基于左手材料的微带贴片天线

基于左手材料的微带天线小型化设计孙烨;赵文美;刘硕;程永霞【摘要】针对移动通信对天线小型化的需求,提出了一种基于左手材料实现微带天线小型化的方法.在谐振频率为5.8 GHz的微带天线的接地板上蚀刻圆形单开口谐振环(Circular Split Single-Ring Resonator,CSSRR)结构的左手材料,利用左手材料的后向波特性进行相位补偿,打破传统微带天线半波长电尺寸的束缚,从而达到天线小型化的目的.采用Ansoft HFSS软件进行仿真,分析了CSSRR结构的电磁特性和小型化天线的性能.仿真结果表明,小型化天线与传统微带天线相比辐射贴片的尺寸减小37.52％,带宽略有增加,增益等参数性能基本保持不变.而且该小型化微带天线结构简单,易于实现.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2018(048)001【总页数】4页(P55-58)【关键词】左手材料;微带天线;小型化;圆形单开口谐振环;回波损耗【作者】孙烨;赵文美;刘硕;程永霞【作者单位】山东科技大学电子通信与物理学院, 山东青岛 266590;山东科技大学电子通信与物理学院, 山东青岛 266590;山东科技大学电子通信与物理学院, 山东青岛 266590;山东科技大学电子通信与物理学院, 山东青岛 266590【正文语种】中文【中图分类】TN820微带天线因其制作简单、结构紧凑等突出优点[1]在通信领域得到广泛应用。

随着无线通信技术的飞速发展，对器件小型化的要求越来越严格。

目前，常见的微带天线小型化技术有开缝开槽[2]、加载短路[3]和采用高介电常数介质板[4]等。

但这些技术存在缺陷，即使实现了微带天线的小型化，也会导致微带天线的带宽、辐射效率等[5]性能变差。

左手材料(Left Handed Metamaterials，LHM)是一种同时具有负介电常数与负磁导率的新型人工电磁结构材料[6]。

大量研究表明将LHM用于滤波器[7]、天线[8]等微波器件，利用其负折射效应、后向波特性等奇特的电磁特性，可以有效地减小器件的尺寸以及改善某些性能[9]。

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 a z i n e,2014,56(1):79-103.[3]李建龙,邵文毅,曾冰,等.微谐振环结构体内太赫兹增强效应[J].强激光与粒子束,2013,25(6):1513-1518.(L i J i a n l o n g,S h a oW e n y i,Z e n g B i n g,e t a l.T e r a h e r t z e n h a n c e m e n t e f f e c t i nm i c r o-r i n g r e s o n a t o r s t r u c t u r e.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,2013,25(6): 1513-1518)[4] R i v e r a-A l b i n oA,B a l a n i sC A.G a i ne n h a n c e m e n t i n m i c r o s t r i pp a t c ha n t e n n a su s i n g h y b r i ds u b s t r a t e s[J].I E E EA n t e n n a sa n d W i r e l e s sP r o p a g a t i o nL e t t e r s,2013,12:476-479.[5] L uJ u i h a n,H u a n g B i n g j a n g.P l a n a r c o m p a c t s l o t a n t e n n aw i t hm u l t i-b a n do p e r a t i o n f o rW i MA Xa p p l i c a t i o n[J].I E E ET r a n s o nA n t e n n a sa n dP r o p a g a t i o n,2013,61(3):1411-1414.[6] M o h a r a m z a d e hE,J a v a nA M.T r i p l e-b a n d f r e q u e n c y-s e l e c t i v e s u r f a c e s t o e n h a n c e g a i no fX-b a n d t r i a n g l e s l o t a n t e n n a[J].I E E EA n t e n n a sa n dW i r e l e s sP r o p a g a t i o nL e t t e r s,2014,12:1145-1148.[7] B o d M,H a s s a n iH R,S a m a d iT.C o m p a c tUW B p r i n t e d s l o t a n t e n n aw i t h e x t r a b l u e t o o t h,G S Ma n dG P Sb a n d s[J].I E E EA n t e n n a s a n dW i r e l e s sP r o p a g a t i o nL e t t e r s,2012,11:531-534.[8] S u nX u b a o,X i e J u n,C a oM a o y o n g.R F I D t a g a n t e n n a d e s i g nb a s e d o n a n i m p r o v e d c o u p l i n g s o u r c e s h a p e[J].I E E EA n t e n n a s a n d W i r e l e s sP r o p a g a t i o nL e t t e r s,2013,12:532-534.[9]李伟,耿友林.新型无线局域网双频段微带贴片天线设计[J].强激光与粒子束,2011,23(3):717-720.(L iW e i,G e n g Y o u l i n.D e s i g no fn o v e l d u a l-b a n dm i c r o s t r i p a n t e n n a f o rw i r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k a p p l i c a t i o n s.H i g hP o w e rL a s e r a n dP a r t i c l eB e a m s,2011,23(3):717-720)[10]郑秋容,袁乃昌,付云起.紧凑型电磁带隙结构在短路微带天线中的应用[J].电子与信息学报,2007,29(6):1500-1502.(Z h e n g Q i-u r o n g,Y u a nN a i c h a n g,F uY u n q i.A p p l i c a t i o no f c o m p a c t e l e c t r o m a g n e t i c b a n d-g a p s t r u c t u r e t o s h o r t e dm i c r o-s t r i p a n t e n n a.J o u r n a l o fE l e c t r o n i c s a n dI n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y,2007,29(6):1500-1502)[11]杨欢欢,曹祥玉,高军,等.一种超薄吸波材料及其在缝隙天线中的应用[J].电子与信息学报,2012,34(11):2790-2794.(Y a n g H u a n-h u a n,C a oX i a n g y u,G a o J u n,e t a l.A nu l t r a-t h i nm e t a m a t e r i a l a b s o r b e r a n d i t s a p p l i c a t i o n i n r e d u c i n g R C So f s l o t a n t e n n a.J o u r n a l o fE l e c t r o n i c s a n dI n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y,2012,34(11):2790-2794)[12]刘海文,朱爽爽,文品,等.基于发卡式开口谐振环的柔性双频带超材料[J].物理学报,2015,64:038101.(L i u H a i w e n,Z h uS h u a n g-s h u a n g,W e nP i n,e t a l.A f l e x i b l e d u a l-b a n dm e t a m a t e r i a l b a s e d o n h a i r p i n s p l i t-r i n g r e s o n a t o r s.A c t a P h y s i c aS i n i c a,2015,64:038101) [13]田子建,陈文超,樊京.基于双Σ形金属条的双向左手材料[J].物理学报,2013,62:074102.(T i a nZ i J i a n,C h e n W e n C h a o,F a nJ i n g.T w o-d i m e n s i o n a l i n c i d e n t l e f t-h a n d e dm e t a m a t e r i a l c o m p o s e do f d o u b l eΣs h a p e dm e t a l s t r i p s.A c t aP h y s i c aS i n i c a,2013,62:074102) [14] X uH e x i u,W a n g G u a n g m i n g,L i uQ u.A m e t a m a t e r i a lw i t h m u f t i-b a n d l e f th a n d e dc h a r a c t e r i s t i c[J].A p p l i e dP h y s i c s,2012,107(2):261-268.[15]S m i t hDR,V i e rDC,K o s c h n y T,e t a l.E l e c t r o m a g n e t i c p a r a m e t e r r e t r i e v a l f r o mi n h o m o g e n e o u sm e t a m a t e r i a l s[J].A p p l i e dP h y s i c s,2005,71:036617.E n h a n c e m e n t o f g a i n f o r 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 n l e f t-h a n d e dm a t e r i a l sZ h a oY a j u a n1,2, W a n g D o n g h o 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。

交指型左手微带天线研究的开题报告
标题：基于交指型左手微带天线的设计与研究
背景：
随着现代通信技术的不断发展，对天线技术的要求变得越来越高。

近些年来，左手材料作为新型天线材料被广泛研究和应用。

左手材料的应用可以扩展天线的频带宽度、提高天线的增益和降低副瓣水平。

微带天线作为一种新型小型化、低成本的天线结构，受到了广泛的研究和应用。

目的：
本文旨在研究基于交指型左手微带天线的设计方法，探索其性能与应用。

方法：
在本次研究中，首先对交指型左手材料的电磁特性进行了研究，实验验证了其左手性质。

然后，通过模拟软件设计了交指型左手微带天线，并对其进行了仿真分析。

结果：
经过仿真与分析，发现交指型左手微带天线能够增强天线辐射的低频段和高频段带宽，具有良好的阻抗匹配和辐射性能。

结论：
交指型左手微带天线在天线的频带宽度扩展、增益提高和副瓣降低等方面具有特殊的优势，对于现代通信的需求有着很好的应用前景。

建议：
为了进一步提高交指型左手微带天线的性能，可结合实际应用需求，对天线的结构参数进行优化设计，提高天线的性能指标。

同时，可以进一步研究天线的制造工艺和成本控制等问题。

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。

基于左手材料（LHM）的天线设计理念详细介绍随着雷达应用需求的不断扩展，作为关键部件的天线，尤其是主流的有源相控阵天线的发展日新月异。

为适应现代雷达的高设计指标要求，新的解决方案、设计理论、材料以及微波器件正不断涌现，天线微波领域面临着新的技术革命。

左手材料(kft-Handed Material，LHM)作为一种应用材料，可为天线微波领域提供更多的技术选择。

LHM具有介电常数占与磁导率p同时为负值的电磁特性，这与自然界中的大多数材料有着直接的差异。

电磁波在该介质中传播时，电场强度、磁场强度与传播矢量三者遵循左手螺旋定则，因此存在负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射和理想透镜等多种奇特物理现象。

2001年，美国麻省理工学院的Smith等人根据Pendry的理论模型及设计思想，首次制备出在微波波段同时具有负介电常数和负磁导率的材料，并通过实验观察了负折射现象旧1。

LHM由此引起了科学界的浓厚兴趣，对其基本理论和实验的研究正不断完善，其已成为近年来物理学和电磁学领域的研究热点。

1.左手材料(kft-Handed Material，LHM)作为一种应用材料，可为天线微波领域提供更多的技术选择。

LHM具有介电常数占与磁导率p同时为负值的电磁特性，这与自然界中的大多数材料(s 与弘构造的材料空间如图1所示)有着直接的差异。

电磁波在该介质中传播时，电场强度、磁场强度与传播矢量三者遵循左手螺旋定则，因此存在负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射和理想透镜等多种奇特物理现象?。

2001年，美国麻省理工学院的Smith等人根据Pendry的理论模型及设计思想，首次制备出在微波波段同时具有负介电常数和负磁导率的材料，并通过实验观察到了负折射现象。

LHM由此引起了科学界的浓厚兴趣，对其基本理论和实验的研究正不断完善，其已成为近年来物理学和电磁学领域的研究热点。

2.天线及阵列复合左手结构中存在4个频带区，分别为左手导波区、左手辐射区、右手辐射区和右手导。

基于左手材料的矩形环分形微带天线研究胡灿灿;唐磊;刘啸;王纪俊;徐雷钧【摘要】通过将矩形环分形天线嵌入到左手材料中, 形成一种基于左手材料的矩形环分形微带天线. 采用有限元法对该复合天线进行分析和仿真, 发现基于左手材料的矩形环分形微带天线在各频段增益明显增大, 同时具有较低的回波损耗和电压驻波比, 实现了较好的匹配性, 且有效地改善了天线的性能. 由此可以看出基于左手材料的矩形环分形微带天线在移动通信、卫星通信以及航空航天等领域具有潜在的应用价值.%In this article , the fractal rectangular ring antenna is embedded in the left-handed material to com-pose a fractal rectangular ring microstrip antenna based on the left-handed material .The finite element method is used to analyze and simulate the composite fractal antenna .It is found that the proposed antenna has a higher gain at different frequencies with a relatively low return loss and voltage standing wave ratio , favorably matching with single chips and improving the antenna 's performance parameters .The proposed antenna has potential applications in such fields as mobile communications , satellite communications , and aerospace .【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)001【总页数】5页(P60-64)【关键词】微带天线;分形;左手材料;增益;回波损耗【作者】胡灿灿;唐磊;刘啸;王纪俊;徐雷钧【作者单位】江苏大学理学院,江苏镇江 212013;江苏大学理学院,江苏镇江212013;江苏大学理学院,江苏镇江 212013;江苏大学理学院,江苏镇江 212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TN828.6;S220.4AbstractIn this article,the fractal rectangular ring antenna is embedded in the left-handed material to compose a fractal rectangular ring microstrip antenna based on the left-handed material.The finite element method is used to analyze and simulate the composite fractal antenna.It is found that the proposed antenna hasa higher gain at different frequencies with a relatively low return loss and v oltage standing wave ratio,favorably matching with single chips and impro ving the antenna’s performance parameters.The proposed antenna has p otential applications in such fields as mobile communications,satellite com munications,and aerospace.Keywords fractal;left-handed material;gain;return loss“分形”的概念由法国数学家Benoit Mandelbrot于1973年在《自然界中的分形几何》一书中首次提出[1]。

一种应用于WLAN的左手材料微带天线设计汪仲清;李宝;彭丽丹;欧芝香【期刊名称】《电视技术》【年(卷),期】2013(37)7【摘要】通过在贴片上刻蚀不对称的U型缝隙和引入两组短路针接地,设计了一种多频小型化微带天线.加载平面型左手材料覆层到微带天线贴片上方,进一步构建一种各项性能均能满足WLAN技术要求的左手材料微带天线.本设计的左手材料微带天线不仅覆盖了WLAN的所有高低频段,而且具有良好的方向性,可为无线通信系统实际应用提供参考.%A miniaturized and multi-frequency microstrip antenna is designed by etching unsymmetrical U slot on the metal patch and connecting radiation patch to ground plane with two groups of shorting pins. When the proposed left-handed metamaterial ( LH MTM) cover is located in front of the a-bove antenna, the various performance of LH MTM antenna can gain further, which meet the requirements of wireless local area network (WLAN) bands completely. The designed LH MTM antenna covers three frequency bands of WLAN and shows good radiation performance. Therefore, the designed antenna can provide reference for the requirements of wireless communication system in practical application.【总页数】3页(P141-143)【作者】汪仲清;李宝;彭丽丹;欧芝香【作者单位】重庆邮电大学数理学院,重庆400065;重庆邮电大学光电工程学院,重庆400065;重庆邮电大学光电工程学院,重庆400065;重庆大学光电工程学院,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TN82【相关文献】1.应用于WLAN的小型化差分双频微带天线设计 [J], 韩丽萍;沈艳芳;曲美君2.应用于WLAN/WiMAX的三频段微带贴片天线设计 [J], 马世伟;乔龙;丁旭3.一种应用于WLAN的单层宽频微带天线设计 [J], 宋杰;于映;王寅豪4.应用于WLAN/WiMAX的三频段微带缝隙天线设计 [J], 汤雪彬;金舒萍5.一种新的基于左手材料的小型化RFID微带天线设计 [J], 李光福;金杰;刘青爽;孟庆斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。