第3章介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析
3.1介质谐振器
介质谐振器的流程图：
设计单位
设置默认材
料
创建空气腔
创建介质
检查模型
保存工程
设置分析
仿真
查看计算结果
创建场覆盖图
参数扫描
参数扫描结
3.1.1介质谐振器的建模
介质谐振器的模型有很多中，本文主要是以圆柱形介质谐振器为参考，其中，介质谐振器的尺寸均是由本人视个人情况设定。
本模型由三部分组成：谐振腔、谐振介质和基片，如图所示：
3.1.2谐振器的设计与仿真分析
（1）开始前的准备工作
上网下载电磁波仿真系统HFSS 软件，进行安装。
打开HFSS 软件桌面快捷方式，启动HFSS 软件。新建一个工程，名称为yuancong.hfss ，然后设计解决方案类型。在HFSS 软件中，具有三种求解方法。分别是受驱模式求解、受驱终端求解和本征模求解。下面是三种求解方式的区别：
本征模求解：计算结构的本征模或谐振是一般采用本征模求解方式。本征模求解可算出结构的谐振频率和在这些谐振频率出对应的场，也可计算出品质因数。因为本征模问题不包含端口和源，所以介质谐振器运用的求解方式是本征模求解方式。
受驱模式求解：想用HFSS 计算基于微波传输带、波导、传输线等被动高频结构的基于模式的S 参数时，选用Driven Modal 。S 参数解决将用一系列波导模的入射和反射能量来表示。
受驱终端求解：想用HFSS 计算基于终端的多导体传输线端口的S 参数时，采用受驱终端求解。 （2）设计模型单位
选择软件的单位以毫米为单位。 （3）创建空气腔
选择菜单项创建空气腔，其圆柱体的基坐标为（x=0,y=0,z=0）,并且键入半径为15mm ，高度为10mm 。并且勾选显示框架项。
谐振腔
谐振介质
谐振器基片
（4）创建新材料
由于介质谐振器是由高介电常数和低损耗的介质材料制成，所以要创建高介电常数的材料。
ε=36，命我们在三维模型材质中创建新材质，其中，谐振介质的介电常数
r
名为DielRes.在实际天线设计中，谐振器要放在介质基片之上，基片下面是接地板，接地板如果与谐振器较近就会对谐振频率和品质因数有影响，而且谐振器材
ε=9.6.料的介电常数必须远大于基片的介电常数。所以设置谐振基片的介电常数
r
命名为subs。
（5）创建基片和介质
创建基片位置为（x=0,y=0,z=0），其中半径为15mm，高度为-1mm。命名为substrate。设置材料为subs
创建介质位置为（x=0,y=0,z=0），其中半径为5mm。高度为5mm。设置材料为DielRes。
（6）检查模型设置
我们已经建立了完整的模型，分析之前唯一没做的是设定边界条件，我们应用系统默认的边界为理想电边界。由于本征模算法不需要端口激励，所以我们不设置激励。
通过菜单项中的边界显示，得出如图结果：
(7)设置分析
建好模型后，接下来是使用HFSS软件的分析功能来分析模型的微波性能，首先添加分析功能，然后设置器件所要工作的工作频率。完成设置后，开始分析模型。
在分析设置中，主要设置工作频率，求解频率是用来自动划分网格的，所以不要设置的太低，计算会不精确，一般取中心频率。即设置最小频率为3GHZ：设置模式数目为6：设置最大步数为14，设置频率每步最大变化为25%。最小收敛步数为3.
（8）仿真
建立好模型和设置分析后，检查模型边界设置后，就可以仿真模型了，其模型验证如图所示：
接下来就是执行仿真求解。
(8)计算结果
对于介质谐振器，需要关注的参数是介质谐振器的谐振频率，各个谐振模式在谐振器内部的场强分布，由于没有激励，所以没有S参数。
查看结果数据，其收敛性如图所示：
切换到本征模数据选项卡，如图所示，可以看到这些模成对出现，他们是衰减模。
接下来通过单个模查看收敛性，如图所示，在第七步后软件得到的模的频率趋于常数。容易看出模5和6以及1和2实际上同一个模。
(9)场覆盖图
1. 设置场为电场幅度，经过一系列设置后，同时可以改变激励模，可以看到模型在XZ平面上不同模的电场幅度分布图。如图所示：
模1的电场幅度分布
模2的电场辐射分布
模3的电场辐射分布
模4的电场辐射分布
模5的电场辐射分布
模6的电场辐射分布
2.设置场为磁场幅度，经过一系列设置后，同时可以改变激励模，可以看到模型在XZ平面上不同模的电场幅度分布图。
模1的磁场幅度分布
模2的磁场幅度分布
模3的磁场幅度分布
模4的磁场幅度分布
模5的磁场幅度分布
模6的磁场幅度分布
3.在自定义面上绘制电场辐射分布（仅表述出模1的电场辐射分布，其他五个不一一列出了）
（10）参数扫描
将谐振介质的高度设为变量，查看当介质谐振高度发生变化时，对谐振频率有什么影响，当变量为多少时，高度的增加对谐振频率没有影响。得到如图的图形。
通过图形可以看出，谐振高度的变化会使谐振器各模式的谐振频率将会反生变化。当高度增加到一定高度时，谐振频率将会趋于一稳定的值，如，对于模1而言，高度为6mm 为最优高度。
当然还可以对其他参数进行扫描优化，操作方法基本相同，不再一一列出。
3.2介质谐振器天线
介质谐振器天线通常是由功率源激励的。馈电的作用就是把激励源输入的电磁信号通过耦合作用传输到介质谐振器上。馈电结构的几何参数应能提高激励源和介质谐振器的耦合度，并且应符合阻抗匹配要求。目前主要的馈电形式有微带线直接馈电,微带线缝隙耦合馈电，共面波导馈电，同轴探针馈电。不同形式的馈电结构，可根据设计调节的参数数量的不同获得不同性能的天线。主要馈电形式有微带线馈电、同轴线馈电、电磁耦合馈电、共面波导馈电等。本文主要以同轴探针馈电为研究对象，以圆柱形介质谐振器天线为例，说明探针的高度和位置对谐振器天线的影响。如图所示：
探针馈电的圆柱形DRA
介质谐振器天线与介质谐振器建模的区别在于介质谐振天线必须设置边界和激励。所建模型如图所示：
创建端口命名为port，设置为波端口。端口是唯一的一种允许能量流入和流出的边界条件，所以将port端口设置为波端口。运用铜探针，将探针的位置和高度设置为变量。
（1）检查模型设置
仔细检查边界条件设置以及波端口设置。边界条件或设置端口设置不正确，仿真的结果就会不正确。如图：
（2）设置分析
建立好模型后，接下来就是使用HFSS软件的分析功能来分析所建模型的性能。并且添加分析功能，然后设置器件所要工作的工作频率，然后完成设置以后，开始分析。
（3）结算结果
仿真完成后，查看介质谐振器天线的S11参数和场覆盖图。
1.收敛性如图：
2.创建终端S参数磁场图，其效果如图：
可以看出，在5GHz—6.5GHz频带内，反射系数S11变化剧烈，表明探针天线是一个窄带器件。
3.创建二维远场极坐标图
打开创建报告，设置报告类型为远场，显示方式为辐射格式，设置Mag 卡：将种类设置为增益，其效果图如图所示：
图1 2.5GHz方向图
图2 5.02GHz方向图
图3 7GHz方向图
天线的辐射特性可以形象的用方向图来描述，有必要对此款天线的方向图特性进行分析。当阻抗带宽最优时，图1、图2和图3分别是介质谐振器天线E面和H面在2.5 GHz、5.02 GHz、7 GHz时的辐射方向图。由图可知发现天线在2.5 GHz的中频段，方向图基本稳定。然而在在5.02GHz和7 GHz 的高频段，方向图有所恶化，这直接导致天线工作于高频段时辐射效率下降。在要求不太高的情况下，这款圆柱形介质谐振器天线的辐射特性基本满足要求。
(4)参数求解及优化
1.参数求解：首先定义变量，将探针位置的X坐标设为变量a，将
探针的高度设为height.同时加入输出变量S11mag.分析得到求解结果为：
求解结果（图形解）
求解结果（图标解）
由图可以看出，当a=1,height=4时，S11mag最接近于1，也就是说这个封闭腔的谐振是驻波比越接近于无穷，在所扫描的参数中是最优解。
2.优化求解：首先定义变量a的优化范围为0.5-1.5，height的优化范围为
3.5-
4.
5.优化得到结果如图：
查看求解结果
3.3本章小结
通过对介质谐振器与介质谐振器天线建模，分别对其进行仿真得到幅度覆盖图和幅度方向图，并且获得介质谐振器天线的带宽和探针位置和高度的最优解。
介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析汇总
第3章介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析 3.1介质谐振器 介质谐振器的流程图： 设计 设置 创建 创 检 保存 设 仿 查看计 创建 参数 参数
3.1.1介质谐振器的建模 介质谐振器的模型有很多中，本文主要是以圆柱形介质谐振器为参考，其中，介质谐振器的尺寸
均是由本人视个人情况设定。 本模型由三部分组成：谐振腔、谐振介质和基片， 如图所示： 谐振 谐振 谐振 3.1.2谐振器的设计与仿真分析 （1）开始前的准备工作 上网下载电磁波仿真系统HFSS软件，进行安装。 打开HFSS软件桌面快捷方式，启动HFSS软件。新建一个工程，名称 为yuancong.hfss ，然后设计解决方案类型。在HFSS软件中，具有三种求解方 法。分别是受驱模式求解、受驱终端求解和本征模求解。下面是三种求解方式 的区别： 本征模求解：计算结构的本征模或谐振是一般采用本征模求解方式。本征 模求解可算出结构的谐振频率和在这些谐振频率出对应的场，也可计算出品质 因数。因为本征模问题不包含端口和源，所以介质谐振器运用的求解方式是本 征模求解方式。 受驱模式求解：想用HFSS计算基于微波传输带、波导、传输线等被动高 频结构的基于模式的S参数时，选用Driven Modal。S 参数解决将用一系列波
导模的入射和反射能量来表示。 受驱终端求解：想用HFSS计算基于终端的多导体传输线端口的S参数时，采用受驱终端求解。 （2）设计模型单位 选择软件的单位以毫米为单位。 （3）创建空气腔 选择菜单项创建空气腔，其圆柱体的基坐标为（x=0,y=0,z=0）,并且键入半径为15mm，高度为10mm。并且勾选显示框架项。 （4）创建新材料 由于介质谐振器是由高介电常数和低损耗的介质材料制成，所以要创建高介电常数的材料。 ε=36，命我们在三维模型材质中创建新材质，其中，谐振介质的介电常数 r 名为DielRes.在实际天线设计中，谐振器要放在介质基片之上，基片下面是接地板，接地板如果与谐振器较近就会对谐振频率和品质因数有影响，而且谐振器材料的介电常数必须远大于基片的介电常数。所以设置谐振基片的介电常数 ε=9.6.命名为subs。 r （5）创建基片和介质 创建基片位置为（x=0,y=0,z=0），其中半径为15mm，高度为-1mm。命名为substrate。设置材料为subs 创建介质位置为（x=0,y=0,z=0），其中半径为5mm。高度为5mm。设置材料为DielRes。 （6）检查模型设置 我们已经建立了完整的模型，分析之前唯一没做的是设定边界条件，我们应用系统默认的边界为理想电边界。由于本征模算法不需要端口激励，所以我们不设置激励。 通过菜单项中的边界显示，得出如图结果： (7)设置分析 建好模型后，接下来是使用HFSS软件的分析功能来分析模型的微波性能，首先添加分析功能，然后设置器件所要工作的工作频率。完成设置后，开始分析模型。
第3章介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析 3.1介质谐振器 介质谐振器的流程图： 设计单位 设置默认材 料 创建空气腔 创建介质 检查模型 保存工程 设置分析 仿真 查看计算结果 创建场覆盖图 参数扫描 参数扫描结
3.1.1介质谐振器的建模 介质谐振器的模型有很多中，本文主要是以圆柱形介质谐振器为参考，其中，介质谐振器的尺寸均是由本人视个人情况设定。 本模型由三部分组成：谐振腔、谐振介质和基片，如图所示： 3.1.2谐振器的设计与仿真分析 （1）开始前的准备工作 上网下载电磁波仿真系统HFSS 软件，进行安装。 打开HFSS 软件桌面快捷方式，启动HFSS 软件。新建一个工程，名称为yuancong.hfss ，然后设计解决方案类型。在HFSS 软件中，具有三种求解方法。分别是受驱模式求解、受驱终端求解和本征模求解。下面是三种求解方式的区别： 本征模求解：计算结构的本征模或谐振是一般采用本征模求解方式。本征模求解可算出结构的谐振频率和在这些谐振频率出对应的场，也可计算出品质因数。因为本征模问题不包含端口和源，所以介质谐振器运用的求解方式是本征模求解方式。 受驱模式求解：想用HFSS 计算基于微波传输带、波导、传输线等被动高频结构的基于模式的S 参数时，选用Driven Modal 。S 参数解决将用一系列波导模的入射和反射能量来表示。 受驱终端求解：想用HFSS 计算基于终端的多导体传输线端口的S 参数时，采用受驱终端求解。 （2）设计模型单位 选择软件的单位以毫米为单位。 （3）创建空气腔 选择菜单项创建空气腔，其圆柱体的基坐标为（x=0,y=0,z=0）,并且键入半径为15mm ，高度为10mm 。并且勾选显示框架项。 谐振腔 谐振介质 谐振器基片
介质谐振天线 介质谐振天线（dielectric resonator antenna） 随着无线通信事业的飞速发展,对于天线的小型化、宽频带、低损耗等性能提出了更高的要求。虽然各种各样的微带天线因其低剖面、轻质量等优点,已经得到了深入的研究和广泛的应用,但由于在高频段金属欧姆损耗高和在低频段天线几何尺寸大这两个关键性技术瓶颈的存在,其发展和应用受到了一定的限制。近年来,一种新型天 线——介质谐振器天线由于良好的性能而受到了广泛的关注和研究。 介质谐振器早期主要作为一种能量的存储装置，直到1983年美国休斯顿大学的郎教授发表的第一篇关于圆柱形介质谐振器天线的文章后，才引起人们对介质谐振器天线的关注。介质谐振器天线是一种谐振式天线，由低损耗的微波介质材料构成，它的谐振频率由谐振器尺寸、形状和相对介电常数所决定。且介质谐振器具有其自身特有的优势： (1)介电常数的选择范围很大(6－140)，允许设计者灵活控制尺寸和带宽； (2)介质谐振器天线通过整个谐振器表面（除了与地板接触的那个面之外）进行辐射，因为没有导体和表面波损耗而自身介质损耗又小，其辐射效率很高（>95%）； (3)介质谐振器的形状有多种，设计具有很大的灵活性； (4)介质谐振器天线馈电方式较多：探针，缝隙耦合，微带线，共面波导，介质镜像波导等，且其它天线的馈电技术都比较容易地应用到介质谐振器天线中； (5)可以激励起多种模式，针对不同的覆盖要求可产生宽边或圆锥型的辐射模式； (6)介质谐振器天线加工简单，成本较低，便于集成设计。基于以上优点，介质谐振器天线已广泛应用于Bluetooth、PHS、WLAN等通信系统中，并在雷达系统、移动卫星通信、相控阵天线等诸多领域显示出潜在的应用价值。 介质谐振器天线研究方向 近年来围绕介质谐振器天线的研究主要集中在以下几个方面： 1、圆极化介质谐振器天线 2、高增益介质谐振器天线 3、宽频带介质谐振器天线 4、双极化介质谐振器天线
微波介质谐振器的发展 和应用前景 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
微波介质谐振器的发展和应用前景 成都微波技术支持工程师：郑国全 一、微波是什么 微波是指频率300MHz-3000GHz的电磁波，是无线电波中的一个频段，即波长在1米（不含1米）到0.1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”，微波作为一种电磁波具有波粒二象性。 二、微波的特性 微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。从电子学和物理学观点来看，微波这段电磁频谱具有不同于其他波段的如下重要特点： 穿透性 微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，物料内外加热均匀一致。 选择性加热 物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同，产生的热效果也不同。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。因此对于食品，含水量的多少对微波加热效果影响很大。 热惯性小 微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。 似光性和似声性 微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多，或在同一量级上。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。因此在微波频段工作，能使电路元件尺寸减小，系统更加紧凑。可以制成体
介质谐振器的工作原理 我们目前所接触到的最基本的介质器件是介质谐振器。要想了解介质谐振器的工作原理首先要了解金属波导与谐振腔。 一、 金属波导的一般特性 传输电磁能量或电磁信号的途径可分为两类，一类是电磁波在空间或大气中的传播，另一类是电磁波沿波导系统的传播。人类最初应用的电磁波导波系统是双线传输线，双线传输线主要用在频率较低的场合，当使用频率逐步提高时，双线传输线的传输损耗以及辐射损耗急剧的增加，为了克服辐射损耗，采用了同轴线结构。但是同轴线中所采用的模式仍然是TEM模，必须有内外两根导体，到了频率更高时内导体的损耗变得很严重。在微波频段即分米波段和厘米波段人们发现，用一根中空的金属管来传输电磁波是可行的和方便的。在空管中不可能传播TEM模式，因此采用TE模或TM模，这就是金属波导或称为波导管。到了短毫米波段及亚微毫米波段金属波导的截面积尺寸太小，加工不易，因此采用介质波导作为传输系统。在光波段使用光学纤维和光波导也是介质波导。光学纤维简称光纤现在已成为传输电磁信号的主要手段。 为了近似地实现短路面的边界条件可以用具有高导电率的导体即金属构成的边界面，这样就形成金属波导或称波导管。金属波导可以由一根波导管构成，也可以由多根波导管构成。略去导体表面损耗时，可将边界看作短路面。 波导波的特点是存在一个截止频率，当工作频率高于截止频率时，纵方向为快行波，横方向为驻波，工作频率低于截止频率时，纵方向成为衰减场或渐消场，横方向仍然为驻波。 金属波导的传播特性为ωc=T/(με)1/2 =cT/(με) 1/2或Fc= cT/2∏(με) 1/2临界状态下，电磁波在介质中的波长就是横向波长，即λT=2∏/T=1/fc(με)1/2相应的临界状态下真空中的波长称为临界波长。 当电磁波的角频率大于波长的临界角频率时，电磁波可在波导中传播，反之，波导是截止的。临界角波数决定于波导的截面形状和尺寸。 二、 金属波导的波阻抗 金属壁是由良导体构成而非理想导体，因此电磁波在波导中传播时一定会有功率损耗，从而造成电磁波沿传播方向上的衰减。其衰减常数为： а=1/4σδ*H2dL/P； 式中，L为波导的横截面的闭合边界线；P为波导中传输的功率流，σ为波导壁的导电
Compact wideband multi-layer cylindrical dielectric resonator antennas W.Huang and A.A.Kishk Abstract:Homogenous dielectric resonator antennas(DRAs)have been studied widely and their bandwidth have been reached to the possible upper limit.A new non-homogenous DRA,multi- layer cylindrical DRA(MCDRA),is designed and fabricated to achieve wider bandwidth.The antennas consist of three different dielectric discs,one on top of the other.Two different excitation mechanisms are studied here.As much as66%of impedance bandwidth with a broadside radiation pattern has been demonstrated using a50V coaxial probe placed off the antenna axis.More than 32%of impedance with a broadside radiation pattern has been achieved when the antenna is excited by an aperture coupled50V microstrip feedline.Mode analysis is carried out to investigate the natural resonance behaviours of the MCDRA structure. 1Introduction The dielectric resonator(DR)was used as an energy storage device rather than a radiator in microwave circuits for many years[1].In1983,Long et al.[2]introduced it as an antenna,which is able to offer the advantages of compact size,low Ohmic losses and wider matching bandwidth over the microstrip antenna.The dielectric resonator antenna(DRA)is also simple to fabricate and easy to feed by different coupling mechanisms,such as coaxial probe,microstrip line coupled aperture,slotline,stripline and so on.Moreover,compared with the microstrip antenna,no surface wave losses are suffered because the DRA element is directly placed on the ground plane. However,because of the high dielectric constant and the high Q-factor,it has a limited impedance bandwidth of operation.At the early stage of development,simple shapes of the DRAs,such as a hemispherical DRA[3],a cylindrical DRA[4]and a rectangular DRA[5],were con-sidered.A bandwidth ranging from5to10%was achieved. Later,with improved knowledge of the antenna operation and the numerical tools,enhancements of the bandwidth were achieved using other shapes,such as truncated tetrahe-dron shape[6],split cone shape[7]and half-hemispherical shape DRAs[8].Although the bandwidth of the homo-geneous DRAs was improved to its possible upper limit,a much wider bandwidth was achieved by stacking two differ-ent DRAs[9,10],loading a high permittivity,low-pro?le dielectric disc on top of a conventional homogeneous DRA in[11]and plugging an inner core into the lower stacked part[12].In addition,in[13],multisegment DRAs are developed to enhance its coupling to a microstrip line by inserting one or more thin segments of different per-mittivity substrates under a DRA of low permittivity. Here,a wideband multi-layer cylindrical DRA (MCDRA)is designed and fabricated by simply placing three different dielectric discs of the same diameter,one on top of the other,as shown in Fig.1.Three dielectric discs are made of standard available dielectric substrate materials in our laboratory:Rogers RT/Duroid6010 (1r?10.2)with thickness2.5mm,Poly?on POLYGUIDE (1r?2.32)with thickness 3.35mm and Rogers RT/ Duroid6006(1r?6.15)with thickness 2.5mm.The shape of the MCDRA can be considered as not physically deformed but electrically deformed because of the different dielectric constant of each disc.Therefore compared with the equivalent homogenous DRA,the MCDRA supports several broadside radiating modes with close resonant fre-quencies,which provide wider bandwidths.Also,the MCDRA resides on a ground plane,which does not support surface waves as multisegment DRAs do,so it will not suffer the surface wave losses.The fabrication is also simple since the thickness of each disc is the same as the materials available in market. In Section2,MCDRAs with different stack order are per-formed numerically in order to?nd the optimal order.A coaxial-probe-fed MCDRA geometry with optimal order is described for both simulation and measurements cases. Also,the measured re?ection coef?cients and radiation pat-terns are veri?ed with the simulated results.In Section3,an aperture-coupled microstrip-line-fed MCDRA is described and the measured voltage standing wave ratio(VSWR)is veri?ed experimentally.The simulated radiation patterns are also demonstrated.In Section4,mode analyses are dis-cussed to explain the natural resonance behaviour of the MCDRA.In the last section,conclusions are provided. 2Coaxial probe excitation 2.1Antenna geometry and fabrication The geometry of the probe-excited MCDRA is shown in Fig.1.The antenna with diameter(D1)of14mm resides on a?nite square ground plane with side length(D2)of 80mm,which is large enough to assure negligible edge effect on the input impedance.A50V coaxial probe is used to excite the DRA.The probe is located(A)3.7mm off the centre with the length(B)5.845mm and radius 0.3mm.The antenna is simulated using the frequency domain commercial software WIPL-D[14],which is #The Institution of Engineering and Technology2007 doi:10.1049/iet-map:20070028 Paper?rst received7th February and in revised form24th June2007 The authors are with the Department of Electrical Engineering,University of Mississippi,Oxford,MS,USA38677 E-mail:whuang1@https://www.doczj.com/doc/1015301965.html,
采用介质谐振器阵列天线产生OAM波束的新方式 摘要：轨道角动量(OAM）技术为无线通信系统提供了新的调制维度，成为解决频谱资源短缺问题的有效方法。提出了一种新颖的OAM阵列天线，利用介质谐振器阵列天线产生OAM波束。仿真结果表明，此OAM阵列天线半径的大小直接影响OAM 波束的效果，同时合适的馈电位置以及馈电方式在一定程度上可以改善中央空域问题和提高OAM波束远距离传输质量。此OAM阵列天线体积小、介质材料选取广泛，能够解决环形OAM微带阵列天线高频段辐射阵元损耗高、低频段几何尺寸大的难题，对OAM阵列天线在未来无线通信领域的实际应用提供了新的参考价值。 0 引言 近年来，频谱资源利用率低已成为无线通信技术发展迫切需要解决的瓶颈问题，多种分集技术(如空间分集、极化分集、频率分集等)已经成功被用来传输数据，以提高频谱效率。但传统的调制技术仅使用频率、时间、码型和空间等资源作为自由度，它们的调制能力是有限的。OAM涡旋电磁波的复用技术可以在同一频点下实现多路信号的同时传输[1]，它作为一个有发展前景的方法，对解决频谱利用率低、频谱资源短缺等问题提供了一定的研究思路，带来了不可估量的研究价值。 轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）表征出具有相位因子为exp(jlφ)的螺旋相位波前结构的自然属性[2]。OAM作为一种不同于相位、幅度、极化的调制维度被引入到无线通信中，可以有效地提高通信系统的容量和效率。螺旋透镜[3]、超表面[4]、螺旋相位板[5]等光领域OAM波束的产生方法很难全部应用于微波段的无线通信系统中，探索合适的微波段OAM波束产生方式显得尤为重要。2013年，TAMBURINI F等人基于螺旋抛物面天线进行了OAM无线通信实验[6]，证明了利用OAM涡旋电磁波进行无线通信以及增加无线传输容量的可行性；2014年，BAI Q等人利用8个相同的矩形微带贴片组成圆形相控阵天线产生OAM波束[7]；2015年，BAI X等人用三极化圆喇叭阵列天线生成了OAM波束[8]；2016年，KANG M S等人采用配置了8路均匀功率分配器的圆形阵列天线产生模式数l=1的OAM波束[9]。此后，更多关于OAM天线和OAM波束生成的方法被
305 8 DRD型 o TE 01δ模式谐振器 (圆板型/柱型) 的有效范围 可提供附支撑架的TE模式谐振器和调好频率的谐振器。 DRR060型铜电极DRR040型铜电极 DRR020型铜电极 DRR030型铜电极o TEM模式谐振器有效范围 in mm L：取决于频率 高频元件／组件 !注意事项? 本产品目录所记载的产品规格，因受篇幅的限制，只提供了主要产品资料。在您订购前，必须确认规格表内容，或者互换协商定案图。 尤其，有些产品请务必阅读其品级，或!注意事项 (保管、使用环境、品级上的注意事项、装配时的注意事项、使用时的注意事项)，否则有可能出现冒烟、起火等情况。 ? 产品检索引擎 (http://search.murata.co.jp/) 或产品目录数据库 (https://www.doczj.com/doc/1015301965.html,/cn/catalog/) 上登载有详细规格，因此，在索取规格表，或互换协商定案图之前可阅览其详细规格。
306 8 1) 频率温度系数。 2) 谐振频率的公差 (P: ±0.7%最大值; K: ±0.7%最大值)。3) Qu的值取决于频率范围的下限。 接上页。 高频元件／组件 !注意事项? 本产品目录所记载的产品规格，因受篇幅的限制，只提供了主要产品资料。在您订购前，必须确认规格表内容，或者互换协商定案图。 尤其，有些产品请务必阅读其品级，或!注意事项 (保管、使用环境、品级上的注意事项、装配时的注意事项、使用时的注意事项)，否则有可能出现冒烟、起火等情况。 ? 产品检索引擎 (http://search.murata.co.jp/) 或产品目录数据库 (https://www.doczj.com/doc/1015301965.html,/cn/catalog/) 上登载有详细规格，因此，在索取规格表，或互换协商定案图之前可阅览其详细规格。
根据介质谐振器稳频机理，采用介质谐振器稳频的FET振荡器（简称介质振荡器）可分为以下4种类型，即反射型、带阻型、传输型和反馈型。 1反射型 在此种介质振荡器中，介质谐振器通常置于FET栅极的微带线上。介质谐振器DR在FET栅极上，与栅极微带传输线一起构成一个带阻滤波器。当振荡器的振荡频率与介质谐振器的谐振频率相同时，这一带阻滤波器便将信号能量反射到FET栅极，使振荡得以维持下去，而对于其他频率，介质谐振器不起作用，振荡信号能量被栅极终端电阻RG吸收，无法维持振荡条件。 2 带阻型介质振荡器电路（略） 3传输型 这种介质振荡器的介质谐振器置于FET漏极与振荡器输出的两条平行微带线之间。介质谐振器与两平行微带线在振荡器的输出端构成一个带通滤波器，将振荡器与负载相连接。只有振荡器的振荡频率与介质谐振器的谐振频率相同时，振荡器的负载才是纯电阻；当振荡频率偏离时，振荡器的输出端等效于一个电抗，该电抗便将振荡频率牵引回到工作频率上。 4反馈型 上述3种介质振荡器实质上存在两个决定振荡频率的谐振回路，即振荡回路和稳频谐振回路，因此振荡器可能存在多种振荡模式。在实际使用中，由于温度、电压等因素的改变，很容易产生跳模、停振等问题，同时调试也较复杂。 4.1反馈型振荡器原理 反馈型振荡器将介质谐振器作为FET振荡器唯一的选频反馈回路，可以有效地克服上述问题。介质谐振器置于FET栅极和漏极之间，这样，只有当振荡频率等于DR谐振频率时，由DR构成的反馈回路才起作用，使之满足振荡条件，振荡器能正常工作，否则不满足振荡条件，电路不起振。因此，这种振荡器不存在多模振荡因素，且结构简单，调试方便，因而应用最为广泛。 4.2反馈型振荡器实际电路 C频段反馈型介质振荡器的实际电路，场效应管FET接成共源电路，通过源极电阻产生自给栅偏压。振荡信号从FET漏极取出，通过C3分两路输出：一路通过微带带通滤波器BPF 送给负载，另一路通过一段微带线耦合到介质谐振器DR。DR同时又与FET的栅极微带线耦合，从而形成一个正反馈回路。 4.3具有反馈型振荡器的FET混频器 振荡器在稳态时，其振荡管往往处于非线性工作区，此时若将信号馈入FET的栅极，
rf 微波|射频|仿真|通信|电子|EMC|天线|雷达|数值 ---- 专业微波工程师社区: https://www.doczj.com/doc/1015301965.html, HFSS FULL BOOK v10中文翻译版568页(原801页) (分节 水印 免费 发布版) 微波仿真论坛 --组织翻译 有史以来最全最强的 HFSS 中文教程 感谢所有参与翻译,校对,整理的会员 版权申明: 此翻译稿版权为微波仿真论坛(https://www.doczj.com/doc/1015301965.html,)所有. 分节版可以转载. 严禁转载568页完整版. 推荐: EDA问题集合(收藏版) 之HFSS问题收藏集合 https://www.doczj.com/doc/1015301965.html,/hfss.html Q: 分节版内容有删减吗? A:没有,只是把完整版分开按章节发布,免费下载.带水印但不影响基本阅读. Q: 完整版有什么优势? A:完整版会不断更新,修正,并加上心得注解.无水印.阅读更方便. Q: 本书结构? A: 前200页为使用介绍.接下来为实例(天线,器件,EMC,SI等).最后100页为基础综述 Q: 完整版在哪里下载? A: 微波仿真论坛( https://www.doczj.com/doc/1015301965.html,/read.php?tid=5454 ) Q: 有纸质版吗? A:有.与完整版一样,喜欢纸质版的请联系站长邮寄rfeda@https://www.doczj.com/doc/1015301965.html, 无特别需求请用电子版 Q: 还有其它翻译吗?A:有专门协助团队之翻译小组.除HFSS外,还组织了ADS,FEKO的翻译.还有正在筹划中的任务! Q: 翻译工程量有多大?A:论坛40位热心会员,120天初译,60天校对.30天整理成稿.感谢他们的付出! Q: https://www.doczj.com/doc/1015301965.html,只讨论仿真吗? A:以仿真为主.微波综合社区. 论坛正在高速发展.涉及面会越来越广! 现涉及 微波|射频|仿真|通信|电子|EMC|天线|雷达|数值|高校|求职|招聘 Q: https://www.doczj.com/doc/1015301965.html,特色? A: 以技术交流为主,注重贴子质量,严禁灌水; 资料注重原创; 各个版块有专门协助团队快速解决会员问题; https://www.doczj.com/doc/1015301965.html, --- 等待你的加入 RF https://www.doczj.com/doc/1015301965.html, rf---射频(Radio Frequency)