Abstract
A method is developed for calculating the radiation efficiency and quality factor, Q, for azimuthally symmetric electric (Tm) and magnetic (Te) multipole fields surrounded by a semi-transparent spherical shield of variable thickness, dielectric and magnetic constants involving losses. A matrix method is used to connect the transverse field components at adjacent interfaces. The Q and efficiency are determined by computing the energy stored in the near field of the multipole as well as the power radiated and dissipated in the shield. A numerical comparison of the performance of electric and magnetic dipole radiators is given as a function of frequency. An expression is derived for the permittivity of the shield which optimisés the Q.
Résumé
Nous présentons une méthode developpée pour calculer le rendement du rayonnement et le facteur de qualité, Q, d’un multipôle électrique (champTm) ou magnétique (champTe) omnidirectionel, enfermé dans un boîtier semi-transparent sphérique dont l’épaisseur, la per-mittivité et la perméabilité, y compris les pertes, sont variables. Une méthode matricielle est utilisée afin de lier les champs électromagnétiques transversaux sur des interfaces adjacentes. Le facteur Q et le rendement sont déterminés en calculant l’énergie stockée dans le champ proche du multipôle ainsi que la puissance rayonnée et absorbée dans le boîtier. La caractéristique d’un dipôle électrique est comparée numériquement à celle d’un dipôle magnétique en fonction de la fréquence. Une expression algébrique est trouvée pour la per-mittivité relative du boîtier qui optimiserait le facteur de qualité.
Similar content being viewed by others
References
Chu (L. J.), Physical limitations of omni-directional antennas,J. Appl. Phys.,19, pp. 1163–1175, 1948.
Harrington (R. F.),Time-Harmonic Electromagnetic Fields, McGraw-Hill, 1961.
Geyi (W.), A method for the evaluation of small antenna Q,Ieee Trans. Ant. Prop.,51, pp. 2124–2129, 2005.
Sten (J. C.-E.), Hujanen (A.), Notes on the quality factor and band-width of radiating systems,Electr. Eng. (Arch. Elektrotechn.),84, pp. 189–194, 2002.
Yaghjian (A. D.),Best (S. R.), Impedance, bandwidth andQ of antennas, Proc. 2003Ieee Int. Ant. Prop. Symp.,1, pp. 501–504.
Best (S. R.), Yaghjian (A. D.), The lower bounds onQ for lossy electric and magnetic dipole antennas,Ieee Ant. Wireless Prop. Lett.,3, pp. 314–316, 2004.
Fujimoto (K.),Henderson (A.),Hirasawa (K.),James (J. R.),Small antennas, Research Studies Press Ltd, Letchworth, Hertfordshire, England, 1987.
Ida (I.), Sato (J.), Sekizawa (T.), Yoshimura (H.), Ito (K.), Dependence of the efficiency-bandwidth product on electrical volume of small dielectric loaded antennas,Ieee Trans. Ant. Prop.,50, pp. 821–826, 2002.
Galejs (J.), Dielectric loading of electric dipole antennas,J. Res. Nat. Bur. Stand.,66D, pp. 557–562, 1962.
Quak (D.), de Hoop (A. T.), Shielding of wire segments and loops in electric circuits by spherical shells,Ieee Trans. Electromagn. Compat.,31, pp. 230–237, 1989.
Ziolkowski (R. W.), Kipple (A. D.), Application of double negative materials to increase the power radiated by electrically small antennas,Ieee Trans. Ant. Prop.,51, pp. 2626–2640, 2003.
Stratton (J. A.),Electromagnetic Theory, McGraw-Hill, New York, 1941.
Burlak (G.), Koshevaya (S.), Sanchez-Mondragon (J.), Grimalsky (V.), Electromagnetic oscillations in a multilayer spherical stack,Opt. Comm.,180, pp. 49–58, 2000.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Sten, J.C.E., Hujanen, A. On the effect of a spherical shield on the radiation Q and efficiency of ideal dipole antennas. Ann. Télécommun. 61, 705–720 (2006). https://doi.org/10.1007/BF03219930
Received:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF03219930
Key words
- Dipole
- Electric dipole
- Magnetic dipole
- Spherical configuration
- Quality factor
- Energetic efficiency
- Near field
- Stratified medium
- Electromagnetic field
- Matrix method
- Dielectric loss
- fr|Mots clés
- Antenne doublet
- Dipôle électrique
- Dipôle magnétique
- Configuration sphérique
- Facteur qualité
- Rendement énergétique
- Champ proche
- Milieu stratifié
- Champ électromagnétique
- Méthode matricielle
- Perte dialectique