关键字 |
| 电磁、介电材料透镜天线 |
介绍 |
| 天线是一种无处不在的电气工程的一部分,和天线的工程仍然是极其重要的由于举动设计师对电磁频率不断增加。微波频段就是这样一种频率范围,并用于各种各样的应用程序。对于某些应用程序,一个高度指令天线是可取的,因此,提高天线的方向性方法已经被使用。当然,这将允许提高接收所需的频率和改进拒绝不需要的频率。此外,天线的增益是一个非常重要的属性提供一个量化值描述有效输入功率是如何被用来创建电磁波传播定向天线。 |
相关工作 |
| 最近的事态发展在影响材料的介电性能在给定配置新的研究兴趣,利用这种材料的光学性质。改善天线的增益使用这样的材料配置已报告[1,2]。物理增强和透镜几何对天线辐射参数的作用需要进一步研究,因为它会导致更好的天线设计,专门为按比例缩小贴片天线,这样的研究是少之又少。在本文中,我们提出一个概念模型为介电材料透镜的设计开发及其作用,提高天线的方向性和增益,GHz范围内操作。我们不仅关注物质特征也对透镜的几何形状导致收益最大化和权力交付的天线。我们也证明我们的模型的有效性通过仿真使用行业标准电磁仿真软件。 |
材料透镜设计 |
| 理论上,介电材料镜头可以用属性,制作展览没有吸收和衍射[1]。对于我们的分析我们使用几何光学镜头开发概念模型。在开发模型中,我们需要提到电介质材料的特殊性,即移动到一个新的位置来源的能力没有任何明显的变化源特征。作为一个例子,考虑透镜的几何方程涉及集中一个点是由费马方程 |
 (1) |
参数方程是图1所示。当我们使用介电材料透镜与属性 方程变成了S1和S2 = |
 (2) |
| 因此,线的长度,l1,在中型n1must等于线的长度,l2,在媒介n2,或者我们可以说,光源和焦点之间的距离是零。因此,源和焦点是相同的光线而言(图1)。从没有损失反射和衍射,材料板保留近场信息恢复的部分电磁波通常会相继死亡指数[2,3]。因此,介电材料板可用于源转移到一个新的位置(在焦点图1所示)。同时,跨边界条件使光线折射用同样的角度θ焦点,在另一侧的边界内的材料板(见图1)。 |
| 在第一阶段的镜头设计,材料板的厚度d旁边放置天线位于距离d,这源可以有效地转移到镜头的焦点,位于板的另一边。由于天线不同的权力由1.0 /距离,改变源(天线)的距离2 d将增强的力量在一些目标距离。 |
| 在第二阶段的镜头设计,必须考虑球面波辐射的焦点。使光线更指令,它必须集中在感兴趣的方向通过添加一个曲率板。最好不要使用标准电介质避免衍射透镜的弯曲部分的损失。利用几何光学和相同的介质材料,我们继续评估所需的曲率分析射线传播下一节。 |
扩展到曲面镜片 |
| 如图1所示,材料板内的光线集中焦点在角θ的正常。这个角度可以改变通过考虑折射曲面。因为我们的易磁化方向是在x方向上,我们考虑到圆形,碗型曲面的中心焦点位置,见图2。 |
切线上的交点P2型表面的光线出现n1。同样,球面的对应点P1。接口的倾向或其斜率是维护所需的旋转角度的测量光线传播方向严格。圆的半径,表示为 ,切线的圆形曲面在P1是垂直于线连接焦点和P1。切线的斜率在P1是给定的 |
 (3) |
| 为抛物线的方程与一个顶点到焦点的距离,我们可以把它写成 |
 (4) |
| ,切线的斜率在P2型曲面(angleθ使用相同的定义)是由 |
 (5) |
| 由于射线从与负折射率材料,常规介质(空气、n = 1)点P1, P2球面、柱面透镜分别在接口,我们可以写斯涅尔定律 |
 (6) |
| 结合方程(4)和(5),这意味着一个圆形透镜,在P1,光线会通过角θ转向抛物面镜的轴而在P2的转变将θ/ 2轴[4]。因此沿着x轴抛物线透镜的衍射效率大于球面透镜。此外,由于从P2到焦点的距离减少,射线线性线密度(行/长度)的增加,因此,方向性(增益)的辐射来源从抛物柱面透镜将高于球面到焦点的距离。这个分析的结论可以扩展到三维空间的对称波从源。这个概念证明是下一个演示了通过模拟仿真软件行业标准。 |
仿真和结果 |
| 第三和第四部分中给出的概念可以通过模拟演示了使用算法模拟分散媒体[5],特别是柯克媒体模拟技术已经融入仿真软件套件,用于这项工作[6]。让我们考虑一下这种情况:一个触发源放置在一个圆形贴片天线在10.4 GHz。圆形贴片可以设计5.5毫米半径和介质衬底的ε= 2.08。介质衬底的大小是13.5 x13.5x1.2毫米3的地平面x13.5 13.5毫米2。所有金属部件的厚度,作为完美的电导体,是0.001毫米。设计贴片天线与介电材料[7]镜头是图3所示 |
| 概念证明,我们使用各向同性色散材料,由Drude-Sommerfeld配方在[6]。理想情况下,一个不需要的位置产生共鸣的结构(从理论、电线等)定期在衬底晶格。而介电材料透镜同质特征可以构造和模拟的折射率在10.4 GHz -1.0。仿真模型可以实现利用色散模块的εr (w)碰撞频率,νc,接近于零,ε∞= 1。对介电常数在给定频率、等离子体频率的表达式,wf, |
 (7) |
| 相当于参数产生的结果如图4所示。 |
| 块部分的介电材料是100×100×10毫米3,放置10毫米的贴片天线。抛物线的焦点是18毫米。使用镜头,方向性已经大幅增加从7.611到15.09 (dBi dBi,见图5。此外,增益已经从7.382 dB增加到12.11 dB。图5还显示有一个增加叶背面的辐射模式,由于没有发出一个完美的球面波,从而,导致更复杂的折射的光线。然而,这显然是明显的从三维farfield模式,光线变得更加指令使用的镜头,见图6。 |
结论 |
| 理论模型已经开发使用介电材料最大限度地获得镜头。具体来说,我们演示和验证的概念,利用透镜聚焦光线的方向选择。我们选择一个球面波从点源辐射为了提高收益。在仿真中,分形贴片天线已经在10.4 GHz用作辐射来源。材料镜头是用于分析射线传播。仿真结果与理论模型达成一致。取得大量增加天线的方向性(从7.611到15.09 (dBi dBi)和使用介质透镜。此外,12.11 dB的增益提高从7.382 dB。 |
|
数据乍一看 |
|
|
|
|
|
引用 |
- 黄c、z赵w . Wang和x罗,“双波段双极化指令使用矩形贴片天线金属GridsMetamaterial,”杂志的红外线,毫米和太赫兹波,30卷,第708 - 700页,2009年。
- j·b·彭迪负折射使一个完美的镜头,“物理评论快报》,85卷,页3966 - 9,2000年10月30日。
- s Anantha罗摩克里希纳和j·B·彭迪”去除吸收和提高分辨率的近场透镜通过光增益,“PhysicalReview B, 67卷,201101页,2003年。
- v . g . Veselago”物质的电动力学,同时负的e和µ,”。早餐。,vol. 10, pp. 509-514, 1968.
- w·h·Weedon和c . m . Rappaport FDTD建模的一般方法任意frequency-dispersive波传播的媒体,“天线和传播,IEEE, 45卷,第410 - 401页,1997年。
- “微波仿真软件工作室,”ed, 2010。
- b . Camps-Raga和n . e .伊斯兰教”,优化仿真算法的分形生成和分析,“进步在电磁学研究M,卷。11日,第240 - 225页,2010年。
|
菜单
(1)
方程变成了S1和S2 =
(2)
,切线的圆形曲面在P1是垂直于线连接焦点和P1。切线的斜率在P1是给定的
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
