)的介電常數(shù)和負(fù)的磁導(dǎo)率。[[] 全球首例面向紅外線的“左手材料”將成為光通信領(lǐng)域的新旗手（OL）20051222] μm的紅外線在光通信領(lǐng)域已被廣泛采用。兩國(guó)科學(xué)家的研究成果被美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)為2004年度國(guó)際物理學(xué)會(huì)最具影響的研究進(jìn)展。其原理是左手介質(zhì)中能流方向和波矢方向相反，左手介質(zhì)中倏逝波表現(xiàn)為指數(shù)增強(qiáng)場(chǎng)，相當(dāng)于透鏡對(duì)波進(jìn)行了放大。左手材料的研制進(jìn)入了美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)出的2003年度全球十大科學(xué)進(jìn)展，引起全球矚目。美國(guó)衣阿華州立大學(xué)（Iowa State University）的S. Foteinopoulou發(fā)表了利用光子晶體做為介質(zhì)的左手物質(zhì)理論仿真結(jié)果。2003年美國(guó)Parazzoli C G等人及Houcl等人同時(shí)分別進(jìn)行了一系