论-基于左手材料的高增益双频带微带天线

《基于电磁超材料的微带天线与MIMO天线性能改善研究》篇一一、引言近年来，电磁超材料技术的发展推动了无线通信领域的研究。

微带天线与MIMO（多输入多输出）天线作为无线通信的关键组件，其性能的改善对提升无线通信系统的整体性能至关重要。

本文将针对基于电磁超材料的微带天线与MIMO天线的性能改善进行研究，旨在提升天线的辐射效率、增益和带宽等关键性能指标。

二、电磁超材料技术概述电磁超材料是一种具有特殊电磁性质的人工复合材料，其电磁参数可通过设计进行调控。

通过合理设计电磁超材料的结构，可以实现对电磁波的特殊控制，如相位操控、极化转换等。

这些特性使得电磁超材料在微带天线与MIMO天线的性能改善中具有广阔的应用前景。

三、基于电磁超材料的微带天线性能改善研究（一）研究背景及意义微带天线作为一种常见的无线通信天线，具有体积小、重量轻、低剖面等优点。

然而，其辐射效率、增益和带宽等性能指标仍有待提高。

通过引入电磁超材料，可以有效改善微带天线的性能，提高其在实际应用中的竞争力。

（二）研究方法及实验设计本研究采用电磁超材料作为微带天线的覆层或基底材料，通过仿真和实验相结合的方法，研究其对微带天线性能的影响。

实验设计包括制备不同结构的电磁超材料样品，将其应用于微带天线，并测试天线的性能指标。

（三）实验结果及分析实验结果表明，引入电磁超材料后，微带天线的辐射效率、增益和带宽等性能指标均得到显著提高。

通过分析不同结构电磁超材料对微带天线性能的影响，发现特定结构的电磁超材料对微带天线的改善效果更佳。

四、基于电磁超材料的MIMO天线性能改善研究（一）研究背景及意义MIMO天线通过在发送端和接收端使用多个天线，可以有效提高无线通信系统的信道容量和传输速率。

然而，MIMO天线之间存在相互干扰的问题，影响了其性能的发挥。

通过引入电磁超材料，可以降低MIMO天线之间的相互干扰，提高其整体性能。

（二）研究方法及实验设计本研究通过在MIMO天线的各个天线之间引入电磁超材料隔离层，以降低相互干扰。

左手材料天线左手材料天线是一种新型的天线结构，它利用左手材料的特殊性质来实现对电磁波的辐射和接收。

左手材料是一种具有负折射率的材料，它具有一些非常奇特的电磁性质，例如负折射率、负抗性、负色散等。

利用这些特性，左手材料天线可以实现一些传统天线无法实现的功能，例如超宽带、宽角度辐射、多频段工作等。

因此，左手材料天线在通信、雷达、无线电等领域具有广阔的应用前景。

左手材料天线的工作原理是基于左手材料的负折射率特性。

在传统的天线设计中，通常使用正折射率的材料来实现对电磁波的辐射和接收。

而左手材料天线则采用具有负折射率的左手材料来实现对电磁波的控制。

当电磁波穿过左手材料时，由于其负折射率特性，电磁波的传播方向会发生反转，从而实现对电磁波的控制。

这种特性使得左手材料天线可以实现一些传统天线无法实现的功能，例如超宽带、宽角度辐射、多频段工作等。

左手材料天线具有许多优点。

首先，由于左手材料具有负折射率特性，可以实现对电磁波的精确控制，从而实现更高效的辐射和接收。

其次，左手材料天线可以实现超宽带、宽角度辐射、多频段工作等功能，具有更广泛的应用范围。

此外，左手材料天线的制作工艺相对简单，成本较低，适合大规模生产和应用。

在实际应用中，左手材料天线已经得到了广泛的研究和应用。

在通信领域，左手材料天线可以实现更高效的信号辐射和接收，提高通信质量和覆盖范围。

在雷达领域，左手材料天线可以实现更宽波束宽度和更高分辨率，提高雷达探测和跟踪性能。

在无线电领域，左手材料天线可以实现多频段工作，适应不同频率的信号传输和接收。

总之，左手材料天线是一种具有广阔应用前景的新型天线结构。

它利用左手材料的特殊性质，实现了对电磁波的精确控制，可以实现超宽带、宽角度辐射、多频段工作等功能，具有更高效的辐射和接收特性。

在通信、雷达、无线电等领域具有重要的应用价值，将为相关领域的发展带来新的机遇和挑战。

随着左手材料天线技术的不断进步和完善，相信它将在未来发挥越来越重要的作用。

2023左手材料在天线中的运用研究进展CATALOGUE 目录•左手材料与天线的概述•左手材料在天线中的应用研究•左手材料在天线中运用的发展趋势•左手材料在天线中运用的电磁仿真分析•左手材料在天线中运用的实验研究•结论与展望01左手材料与天线的概述左手材料是一种具有负折射率、零传播常数和正群速度传播特性的电磁材料。

左手材料的定义具有负的介电常数和磁导率，电磁波在这种材料中传播时，电场、磁场和波矢量三者构成左手定则的关系。

左手材料的特性左手材料的定义与特性天线的定义天线是一种用于发射或接收无线电波的设备，能将电路中的高频电流转换为无线电波，并向外辐射或接收电磁波。

天线的分类根据不同的标准，天线有多种分类方式，如线天线和面天线、全向天线和定向天线、单极天线和偶极天线等。

天线的定义与分类提高天线的性能左手材料具有高透射性、低损耗等特点，可以用来提高天线的辐射效率、增益和带宽等性能。

开发新天线技术左手材料具有特殊的电磁波传播特性，可以开发出一些传统天线难以实现的新技术，如超宽带天线、高隔离度天线等。

左手材料在天线的应用意义02左手材料在天线中的应用研究左手材料在天线结构设计中的应用左手材料具有负折射率特性，可以改变天线的辐射模式和方向图。

通过将左手材料应用于天线结构中，可以实现对天线性能的有效调控。

左手材料对天线性能改善的应用左手材料具有高导电性和高磁导率，可以用来增强天线的辐射效率和缩小天线的尺寸。

将左手材料与右手材料结合使用，可以进一步提高天线的性能。

左手材料在天线结构中的应用使用左手材料可以拓展天线的带宽，提高天线的频率响应。

通过结合使用左手材料和右手材料，可以实现天线的宽频带和多频带工作。

左手材料对天线增益提升的应用由于左手材料的负折射率特性，使用它可以提高天线的增益和辐射效率。

在某些情况下，左手材料甚至可以使天线的增益提高一倍以上。

左手材料在天线的极化方式调控中的应用通过使用左手材料，可以实现对天线极化方式的调控。

学号：P200702040密级：微波透波增强特性及在天线中的应用研究Research on characteristics of enhanced microwave transmission and application in theantenna姓名刘义学科专业电磁场与微波技术研究方向电磁散射与目标识别指导教师李民权教授完成时间2012年4月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

本人授权可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日学位论文作者毕业去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：摘要自Ebbesen等人发现透波增强现象以来，金属-介质界面的电磁特性、金属孔/缝和周期皱褶结构透射特性的研究迅速成为研究者们的研究热点。

从而使得研究光电器件及其光学材料进入了一个新的时代。

然而大多数研究都聚焦在光学范围的贵金属上，微波范围内却很少研究。

而微波段的透波增强研究，在微波性能调控、新型微波器件及超导薄膜微波非线性器件设计等方面具有重要的意义。

本文主要基于微波段的透波增强研究，把透波增强现象应用于天线设计中，在分析几种透波增强结构基础上，提出了一种新型的平板馈电天线，由亚波长环形孔周围环绕凹槽结构组成。

103254-1第27卷第10期强激光与粒子束V o l .27,N o .102015年10月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM SO c t .,2015基于左手材料的高增益双频带微带天线*赵亚娟1,2, 王东红1,2, 李宝毅1,2, 王 蓬1,2, 周必成1,2, 江 波1,2(1.中国电子科技集团公司第三十三研究所,太原030006;2.电磁防护材料及技术山西省重点实验室,太原030006) 摘 要: 左手材料具有平板透镜聚焦效应,突破电磁波的衍射极限实现倏逝波的放大,其覆盖于微带天线上方,可以提高天线增益㊂设计了一种应用于UH F 和W L A N 的双频微带天线,通过在接地板上刻蚀 己 字形弯折缝隙的方法实现双频谐振㊂为了改善微带天线低频段的增益,设计了一种新型的哑铃型结构双频段左手材料,将其作为微带天线的覆层㊂测试结果表明,覆层左手材料微带天线的低频段和高频段的峰值增益分别为2.1d B i 和7.4d B i㊂ 关键词: 左手材料; 微带天线; 双频天线; 带宽; 增益中图分类号: T N 828.6 文献标志码: A d o i :10.11884/H P L P B 201527.103254微带天线由于具有结构简单㊁易于制作㊁重量轻㊁体积小㊁成本低等诸多优点,在军事与民用中得到广泛应用,包括雷达天线㊁空间科学㊁生物医学领域及各种无线通信系统㊂然而,微带天线损耗大㊁增益低降低了辐射效率,因此提高微带天线增益成为研究的热点[1-4]㊂目前,无线通信的快速发展促使多频段共用变得普遍,对天线的研究者来说,设计出同时工作在多个频段,兼容多种协议的天线尤为重要㊂因此,双频微带天线引起了诸多学者的广泛关注[5-9]㊂左手材料(l e f t -h a n d e d m e t a m a t e r i a l s ,L HM s ),是指同时具有负介电常数和负磁导率,电场㊁磁场和波矢三者构成左手关系的人工周期结构材料㊂左手材料表现出许多奇异特性,如负折射㊁逆D o p pl e r 效应㊁逆C e r e n k o v 辐射效应㊁完美透镜等物理现象㊂左手材料由于具有诸多奇异特性,在微波通信领域有着广泛的应用价值,特别是有效改善天线的性能[10-14]㊂文献[12]设计了基于左手材料的小型化雷达阵列天线,采用左手材料有效地减小了天线的体积㊂文献[13]将单层左手材料作为天线的覆层,天线的带宽明显得到改善㊂文献[14]通过覆层添加多层左手材料介质,微带天线的方向性和增益均大大提高㊂本文设计了一种应用于UH F 和W L A N 的双频微带天线,其低频段和高频段的增益值分别为-1.2d B i 和3.3d B i,不能满足无线通信的需求㊂为了改善天线低频段的增益,设计了一种新型的双频段左手材料㊂利用左手材料平板透镜聚焦效应,覆层左手材料的微带天线的低频段和高频段的增益值分别提高了3.3d B i 和4.1d B i㊂1 双频微带天线F i g .1 S t r u c t u r e o f d u a l -b a n dm i c r o s t r i p a n t e n n a 图1 双频微带天线结构示意图设计的双频微带天线的结构如图1所示㊂天线包括三层,上层是 己 字形缝隙的接地板,中间层为介质基板,下层为微带馈线㊂在接地板上开有四个对称 己 字结构的弯折形槽,用来实现微带天线的双频谐振㊂接地板边缘开缝,实现天线的小型化㊂其中,低频段谐振由缝隙s l o t 1和s l o t 2共同激励,l 1+l 2+l 3+l 4+l 5的总尺寸约为λ1/4(λ1表示低频段的导波波长);高频段谐振由s l o t 1激励,其中l 1+l 2的总尺寸约为λ2/2(λ2表示高频段的导波波长)㊂设计的双频微带天线工作频率为0.9G H z 和2.4G H z ,采用介电常数为4.4,损耗角正切值为0.02,厚度为1.524mm 的R F 4介质基板㊂通过三维电磁仿真软件C S T 进行模拟仿真,天线参数为:l g =60mm ,w g =55mm ,l 1=10mm ,l 2=9.5mm ,l 3=10mm ,l 4=11.5mm ,l 5=16mm ,a =1.5mm ,b =2mm ,c =26mm ㊂*收稿日期:2015-07-10; 修订日期:2015-09-07基金项目:中国电子科技集团公司山西省重点实验室专项资金项目(Z X 15Z S 391);国家重点基础研究发展计划项目(2013C B A 01700);国家国际科技合作专项资助课题(2014D F R 10020)作者简介:赵亚娟(1989 ),女,硕士,工程师,从事电磁防护材料及技术研究;798710363@q q.c o m ㊂103254-2图2为双频微带天线的反射系数图㊂仿真结果表明,天线的工作频率为0.9G H z 和2.4G H z,带宽分别为5.5%(0.88~0.93G H z )和8.3%(2.25~2.45G H z )㊂双频段的峰值增益分别为-1.2d B i 和3.3d B i ,由于低频段的增益为负数,不能满足通信系统需求㊂因此,在微带天线上方添加左手材料,通过改善微带天线的辐射特性提高增益㊂F i g .2 R e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t s o fm i c r o s t r i p an t e n n a 图2双频微带天线的反射系数F i g.3 S t r u c t u r e o fL HM s u n i t c e l l 图3 左手材料单元结构示意图2 基于左手材料的双频天线2.1 左手材料单元设计了一种新型的同向双开口环金属线复合的左手材料单元,单元结构如图3所示㊂外环实现低频段0.9G H z 谐振,内环实现高频段2.4G H z 谐振㊂采用相对介电常数为2.2,厚度为0.762mm 的R o ge r s 5880介质板,周期单元为20mmˑ20mm ㊂其中,内外单元环的周长为对应工作频率的1/2波长㊂使用C S T 三维电磁仿真软件对该结构的电磁波反射和透射行为进行模拟㊂采用N i c o l s o n -R o s s -W e i r (N RW )方法[15],先通过C S T 得到S 参数,再采用反演程序得到等效介电常数和等效磁导率随频率的变化曲线,结果如图4所示㊂由图4可知,电谐振在较宽范围内具有负介电常数,磁谐振在0.9G H z 和2.4G H z 处实现负磁导率㊂因此,谐振单元在0.9G H z 和2.4G H z 处实现了双负特性,即左手特性㊂F i g .4 S -pa r a m e t e r s i n v e r s i o n r e s u l t 图4 S 参数反演结果2.2基于左手材料的微带天线F i g .5 S t r u c t u r e o f d u a l -b a n dm i c r o s t r i p a n t e n n ab a s e do nL HM s 图5 基于左手材料的双频微带天线结构图负折射率材料能突破电磁波衍射极限,倏逝波在负折射率介质中具有放大效应㊂因此将左手材料作为微带天线的覆层,利用负折射特性制作的左手材料平板透镜,可以改善天线辐射特性,提高天线增益㊂基于左手材料的双频微带天线的结构如图5所示㊂上层由间隔为20mm 的3ˑ3个左手单元组成的左手材料,下层为双频微带天线,优化后的上下两层的空气层间距h 为4.5mm ㊂左手材料和双频微带天线介质基板的尺寸均为60mmˑ60mm (0.36λg ˑ0.36λg ,λg 为强激光与粒子束103254-3天线低频段的导波波长)㊂3 测试和仿真结果分别加工了微带天线和覆层左手材料的双频微带天线(对应天线A 和天线B ),图6为天线A 和天线B 的实物图㊂微带天线印制在相对介电常数为4.4,损耗角正切值为0.02,厚度为1.6mm 的F R 4介质基板上,左手材料印制在相对介电常数为2.2,损耗角正切值为0.0009,厚度为0.8mm 的R o ge r s 5880介质基板上㊂F i g.6 P h o t o s o f a n t e n n a s 图6天线实物图F i g.7 R e f l e c t i o nc o e f f i c i e n t s o f a n t e n n a sAa n dB 图7 天线A 和B 的反射系数图7为微带天线和覆层左手材料的双频微带天线(对应天线A 和天线B )测试和仿真的反射系数㊂仿真结果表明,天线A ㊁天线B 的带宽分别为5.5%(0.88~0.93G H z ),8.3%(2.25~2.45G H z )和12.2%(0.84~0.95G H z ),9.6%(2.21~2.44G H z),与天线A 相比,天线B 的低频段和高频段带宽分别增加了60MH z 和30MH z ㊂测量结果表明,天线A ㊁天线B 的带宽分别为5.5%(0.89~0.94G H z ),8.3%(2.28~2.48G H z )和13.3%(0.84~0.96G H z ),9.6%(2.22~2.45G H z),与天线A 相比,天线B 的低频段和高频段带宽分别增加了70MH z 和30MH z ㊂测量与仿真结果相比,天线的谐振点均略微偏移,主要是由加工误差㊁测量误差㊁接头焊接误差所引起的㊂图8为天线A 和B 的测试增益曲线㊂由图8(a)可知,与天线A 相比,天线B 低频段的峰值增益提高了3.3d B i ㊂由图8(b )可知,与天线A 相比,天线B 高频段的峰值增益提高了4.1d B i㊂因此,在工作频段范围内,天线B 的增益均高于天线A 的增益,双频段的峰值增益分别提高了3.3d B i 和4.1d B i㊂F i g.8 G a i n s o f a n t e n n a sAa n dB 图8 天线A 和B 的增益4 结 论本文设计了一种应用于UH F 和W L A N 的双频微带天线,利用接地板开缝的方法实现双频谐振㊂通过在赵亚娟等:基于左手材料的高增益双频带微带天线强激光与粒子束天线覆层添加同向双开口环金属线复合周期结构的左手材料,改善了天线低频段的增益㊂结果表明:与未覆层的微带天线相比,覆层左手材料微带天线在低频段和高频段的增益分别提高了3.3d B i和4.1d B i㊂参考文献:[1] Y a n g L i u f e n g,W a n g T i n g.M E M S p a t c h a n t e n n a a r r a y w i t hb r o a d b a n d a n dh i g h-g a i n o n d o u b l e-l a y e r s i l i c o nw a f e r s[J].H i g hP o w e rL a s e ra n dP a r t i c l eB e a m s,2015,27:024129.[2] B j o r n i n e nT,S y d a n h e i m oL,U k k o n e nL,e t a l.A d v a n c e s i n a n t e n n a d e s i g n s f o rUH FR F I Dt a g sm o u n t a b l e o n c o n d u c t i v e i t e m s[J].I E E EA n t e n n a s a n dP r o p a g a t i o nM a g 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n g1,2, L i B a o y i1,2, W a n g P e n g1,2, Z h o uB i c h e n g1,2,J i a n g B o1,2(1.N o.33R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n aE l e c t r o n i c sT e c h n o l o g y G r o u p C o r p o r a t i o n,T a i y u a n030006,C h i n a;2.E l e c t r o m a g n e t i c P r o t e c t i o n M a t e r i a l s a n dT e c h n o l o g y K e y L a b o r a t o r y o f S h a n x iP r o v i n c e,T a i y u a n030006,C h i n a)A b s t r a c t: L e f t-h a n d e dm a t e r i a l s(L HM s)p r e s e n t f l a t l e n se f f e c tw h i c hc a ne n h a n c ee v a n e s c e n tw a v eb y b r e a k i n g t h ed i f-f r a c t i o n l i m i t o f e l e c t r o m a g n e t i cw a v e.A n dm i c r o s t r i p a n t e n n a g a i nc a nb e i m p r o v e db a s e do nL HM s.I n t h e p a p e r,ad u a l-f r e-q u e n c y m i c r o s t r i p a n t e n n a i sm e n t i o n e d.M e a n d e r s l o t s a r e e t c h e do n t h e g r o u n d p l a n e t o p r o v i d e t h e d u a l-b a n do p e r a t i o n.I no r-d e r t o i m p r o v e g a i no f t h e a n t e n n a a t t h e l o w e r f r e q u e n c y,an o v e l p e r i o d i c s t r u c t u r eo fL HM s i sd e s i g n e d t oc o v e r t h e a n t e n n a. T h em e a s u r e m e n t r e s u l t s s h o wt h a t t h e g a i n o fm i c r o s t r i p a n t e n n aw i t hL HM s i s2.1dB i a n d7.4d B i a t t h e t w o b a n d s r e s p e c t i v e-l y.K e y w o r d s:l e f t-h a n d e dm a t e r i a l s; m i c r o s t r i p a n t e n n a;d u a l-b a n da n t e n n a;b a n d;g a i nP A C S:41.20.J b;42.25.B s;78.67.P t;84.40.B a103254-4。

《基于电磁超材料的微带天线与MIMO天线性能改善研究》篇一一、引言随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统中的关键部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。

微带天线因其体积小、重量轻、低剖面等优点被广泛应用于无线通信领域。

然而，其带宽窄、效率低等问题也限制了其应用范围。

近年来，电磁超材料的发展为改善微带天线的性能提供了新的思路。

本文旨在研究基于电磁超材料的微带天线与MIMO（多输入多输出）天线的性能改善，以提高无线通信系统的整体性能。

二、电磁超材料与微带天线的结合电磁超材料是一种具有特殊电磁性质的人工复合材料，其具有负介电常数和负磁导率等特性，能够有效改变电磁波的传播行为。

将电磁超材料与微带天线结合，可以改善微带天线的辐射性能，提高其带宽和效率。

本文提出了一种基于电磁超材料的微带天线结构。

在该结构中，将电磁超材料置于微带天线的辐射贴片与接地平面之间，利用电磁超材料的特殊性质，有效调整电磁波的传播路径，从而改善微带天线的辐射性能。

通过仿真和实验验证，该结构能够有效提高微带天线的带宽和效率，降低天线的高度。

三、MIMO天线性能改善研究MIMO技术通过在发送端和接收端使用多个天线，能够提高无线通信系统的传输速率和可靠性。

然而，MIMO天线系统中存在的信道间干扰问题会影响其性能。

本文将基于电磁超材料的微带天线应用于MIMO天线系统中，以改善其性能。

在MIMO天线系统中，采用基于电磁超材料的微带天线作为天线单元。

通过合理布局和优化天线单元的间距、极化方式等参数，可以有效降低信道间干扰，提高MIMO天线的传输速率和可靠性。

同时，利用电磁超材料的特殊性质，还可以进一步优化MIMO天线的辐射性能，提高其整体性能。

四、实验结果与分析本文通过仿真和实验验证了基于电磁超材料的微带天线与MIMO天线的性能改善效果。

在微带天线方面，通过将电磁超材料与微带天线结合，有效提高了天线的带宽和效率，降低了天线的高度。

在MIMO天线方面，通过优化天线单元的布局和参数，降低了信道间干扰，提高了传输速率和可靠性。

左手材料在天线中的应用研究进展摘要：首先从理论上解释了左手材料用于天线设计时实现天线高指向性、高效率、小型化以及大的扫描范围的原因，然后重点介绍了基于金属谐振结构和复合左/右手传输线(CRLH TL)结构的左手材料用于天线设计时的研究进展，显示了金属谐振结构在提高天线方向性、增大天线增益、减小天线体积等方面具有很大优势，而CRLH TL 结构在提高天线带宽、增加天线频带、增大漏波天线扫描范围等方面具有潜在应用价值。

关键词：左手材料；天线；金属谐振结构；复合左/右手传输线结构0 引言左手材料(Left-Handed Material ，LHM)又被称为双负介质，它是一类在一定的频率下同时具有负磁导率和负介电常数的新型人工电磁结构材料。

1968年，前苏联物理学家Veselago[1]首次从理论上研究了电磁波在介电常数和磁导率同时为负的物质中传播的奇异特性，如负折射率等。

20世纪90年代，英国物理学家Pendry 等人相继提出了用周期性金属棒结构（Rod ）[2]和金属谐振环结构（SRR ）[3]分别来实现负介电常数和负磁导率的设想，为左手材料的实现提供了基础。

依据Pendry 的设计思想，2000年Smith 等人[4]把以上两种结构有规律地排列在一起，首次制出了在微波段同时具有负介电常数和负磁导率的材料。

而Pendry [5]关于双负介质平板可以放大或恢复倏逝波来实现完美聚焦成像的建议为左手材料的研究起到了进一步的推动作用。

2002年，美国加州大学的Itoh 教授[6]提出了一种新的设计左手材料的方法—左手传输线，它是用串联交指电容来实现的。

几乎同时加拿大多伦多大学的Eleftheriades 教授[7]提出了周期加载串联电容和并联电感组成的平面一维左手传输线结构。

2004年，Itoh 等人[8]又提出了复合左/右手传输线（CRLH TL ）概念，这开创了一个全新的研究领域，复合左/右手传输线是最有可能首先得到应用的左手材料。

单环SRR型左手材料对微带天线增益提高的研究摘要:本文以左手材料为研究背景,研究其应用于微带天线对增益特性的影响。

通过分析矩形微带天线的特性参数得出要求设计的微带贴片尺寸。

又在其上加载单环SRR型左手材料天线罩并对其进行仿真,分析其对天线增益的提高效果。

关键词:左手材料微带天线增益提高作为一种新型的电磁材料,左手材料具有独特的电磁特性,如负折射率,负多普勒效应,逆楔伦可夫辐射等。

虽然左手材料仅在最近十年才得到深入研究,但国内外众多科研小组在这个领域已开展了大量的研究工作,并取得了丰硕的成果。

与传统天线相比,利用左手材料及单负材料设计出的新型天线具有性能和结构上的双重优势,在商业和军事上均有广阔的应用前景。

本文首先分析了矩形微带天线的特性参数,以此设计矩形微带天线。

并设计了单环SRR型左手材料的天线罩并对其进行仿真。

得出加载该SRR环的天线罩一定程度上提高了天线增益。

1、微带天线概述1.1 微带辐射贴片尺寸设介质基板的介电常数为,对于工作频率的矩形微带天线,其高效率辐射贴片的宽度W为:其中c为光速。

辐射贴片的长度一般取是介质的导波波长,即:考虑边缘缩短效应,实际辐射单元长度L为:式中为有效介电常数,为等效辐射缝隙长度。

它们可分别用下式计算:1.2 频带宽度和增益微带天线的设计过程中,带宽和增益都影响其应用的重要指标。

天线的频带宽度以驻波系数小于某个给定值,对应的频率范围来确定,即其中Q为微带天线的品质因数。

工程实践中,由于实际的,故品质因数可由近似估计,即根据微带天线尺寸,可以近似得到天线的增益G可由下式计算:其中,为天线的效率,D为天线的方向系数。

2、加载天线罩前矩形微带天线参数2.1 加载前矩形微带天线的HFSS仿真按上述求解对矩形微带天线的参数进行变量定义,见表1。

表1 变量定义图1 矩形微带天线模型图2 矩形微带天线S11参数图3 矩形微带天线3D增益方向图图4 矩形微带天线的远场主极化面方向图（E面、H面）由图2可见,矩形微带天线的频点在2.45G,回波损耗-26.7dB,说明天线谐振特性很好,满足工程上的要求。

探讨左手材料在通信系统的应用1 概述在通信领域，传统天线的尺寸受制于谐振频率，并且效率和信噪比较低，将左手材料和右手材料按一定的比例和结构分布在传输线中，可以得到具有超强电磁波聚焦特性的左右手复合材料，通过改变其本构关系参数，可以实现天线的小型化，减小插入损耗，增强天线增益和实现更宽的工作带宽，具有较好的通带特性。

本文通过分析左手材料对通信系统各个器件性能的改善，论述了左手材料在通信系统的应用前景。

2 左手材料在微波器件中的应用2.1 定向耦合器传统的微带天线采用电容间隙耦合，其尺寸由偶、奇模阻抗确定，而左右手复合材料具有负谐振特性，能够制成平行耦合滤波器，通过在普通耦合器中加载具有相位超前特性的左右手复合材料，可以消除耦合端与直通端之间存在的90°的相移，使耦合端与直通端输出相移相等。

由于左手传输线的相速和群速方向相反，左手传输线可以对右手传输线的相位滞后进行补偿，通过调整左右手复合传输线与右手传输线之间的距离，可以实现在一定频率范围内无相差，从而实现分功率分配器的功能。

2.2 新型滤波器由于左手材料中不可避免地会引入右手寄生参量，所以一般的左手材料均为左右手复合材料，当二者处于平衡状态时，就构成了一个左手高通网络和右手低通网络的复合结构，通过调节其本构参数，就可以获得超带宽滤波器。

左右手复合传输线与普通传输线掺杂时，具有良好的耦合性，可以拓宽滤波器的通频带，这种滤波器是通过贴片电容和贴片电感来实现的。

3 左手材料在天线中的应用3.1 天线小型化对于普通的贴片天线，在贴片两端电场相位相反，这相当于一个水平放置的偶极子，远场的主瓣沿垂直于贴片的方向辐射。

由于左手材料具有后向波特性，贴片两端辐射的电场几乎同相位，根据边缘场的叠加性原理，这等效于一个垂直放置的单极子，远场的主瓣沿两侧向外辐射。

传统的天线主要是在牺牲天线效率、带宽和增益的前提下，利用集总参数元件或较大的介电常数来实现天线的小型化。