近零指数媒质天线

【作者】 李越；

【机构】 清华大学电子工程系；

【摘要】 天线作为辐射电磁波的装置,对其长期以来的研究表明,天线的几何尺寸与形状决定了其工作频率,例如半波长的偶极子天线与微带天线等。是否存在一种工作频率与几何形状无关的天线,此问题得到了电磁领域的浓厚的研究兴趣。近年来有关近零指数电磁媒质的研究,为解决此问题提供了新的思路。近零指数媒质,即具有近零介电常数或磁导率的媒质,在这种媒质中,电磁场具有无限大的相速度与波长,其空间变化与时间变化相互解耦,呈现出时域高频振荡,同时空间准静态场分布的特征,展现出诸多几何无关的物理现象。在近零指数媒质中,本报告将近零指数媒质引入到天线的设计中,提出了基于近零指数媒质的频率一几何无关天线理论,即天线的工作频率由构成天线的材料自身的本构参数色散特性所决定,而与天线的几何形状完全无关,这一特性与传统的天线有着明显的不同。本报告首先对此特性进行理论分析与证明,然后基于波导等效的近零介电常数媒质实验平台,对此现象进行了实验验证,结果证实了理论分析得到的天线工作频率与几何形状无关这一结论。此外,本报告还将介绍近零指数媒质天线的辐射方向图调控,即利用近零指数媒质的场均匀特性,在固定的工作频率下,通过改变天线的几何形状,实现不同的辐射方向图,从而使得天线具有频率响应与辐射方向图特性独立调控的能力。基于近零指数媒质的频率一几何无关天线,展现了与传统天线截然不同的工作原理,有望为柔性设备的天线设计提供新的解决方案,在天线的功能扩展与性能提升方面具有充足的潜能。更多还原