下载文档原格式
基于左手材料透镜的毫米波天线设计赵敏;赵建平;郭瑾昭;张月;徐娟【摘要】随着当下众多电子设备、军事化装备对天线的方向性要求日益提高,加载超材料透镜的天线系统逐渐成为研究重点.毫米波天线由于体积小、重量轻、易于高度集成化,且频带宽、分辨率高、敌方难于截获、抗干扰性能强等特性,在军事上得到了广泛应用.因此,结合超材料中具有负折射率特性的左手材料,设计了能够应用在毫米波介质谐振器天线上的透镜.与介质谐振器单独工作相比,加载超材料透镜后,天线方向图的半功率波瓣宽度明显收敛,增益值也获得了有效提高,进一步验证了所提设计方案的可行性.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2019(052)004【总页数】5页(P986-990)【关键词】左手材料;毫米波;介质谐振器;负折射率;方向图收敛【作者】赵敏;赵建平;郭瑾昭;张月;徐娟【作者单位】曲阜师范大学,山东曲阜 273165;曲阜师范大学,山东曲阜 273165;曲阜师范大学,山东曲阜 273165;曲阜师范大学,山东曲阜 273165;曲阜师范大学,山东曲阜 273165【正文语种】中文【中图分类】TN920 引言毫米波是介于微波与光波之间的电磁波。
通常，毫米波频段是指30～300 GHz，对应波长为1～10 mm，因此毫米波通信系统天线尺寸相比于低频设备更小，集成度更高。
毫米波通信系统具有高跟踪和制导精度、不易受电子干扰、雷达分辨率高等特性[1]，在雷达、制导、战术和战略通信、电子对抗、遥感和辐射测量等方面得到了推广。
随着当下超材料在天线领域的广泛应用，左手材料成为研究的热点。
左手材料（Left Handed Metamaterials，LHMs）由前苏联物理学家Veselago于1958年在物质电磁学理论研究中首次提出[2]。
当介电常数ε和磁导率μ都为负值时，电磁波在其中传播时，电场矢量E、磁场矢量H以及波矢K满足左手螺旋定则，进而得到负折射率[3]，所以左手材料也称为负折射率超材料。
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]。
硼此Ｉ：业人学硕十学位论文☆ｋ”一”、：驴ｊ，，，，．。
！≮二二ｏ。
：：ｏ－§乓∥，ｊ≯～一手？ｊ∥Ｆ■｛”图２．３Ｃｈｅｒｅｎｋｏｖ辐射示意图（ａ）『Ｆ常辐射；（ｂ）反常辐射２．２．３反常Ｇｏｏｓ．Ｈｉｉｎｃｈｅｎ位移当光波在两种介质的分界面处发生全反射时，反射光束在界面上相对－ｆ：）Ｌ何光学预言的位置有一个很小的侧向位移，且浚位移沿光波传播的方向，称为Ｇｏｏｓ—Ｈ洳ａｃｈｅｎ位移㈣。
光波Ｓ分量和Ｐ分量的Ｇｏｏｓ—Ｈｇｎｃｈｅｎ位移大小为△，＝乜“烁而ｉ＠－６）△广协”％。
２．丽）（２＿７）…’／（＂。
．√ｓｉｌｌ２鼠一Ｈ；。
）因而，Ｇｏｏｓ—Ｈｇｎｃｈｅｎ位移大小仅与两种介质的相对折射率ｎ，。
及入射光波方向最有关。
引起Ｇｏｏｓ·Ｈ￡ｉｎｃｈｅｎ位移的原因是电磁波并非由界面直接反射，而是在深入介质２的同时逐渐被反射，其平均反射面位于穿透深度处。
若介质２为ＬＨＭｓ，则该位移沿光波传播反方向，称为反Ｇｏｏｓ．Ｈ￡ｉｎｃｈｅｎ位移旧１４１（图２．４）。
（ａ）（ｂ）图２．４Ｇｏｏｓ—Ｈｇｎｃｈｅｎ位移（ａ）正常位移；（ｂ）反常位移２．２．４负折射效应当单色平面波入射到两介质界面时就会发生反射和折射现象（如图２．５所示）。
阳北ｆ业大学硕十学位论文（ａ）（ｂ）图２．１ｌＬＨＭｓ的实现（ａ）样品图（ｂ）透射曲线图２．１２ＬＨＭｓ负折射的实现（ａ）２Ｄ样品；（ｂ）ＬＨＭｓ负折射测量结果一些科学家对ＬＨＭｓ的反常行为持怀疑态度，特别是它的理论仍然非常不清楚，引起了许多的争议ｐ”…。
例如，Ｖａｌａｎｊｕ［４１１认为负折射率违背了基本的光速极限原理，Ｇａｒｃｉａ［４２１等认为由于实际材料吸收的存在会限制衰减波的放大，因而“完美透镜”不可能实现。
Ｐｅｎｄｒｙ［４３－４６１针对不同意见进行了解释，并进一步研究发现平板ＬＨＭｓ的聚光性比任何现存的透镜都好，尽管能量的吸收会对分辨率产生一定的影响，但却认为即使‘完美透镜’不切实际，较高分辨率透镜是可以实现的。
“回”型左手材料微带天线的优化设计
王琦
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2013(0)20
【摘要】本文设计了一种小单元、宽频带的左手材料，并将其应用于微带天线中，提高天线的增益，减小天线波瓣，经过电磁仿真的结果表明引用负磁导率材料后天线增益提高了1.2dB，使用左手材料覆盖层后天线增益提高了4.2dB。
【总页数】1页(P2-2)
【作者】王琦
【作者单位】广东邮电职业技术学院通信系 510630
【正文语种】中文
【相关文献】
1.单环 SRR 型左手材料对微带天线增益提高的研究 [J], 吴凯;张沁心;周妍妍
2.八边形SSRR结构左手材料及其在微带天线中的应用 [J], 孙烨;曹其栋;史美霞;刘辉;孙绪保
3.基于左手材料的矩形环分形微带天线研究 [J], 胡灿灿;唐磊;刘啸;王纪俊;徐雷钧
4.左手材料对微带天线关键性能改善研究进展 [J], 王淑娟
5.基于左手材料的微带天线小型化设计 [J], 孙烨;赵文美;刘硕;程永霞
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
基于复合左右手传输线结构的新型微带天线研究的开题报告一、选题背景和研究意义随着通信技术的不断发展，微带天线作为一种在通信系统中广泛应用的天线结构，具有体积小、重量轻、易于制造和安装等优点。
然而，传统的微带天线也存在一些缺陷，例如，传输效果受到人体等环境的干扰导致性能下降严重。
因此，一种能够增强传输效果的新型微带天线结构值得研究和探索。
本研究选取复合左右手传输线作为微带天线结构，该结构具有非常好的传输性能，能够有效地解决传统微带天线的一些问题，在通信过程中具有更好的性能表现。
二、研究目的和内容本研究的主要目的是探索新型微带天线结构，了解复合左右手传输线在微带天线领域中的应用，研究其优势和不足之处，并在此基础上提出改进和优化方案。
具体研究内容如下：（1）对复合左右手传输线的结构和性能进行理论分析和计算。
（2）根据分析结果，设计出一种适用于微带天线的复合左右手传输线结构。
（3）搭建实验平台，制作出新型微带天线并进行实验。
通过实验对所设计的微带天线进行验证和性能测试。
（4）对实验结果进行分析和总结，提出相应的改进和优化方案，并进一步优化微带天线的传输效果。
三、研究方法本研究主要采用以下方法：（1）理论分析和计算：对复合左右手传输线的结构和性能进行理论分析和计算，通过仿真软件模拟出不同结构所具有的传输性能。
（2）实验制作：设计新型微带天线，搭建实验平台，制作出天线进行实验。
（3）实验测试和数据处理：对所制作出的新型微带天线进行性能测试，采集数据并进行处理和分析。
（4）改进和优化方案：根据实验结果提出相应的改进和优化方案，并进一步优化微带天线的传输效果。
四、研究进度和计划本研究的总体进度计划如下：第1-2个月：文献查阅和理论研究主要对复合左右手传输线相关的学术文献进行查阅，并针对目前研究的热点问题，进行深入理论研究。
第3-4个月：设计和仿真根据理论研究结果，对复合左右手传输线进行结构设计，进行仿真计算。
第5-6个月：实验制作和测试按照设计方案制作出新型微带天线，并在实验平台上进行性能测试，采集数据并进行分析和处理。
左手材料的研究进展与应用前景
张勇;张斌珍;段俊萍;王万军
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2015(029)023
【摘要】左手材料是一种介电常数ε和磁导率μ同时为负的人工复合材料,具有许多反常的物理性质,是材料、电磁、光学等领域的热门研究方向.在结合国内外研究现状的基础上综述了左手材料的理论、结构特征、制备工艺、性能测试等,最后探讨了左手材料的发展趋势、应用前景和亟需解决的问题,以期获得对左手材料更为深刻和全面的理解.
【总页数】8页(P126-133)
【作者】张勇;张斌珍;段俊萍;王万军
【作者单位】中北大学电子测试技术重点实验室,太原030051;中北大学仪器与电子学院,太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,太原030051;中北大学仪器与电子学院,太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,太原030051;中北大学仪器与电子学院,太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,太原030051;路易斯安那州立大学机械工程系,巴吞鲁日70803
【正文语种】中文
【中图分类】TB34;O441
【相关文献】
1.左手材料在天线中的应用研究进展 [J], 李杰;杨方清;董建峰
2.左手材料研究进展及应用前景 [J], 张世鸿;陈良;徐彬彬;邓龙江
3.微波左手材料及其应用前景 [J], 刘亚红;罗春荣;赵晓鹏
4.左手材料的研究进展 [J], 王小军;文庆珍;朱金华;李志生;余超
5.左手材料对微带天线关键性能改善研究进展 [J], 王淑娟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于微带结构的双左手频带左手材料的研究的开题报告1. 研究背景和意义随着无线通信、雷达、生物医学等领域的不断发展，对于新型材料的需求也越来越高。
相比传统材料，频带左手材料（left-handed materials，LHMs）能够呈现出反常的电磁波传播特性，具有负折射、反相位和等效空间电容等性质，是当前材料研究领域的热点之一。
而双左手频带左手材料（dual-band LHMs）则具有两个反常区间，能够适用于不同频段的应用，具有更广泛的应用前景。
微带结构被广泛用于射频和微波器件中，其具有结构简单、体积小、低成本等优点。
因此，将微带结构应用于双左手频带左手材料的研究具有重要的理论和实际意义。
2. 研究现状目前，国内外学者在双左手频带左手材料的研究方面取得了一系列进展。
一些学者提出了多种基于微带结构的双频带左手材料，如双线层结构、双同轴结构、双缝隙结构等。
这些结构均能够实现所需频段的负折射和反相位。
同时，一些研究者也在此基础上研究了双频带左手材料在微波器件、天线、滤波器等方面的应用。
3. 研究内容和方法本文拟基于微带结构，设计制备一种新型的双左手频带左手材料，主要研究内容包括：（1）构建双线层微带结构，设计适合的微带线形状和间隙距离，实现所需频段的双左手性能；（2）制备和表征样品，使用电磁仿真软件和相关测试设备进行电学参数的测试和优化；（3）验证双左手频带左手材料的双频带效应，探究其应用于微波器件与通信系统所带来的优越性；（4）基于实验数据，进一步优化微带结构的设计，提高双频带左手材料的性能。
本文将主要采用理论分析和实验室测试相结合的方法，通过电磁仿真软件和相关测试设备，对所设计制备的双左手频带左手材料的电学性能进行测试和优化，验证其应用于微波器件和通信系统中的可行性。
4. 预期成果和意义本文的预期成果包括：（1）成功构建一种双线层微带结构的双左手频带左手材料并进行表征；（2）实现所需频段的负折射和反相位，验证双频带效应；（3）探究该材料在微波器件与通信系统应用方面所带来的优越性；（4）提高微带结构的设计及制备水平，为相关领域的研究提供新的方法和思路。
左手材料在天线中的应用研究进展 精品好文档，推荐学习交流
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢11 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精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢11 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。 左手材料在微波平板聚焦透镜、带通滤波器、耦合器、天线以及隐身衣等方面具有广泛的应用前景。特别是在天线上的应用更具吸引力，因为它具有传统天线无法比拟的优点，它可以提高天线的方向性系数和增益、增大天线辐射效率、增加天线带宽、减小天线系统尺寸等。
1 左手材料天线 1.1 高指向性 利用左手材料奇异的电磁特性，可以实现左手材料平板透镜聚焦效应，从而可以改善天线辐射特性，提高天线的方向性，进而增大辐射增益。 Enoch等人[9]最早研究了具有零折射特性的左手材料在天线定向辐射上的应
用。他们指出在适当的条件下，嵌入到平板左手材料的全向天线向自由空间辐射的电磁波会被聚集在法线方向附近，从而减小了天线的半波瓣宽度，提高了天线的方向性，增大了其增益。 他们考虑了一种最简单的左手材料：薄金属网孔的线介质。实验和理论的研究表明这种连续的线介质具有等离子频率的特性，在微波频段其等效介电常数为： 精品好文档，推荐学习交流
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢11 221peff
（1） 当ω很接近ωp时，可以看到其等效介电常数接近于0，从而实现了零折射特
性。
下图给出了简单的几何光学原理解释：
图1 等效折射率接近零的左手材料平板中源的辐射示意图 Fig.1 The emission of a source inside a slab of LHM whose optical index is close to zero.
把一辐射源嵌入到折射率接近于零的左手材料平板中，其周围为均匀各向
同性的介质，可以看到所有的折射光线基本上都是沿着法线方向出去，这一现象可以用斯奈尔定律解释[10]:
metainout
vac
nsinsinn
（2） 在这里θout为折射角，θin为入射角。由于真空中的折射率nvac=1，nmeta≈
0，所以 sinθout近似为0，也就是电磁波折射后，会在很靠近法线方向辐射出去。这就是利用这种介质构造高指向性天线的机理。
1.2 提高辐射效率 微带天线中表面波的存在会降低天线的辐射功率，而把左手材料作为微带天线的基板，可以抑制表面波的传输，有效的减小边缘辐射，增强天线耦合到空间电磁波的辐射功率，增大其辐射效率[11]。
假设一个高为h的各向同性的左手材料平板，其相对介电常数和相对磁导
率分别为μr1和εr1，它们都为负值，如图2（a）所示。
左手材料 空气 空气 精品好文档，推荐学习交流
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢11
图2 （a）左手材料接地平板结构[11] （b）接地平板的TE和TM模式横向等效网络
Fig.2 (a) LHM grounded-slab structure [11] ； (b) Transverse equivalent network for TE and TM modes of the grounded slab.
表面波沿着z方向传播，其传播常数为kz=βz，表面波在y方向会逐渐的减弱。假定在x方向上电磁场没有变化，因此对于二维空间上我们可以单独地研究TE和TM模式。其y方向上的等效网络如图2（b）所示，其中Z0为自由空
间中的特征阻抗，Z1为平板中的特征阻抗。
对于自由空间和平板，它们各自对应的两个极化（TE和TM）的特征阻抗表达式为： 000TEyzk,011TEryzk
，000yTMkz ,1101yTMrkz
（3） 上式中：22000yzykkj，2211yzkk
αy0是一个正实数，这是为了满足在y方向上无穷远处的辐射条件。TE和
TM模式的色散方程为：
110tan()0yjzkhz
（4） 普通表面波为ky1=βy1，倏逝波为ky1=jαy1，后面一种波不能在双正的各向同
性平板介质中存在。经讨论可知在TE和TM 模式下表面波不能传播的条件如下[17]：
Z0 Z1 h 精品好文档，推荐学习交流
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢11 在111rr下，能抑制表面波传播的充分条件是：
11111111tanh()21rr
rrr
chf
（5） 在111rr下，能抑制表面波传播的充分条件是：
11111121rr
rrchf
（6） 因此通过式（5）和（6）可知： 若μr1εr1＜1，则当平板厚度足够大时可以抑制表面波的传播。
若μr1εr1＞1，则当平板厚度足够小时可以抑制表面波的传播。
1.3 小型化设计 左手材料天线的小型化设计是基于左手介质的后向波特性的应用之一。Engheta[12]在2002年首次提出了基于左右手介质的一维小型化谐振腔结构，它是
将左手介质的后向波效应与传统介质的前向波效应相结合设计出的小于半波长的谐振腔。把它运用到天线中可突破传统微带天线的半波长电尺寸的束缚，从而达到天线小型化设计的目的。 精品好文档，推荐学习交流
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢11 图3 复合左右手介质构成的一维相位补偿结构[12] Fig.3 Based on compost right/left media of one-dimensional phase compensator structure [12].
图3左边平板由无耗的一般介质构成（ε1＞0，μ1＞0），假设这一介质的特
征阻抗与外部自由空间的特征阻抗相等，但其折射率不同。当电磁波进入到平板时，在介质表面不会发生反射，波前相位与入射点的相位差为： 1101nkd
（7） 图3右边平板由无耗的左手介质构成（ε0＜0，μ0＜0），且假设左手介质的
特征阻抗也与外部空间相匹配。将左手介质平板与右手介质平板并列放置，电磁波穿透两介质最终离开左手介质平板，坡印廷矢量始终不变，因为穿过的介质都为无耗介质。在右手介质平板中坡印廷矢量1s与波矢1k的方向相同，而在左手介质平板中两者方向相反。因此，电磁波进入到左手介质平板到穿透左手介质所产生的相位差为：
2202nkd (8)
因此，电磁波穿过图示的一维结构所产生的总的相位差为： 12101202nkdnkd (9)
从上式中看到，如果左手介质平板与右手介质平板的厚度比为d1/d2=n2/n1，
则由左右手介质构成的平板其总的相位差为零。因此，左手介质在左右手复合结构中起着相位补偿的作用，重要的是这种相位补偿作用不依赖与平板的总厚度d1+d2，而是取决于它们厚度的比值d1/d2。所以，理论上只要满足d1/d2=n2/n1，
则厚度可以是任意值。
