介质谐振器天线与基于光导开关的高功率微波辐射单元分析

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1、皇王型茎奎兰堡主兰垡堡茎个介质表面辐射。此外，由于不存在表面波，介质谐振器天线通常拥有比微带天线更高的辐射效率。虽然有这些不同，但是由于都属于谐振类型的天线，介质谐振器天线和微带天线也拥有很多共性。例如都可以通过采用高介电常数的材料缩小体积，二者的馈电结构大多可以通用等等。下面，我们介绍两种常见的介质谐振器天线，并简要介绍一下它们的分析方法。1．1．1．圆柱形介质谐振器天线与磁壁法S．A．Long最初使用磁壁法对圆柱形介质谐振器天线进行了研究。他所研究的天线形状和尺寸如图1．2所示[Sl。卜一2·—一图1

2、-2圆柱形介质谐振器天线示意图在分析中，假设介质表面是理想磁壁，忽略馈电的同轴线，横电场和横磁场的波函数可以表示成：∥‰州知f。酬sinn矽lsin[警]‰训和黜和[警]2则相对于Z轴的(1一1)(1—2)第一章介质谐振器天线研究其中厶是第一类贝赛尔函数，当n=l，2，3⋯，p=l，2，3⋯，时，满足以亿≯=D，J名向∥=D，因此可以由公式kp2+∥=矿=矿肛得到印，，l模式的谐振频率为：厶2磊面1(1-3)在实际应用中，人们关心的大多是基模，这种模式的谐振频率最低。圆柱形介质谐振器的基模是TMllo模式

3、，这种模式下的谐振频率可以由以下公式得到：局m2丽I(1-4)其中，髟，=1．841为了得到圆柱形介质谐振器天线的辐射方向图，我们需要知道在介质谐振器内部的场分布，Eh式(1．2)可以得到TMllo模式的波函数可以写成：‰。=以(半)删cos吾m5，这里选择COS提因为假设馈电点在妒D处，如果假设在妒rd2处则应选择sin#。由公式(1-5)容易得到电场的各个分量如下：q=志老，E=去(鲁埘卜易=去老m6，得到谐振器内部的场分布以后，就可以使用等效原理得到介质表面的等效磁流，这些磁流可以认为是远场的辐射源

4、，从而得到远场的场分布。由公式：露=云×h(1．7)其中h为介质表面向外的法线方向。可得等效表面磁流的表达式为：侧壁：肘，=土2jcoead‘∽t)sjn姆n丢(1-8)帆，=上jco占rk丑a)12以似。)c。s≯’cos型2d(1-9)顶部和底部：3里!型鏊奎兰堡主兰焦堡圣蛳=岳以半)cos矽’m聊mp,-'-南以(半pmⅢ为了便于计算远场辐射方向图，需要把柱坐标下的等效磁流转换为球坐标下。得到：％=蜂，eosOeos(#-矽’)+呜，eosOsin(#-#’)一丝，sinO(1-12)A‘=一^‘，

5、sin(#一矽’)+^0，cos(#一≯7)(1-13)由式(1．12)和(1．13)可以得到远场的矢量电势为：历=百e-jkor肛口P舢in侧州Ⅳ啪口≯'ap'd矽'az(1-14)乃=ie-jkor舭≯P风沙s妯蝴w啪占】P劬锄钇(1一l5)这里锄是自由空间的波数。在远场区，E舶毋分别与F瘌曩威正比。在文献【51中，S．A．Long教授使用相对介电常数为8．9的材料制作了四种半径高度比的圆柱形介质谐振器天线，分别为a／d=O．3，0．5，0．15，1．67，馈电的同轴线在距离圆心po处，伸入介质体内3

6、．8mm，图1-3所示的是这四种比例的圆柱形介质谐振器天线计算的和测量得到的方向图。悉、．，矽狳德忝簇—＼?∥狲德蒜。’岣‘∞。∞(d)。∞‘的∞曲。图1．3测量和计算得到的方向图：(a)a／d=O．3；(b)a／d=O．5；(c)a／d=1．67；(d)a／d=O．15Ee：——(计算)Eo：⋯⋯⋯(实验)‰：⋯⋯⋯一6-I-g)‰：⋯⋯⋯⋯⋯⋯6-1-算)4由于磁壁法不能计算输入阻抗，所以文献【5】主要采用实验方法研究阻抗特性。图I-4所示的是这四种比例的介质谐振器天线的输入阻抗随频率变化的示意图。．

7、，旷：彩丁、了。飞≥夕二、＼，V一∥、。·。。一、喘·-帆、IkI，廿／心·邺I'嚣IfQl瓦、'(a)／S％old,,Poll■盼7、Ill嘱‘口I量’’伟●∞＼、、、．．_，，，／．，lr’·。‘(c)5电子科技大学硕士学位论文rm图14测量到的不同比例的输入阻抗(a)a／d---O．3；(b)a／d=0。5；(Oa，d=O．15；(d)“d-1．67除了以上的分析方法外，还有Jm出er甜口正使用旋转体方法(BoR)对圆柱形介质谐振器天线进行分析㈣；Shum，Luk使用FDTD方法对其进行了数值分析【

8、13】。1．1．2．半球形介质谐振器天线与格林函数法在1．1．1节中提到，磁壁法是不能计算介质谐振器天线的输入阻抗的。因此Leungeta1．使用了格林函数法来研究半球形介质谐振器天线的输入阻抗【14】。这是因为半球形介质的空气一介质边界要比矩形和圆柱形的简单，容易得到封闭形式的格林函数的解。图1．5所示的是半球形介质谐振器天线的几何结构【阎。图l-5半球形介质谐振器天线结构示意图在TErn模式的谐振频率附近，我们可以采用单模