介质谐振器天线--介质谐振理论_ACT_ANSA_通信_理论

介质谐振器天线--介质谐振理论

由于介电谐振器天线（DRA）具有重量轻、外形扁平和高辐射效率等特性备受关注。在设计矩形 DRA 时，介电波导模型（DWM）已被广泛用于确定 DRA 的谐振频率。然而，它的解涉及超越方程。因此，DRA谐振模式理论需要更深入的探索和简化。

图显示了TEy111,TEy112,TEy113（成像的）矩形 DRA 内的模式。参考图（b），E-field 的TEy113模式非常强，它在z=0，即接地面所在的位置。但是由于E-field 应该在完美电导体（PEC）上消失，所以TEy112模式不能被激励，因此TEy113mode 用于双模设计。

双模矩形DRA的设计公式

双模矩形DRA设计与尺寸a、b和d有关。TEy111和TEy113模式的谐振频率分别由f1和f2表示。在DWM模型中，假设成像的DRA表面在x=±a/2和z=±d时是完美的磁导体（PMC）。由于使用了图像理论，因此不必考虑z=0时的PEC。利用两种模式之间的差异主要沿z方向的事实，波数kx1，x2和kz1，z2可以写成如下：

根据DWM模型，对于TEynml模式，实际的介电-空气界面被认为在y=±b/2时，因此我们有ky1≠ky2。然而，可以预期ky1≈ky2，因为TEy111和TEy113模的场主要在z方向上不同，因此横波数ky的变化相对较小。根据DWM模型，频率f1、f2由下式给出

通过观察，f1、f2之间的差值高度依赖于kz1、z2或d。为了具有宽带DRA，d应该更大，以使f1和f2彼此更接近。这使得能够合并这两种模式，从而可以拓宽带宽。相反，如果需要双带操作，则应使用较小的d。

参考文献

[1] X.-J. Wu, Z. Chen, H.-Z. Li, and T. Yuan, “Analysis of TE(z)-Mode Cluster in a Stacked Dielectric Resonator Antenna and Its Bandwidth Diversity Application,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 4, pp. 3742–3747, Apr. 2024, doi: 10.1109/TAP.2023.3333970.

[2] M. Shehbaz, C. Du, D. Zhou, S. Xia, and Z. Xu, “Recent progress in dielectric resonator antenna: Materials, designs, fabrications, and their performance,” Applied Physics Reviews, vol. 10, no. 2, p. 021303, Apr. 2023, doi: 10.1063/5.0128779.

[3] S. Fakhte, H. Oraizi, and L. Matekovits, “High Gain Rectangular Dielectric Resonator Antenna Using Uniaxial Material at Fundamental Mode,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 65, no. 1, pp. 342–347, Jan. 2017, doi: 10.1109/TAP.2016.2627520.

来源：微波工程仿真

倏逝波与表面波

倏逝波通常与全反射现象相关，存在于低折射率介质一侧，且不传播能量，只是局域在界面附近；而表面波则是在界面处传播的波，能够沿界面传输能量，且其存在依赖于特定的材料属性组合，如金属和介质之间的表面等离子体激元。目录倏逝波（Evanescent Wave）表面波（Surface Wave）参考资料 WaveAs shown below👇倏逝波（Evanescent Wave）在全反射条件下（如光从高折射率介质进入低折射率介质时），界面处产生的非传播电磁场，振幅随距离界面指数衰减。特点：不传输能量，仅局域在界面附近（约波长量级内）。存在于低折射率介质一侧。常见于全反射、波导、近场光学等场景。倏逝波的临界条件倏逝波的产生需要满足全反射条件，即入射角大于临界角，而临界角由两种介质的折射率决定其中n1 > n2。超过临界角后，透射波消失，界面处形成倏逝波。倏逝波的穿透深度总结：倏逝波（Evanescent Wave）通常出现在全反射情况下，当光波从高折射率介质进入低折射率介质时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射。此时，尽管没有透射波，但在低折射率介质中会存在一个迅速衰减的电磁场，这就是倏逝波。倏逝波的特点是振幅随着距离界面呈指数衰减，不能有效传播能量，主要存在于界面附近很小的范围内。表面波（Surface Wave）沿两种介质界面传播的电磁波，能量集中在界面附近，随垂直方向衰减。特点：能沿界面传输能量，传播距离较远。需要特定材料组合（如金属-介质界面支持表面等离子体激元）。常见于纳米光子学、天线设计、生物传感等领域。临界条件表面波的激发需要满足特定的色散关系，例如对于表面等离子体激元，需要金属的介电常数为负，且与介质的介电常数满足一定关系（ε_metal < 0，且 |ε_metal| > ε_dielectric）。总结：表面波（Surface Wave）则是一种沿着两种不同介质之间的界面传播的电磁波，其能量集中在界面附近，随着远离界面而逐渐衰减。表面波的典型例子包括表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs），它们可以在金属和介质的界面上传播。表面波的传播需要满足特定的条件，例如介质的介电常数符号相反等。PS:可能存在一些混淆点。例如，表面波是否包含倏逝波成分？在表面波的传播过程中，垂直于界面的方向可能存在倏逝波式的衰减场，但表面波本身是沿界面传播的，而倏逝波更多指那些不传播、仅衰减的场。表面波在垂直于界面方向表现为倏逝场（指数衰减），但沿界面方向是行波（传播能量），因此表面波本质是传播波，而倏逝波是非传播的局域场。参考文献 [1] D. M. Pozar, 微波工程, 第三版. 北京: 电子工业出版社, 2015.[2] 徐锐敏, 微波技术基础(修订版). 北京: 科学出版社, 2009.来源：微波工程仿真

介质谐振器天线--介质谐振理论

目录

随着无线通信的快速发展，双频和宽带天线的使用比以往任何时候都更加广泛。

单波段矩形 DRA 的设计，在文章中有了简单的介绍：模式分析--矩形介质谐振器天线。为了实现多波段或者宽带介质谐振器天线，理解DRA的高阶模式也很重要。

参考文献

倏逝波与表面波