天线理论基础（九）--介电常数和磁导率（ε & μ）

介电常数是介质或空间区域的属性。

介电常数，将电通量密度与电场相关联。

介电常数单位为法拉/米。

由于法拉与电容有关，因此可以考虑使用介电常数较高的材料储存更多的电能。

真空的介电常数（通常称为自由空间）为：

ε0=8.854*10^-12 (F/m)

介电常数描述了电场在介质中是如何受到影响的。

E场倾向于使材料内的分子极化，这些分子构成了与施加的电场相反的净电场。因此，总电场小于真空中的电场。这种效应根据介电常数进行量化，介电常数可以是各向异性的（方向相关的）和频率相关的。

在天线设计中，介电常数会影响波在介质中的传播速度，和它的波长。介质的介电常数通常以相对介电常数表示：

εr=ε/ε0

波在给定介质中的传播速度为：

如果介质介电常数为4，则波的传播速度在介质中的速度将是自由空间 （1.5*10^8 m/s） 的一半。由于速度减慢，平面波的波长也减小（频率保持不变）：

上述经常用于天线小型化：由于谐振天线的尺寸通常是半波长， 如果将它们放置在介电常数较高的介质中，则所需的长度会减小，因此天线将减小较小。

介电常数通过斯涅尔定律改变了入射到介质上的波的传播方向。另外波从一种介质传播到另一种介质的反射系数和透射系数会受到影响。

磁导率也是介质或空间区域的属性。

磁导率将磁通密度与磁场相关联。

磁导率以亨利/米为单位给出;

由于 Henries 与电感有关，因此具有较高磁导率的材料可以存储更多的磁能。

真空（或自由空间）的磁导率由下式给出：

μ0=4pi*10^-7 (H/m)

假设现在研究一种磁性材料（例如，铁）。这种材料会影响磁场，因为构成材料的分子的磁矩将它们与外部磁场的方向对齐。此外，这些磁矩往往会保持原状即使在外部磁场为0后，也会导致某些材料的永磁化。介质通常由相对磁导率表述：

μr=μ/μ0

材料的磁特性有抗磁性（相对磁导率略小于 1.0）、顺磁性（相对磁导率略大于 1.0）和铁磁性（相对磁导率值高，也表现出滞后）。

同理，磁导率也会影响波的速度，以及波长。

天线设计中，磁导率也常用于小型化设计。

介电常数和磁导率都是物质的固有属性，它们与物质的种类、温度、压力等因素有关。此外，介电常数和磁导率还与电磁波在物质中的传播特性密切相关。例如，电磁波在真空中的传播速度最快，而在物质中的传播速度则受到介电常数和磁导率的影响。