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辐射方向图的不圆度--介电层覆盖层的影响

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天线辐射方向图对附近环境很敏感。恢复辐射方向图失真的讨论越来越多。天线罩一般安装在距离天线一定距离的地方,设计时一般假设平面波入射到天线罩。然而,对于一些场景,例如基站和 AP,覆盖层放置在靠近天线的位置,设计仿真时平面波入射的前提不满足,那么天线罩会影响天线的匹配、耦合和辐射方向图。与电介质盖平行放置的偶极子会激发强导波,通常会扭曲其辐射模式。最近有研究提出了抑制单轴各向异性板中导波的条件。

目录



   
  • 辐射方向图畸变的影响因素和解决方法    
  • 单轴超材料板的截止条件    
  • 参考资料  

Suppression

As shown below👇

辐射方向图畸变的影响因素和解决方法

1、地面影响

对于有限地面上的垂直极化天线,辐射畸变主要是由不规则的接地平面引起的。

已经提出了圆环、超表面、圆形电磁带隙 (EBG) 和类-henge 的超线环等方法来改善辐射方向图。

 


2、天线罩的影响

除了天线元件和接地平面外,天线罩也是几乎所有天线系统中的重要组成部分,为天线和周围的电子设备提供关键保护,使其免受对抗性外部元件的影响。

自 1996 年以来,研究者发现传统的介电层覆盖层会影响辐射方向图,并于 2021 年重新考虑此影响。

到目前为止,除了保护之外,天线罩还被用于整合各种功能,以提高天线系统的性能,例如

空间滤波器的频率选择表面,

低雷达散射截面,

带外吸收器,

相控阵天线的扩展扫描范围,

用于高透射率的广角偏振不敏感电磁窗口,

单负超材料 (SNM)来抑制由盖板中的导波引起的天线之间的耦合,等等。






单轴超材料板的截止条件

 

如上图所示,区域0和2是空气,区域1填充有无损的单轴各向异性介质,其相对介电常数和磁导率如下:

 

其中ax、ay和az分别是沿x、y和z轴的单位向量,εt和μt是沿x和y轴的横向相对介电常数和磁导率,εz和μz是沿z轴的法向相对介电率和磁导率。

TE波沿x轴传播,记为

 

磁场为,

 

通过匹配板两个界面上的边界条件,偶模和奇模中横波数k1z实部的引导条件为

 

横波数的虚部k1z=jα1z

 

区域0中的色散关系为

 

区域1中具有横波数实部或虚部的色散关系分别为

 

消除kxd后,得,

 
 


上表列中的“cut-off”意味着这种单轴各向异性元覆盖不支持引导的TE波,无论法向波数是实数还是虚数,传播模式是偶数还是奇数。因此,在两个条件中的任何一个条件下,都可以满足单轴各向异性板波导中所有种类和所有阶次的导TE波的截止条件:

 

对于TE波,满足这两个条件中的任何一个都可以抑制单轴各向异性板波导中的任何阶导波。 TM波的截止可以通过对偶来获得。

 



参考文献



   

[1] B. Zhang and Z. N. Chen, “Guided-wave Suppression in Uniaxial Anisotropic Metamaterial Slab for Radiation Pattern Control of Covered Dipoles,” IEEE Trans. Antennas Propagat., pp. 1–1, 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3474799.

[2] B. Zhang, Z. N. Chen, Y. Zhou, Q. Lou, J. Wang and K. Mouthaan, "Improving Radiation Pattern Roundness of Henge-Like Metaring-Loaded Monopoles Above a Finite Ground for MIMO Systems," in Electromagnetic Science, vol. 2, no. 2, pp. 1-12, June 2024, doi: 10.23919/emsci.2024.0018. 


来源:微波工程仿真
SystemMAGNET电子材料META
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首次发布时间:2025-07-16
最近编辑:9小时前
周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
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平面端射天线(Endfire antenna)

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