3。3 通过特征模理论来分析与设计 DRA 18

3。3。1 圆柱形介质谐振器天线 19

3。3。2 特征模分析和讨论 19

3。4 小结 23

结 论 24

致 谢 25

参 考 文 献 26

本科毕业设计说明书 第 II  页

1 引言

1。1 研究背景

随着无线通信技术的日益发展，由于信息量的迅猛增长，通信系统和网络面临着日益严 峻的挑战。改良眼下目前的通信状况是当务之急。而天线作为在通信系统中的一个关键环节， 它的设计与优化受到了越来越广泛的关注和研究。对于天线的缩小化，宽频带，低损能耗等 等提出的要求，虽然各种微带天线因为其体积小，重量轻，低剖面，电性能多样化，易集成 等优点得到了广泛的研究和应用，但是由于具有相对带宽较窄，损耗较大，功率容量较小等 缺点，使它的发展受到了一定的限制。近年来，介质谐振天线因为其良好的性能而受到了越 来越广泛的研究和应用。在天线的发展以及研究的过程中，人们运用了很多方法在分析电磁 问题，主要有以下的几种：解析法，半解析法，数值法。

解析法是一种常见的求解计算表示方法，基本方法是运用麦克斯韦边界方程以及它的边 界条件建立微分方程组或积分方程组，从而求得所需的解。解析法的优点是计算结果很精确， 并且有着明确的物理意义，即可以在解析法运算过程中观察到各个参数之间的联系，从而帮 助解决与研究电磁问题。但是，解析法同时也有很大的局限性，例如，作为常用的解析法， 分离变量法以及镜像法只能运用在解决较为简单的电磁方程中，在相对复杂的情况下，积分 方程往往会出现较难求解的情况，从而导致分析研究过程出现困难。

数值法是一种适用性较为广泛的方法，具体方式是将数学问题离散处理，从而在相对复 杂的情况下，便于进行电磁问题的求解。然而，数值法相较于解析法，难以观察到各个参数 内部的联系，所以这种方法的物理意义并不明确，难以在工程中进行设计上的指导。文献综述

在解析法与数值法都存在着各自的优点，并且它们都有着明显的缺点的情况下。特征模 法将这两个方法进行了综合。特征模法具有着明确的物理意义，此方法可以运用于任意形状 的电磁问题的分析之中，并且同时具有着解析法的精确性，和数值法的各个参数之间的内部 联系。所以，特征模法一经提出，便被广泛的运用在计算电磁学以及天线的设计和优化的过 程中。

1。2 特征模理论的发展历史和现状

1。3 本文研究的主要内容以及安排

本文的主要内容即为研究分析特征模理论在介质谐振天线的设计过程中的应用和优化。 第一章主要介绍天线与特征模理论的研究背景以及所衍生的发展近况，从而在广义上对

特征模进行一个大体上的介绍。

第二章主要介绍矩量法，即关于特征模方法的基本理论，对经典特征模理论进行一定的 介绍。

第三章主要介绍几种基于特征模的介质谐振天线的设计过程。

第二章 特征模理论

2。1 特征模基本介绍

特征模理论可以为任何形态的导体在表面定义一组相互正交的特征模式。如同上文 所提到的那样，特征模理论具有解析法和数值法的共同优点，并且有效避免了这两种方 法所必然带来的缺点，具有明确的物理意义。因此，特征模理论被广泛的应用在指导天 线设计的工程之中