球形天线带宽和方向性的新界限：对Chu-Harrington极限的更新

Chu电路模型为分析给定球面模式的最小辐射品质因数Q提供了基础。然而，电大尺寸球形辐射体的实验很容易表明，该Q极限在预测带宽方面存在局限性。我们重新审视了球面模式辐射，并推导出一个等效的一维传输线模型，该模型精确模拟了场。该模型给出了球面波导的精确截止频率，为传播场和倏逝场提供了清晰的边界。我们提出了一种新的“存储”和“辐射”电磁能量的划分，从而引出了球面模式Q的新定义。接下来，我们将注意力转向Harrington关于任意尺寸天线方向性-带宽权衡的界限。Harrington推导了在Q不“大”的情况下，给定球谐函数数量时的最大方向性。在此，我们使用拉格朗日乘子法来量化给定带宽下的最大方向性。结果表明，最优地激励所有球谐函数（包括n>ka）可以实现比Harrington先前极限更大的方向性和带宽。虽然Chu和Harrington的分析在大多数情况下是很好的近似，但新的自洽理论导致了更新的基本极限结果。