左手材料在天線中的運用研究進展

33/33HYPERLINK"/"左手材料在天線中的應(yīng)用研究進展摘要：首先從理論上解釋了左手材料用于天線設(shè)計時實現(xiàn)天線高指向性、高效率、小型化以及大的掃描范圍的緣故，然后重點介紹了基于金屬諧振結(jié)構(gòu)和復(fù)合左/右手傳輸線(CRLHTL)結(jié)構(gòu)的左手材料用于天線設(shè)計時的研究進展，顯示了金屬諧振結(jié)構(gòu)在提高天線方向性、增大天線增益、減小天線體積等方面具有專門大優(yōu)勢，而CRLHTL結(jié)構(gòu)在提高天線帶寬、增加天線頻帶、增大漏波天線掃描范圍等方面具有潛在應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：左手材料；天線；金屬諧振結(jié)構(gòu)；復(fù)合左/右手傳輸線結(jié)構(gòu)引言左手材料(Left-HandedMaterial，LHM)又被稱為雙負(fù)介質(zhì)，它是一類在一定的頻率下同時具有負(fù)磁導(dǎo)率和負(fù)介電常數(shù)的新型人工電磁結(jié)構(gòu)材料。1968年，前蘇聯(lián)物理學(xué)家Veselago[1]首次從理論上研究了電磁波在介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)的物質(zhì)中傳播的奇異特性，如負(fù)折射率等。20世紀(jì)90年代，英國物理學(xué)家Pendry等人相繼提出了用周期性金屬棒結(jié)構(gòu)（Rod）[2]和金屬諧振環(huán)結(jié)構(gòu)（SRR）[3]分不來實現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的設(shè)想，為左手材料的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。依據(jù)Pendry的設(shè)計思想，2000年Smith等人[4]把以上兩種結(jié)構(gòu)有規(guī)律地排列在一起，首次制出了在微波段同時具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的材料。而Pendry[5]關(guān)于雙負(fù)介質(zhì)平板能夠放大或恢復(fù)倏逝波來實現(xiàn)完美聚焦成像的建議為左手材料的研究起到了進一步的推動作用。2002年，美國加州大學(xué)的Itoh教授[6]提出了一種新的設(shè)計左手材料的方法—左手傳輸線，它是用串聯(lián)交指電容來實現(xiàn)的。幾乎同時加拿大多倫多大學(xué)的Eleftheriades教授[7]提出了周期加載串聯(lián)電容和并聯(lián)電感組成的平面一維左手傳輸線結(jié)構(gòu)。2004年，Itoh等人[8]又提出了復(fù)合左/右手傳輸線（CRLHTL）概念，這開創(chuàng)了一個全新的研究領(lǐng)域，復(fù)合左/右手傳輸線是最有可能首先得到應(yīng)用的左手材料。左手材料在微波平板聚焦透鏡、帶通濾波器、耦合器、天線以及隱身衣等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。特不是在天線上的應(yīng)用更具吸引力，因為它具有傳統(tǒng)天線無法比擬的優(yōu)點，它能夠提高天線的方向性系數(shù)和增益、增大天線輻射效率、增加天線帶寬、減小天線系統(tǒng)尺寸等。1左手材料天線1.1高指向性利用左手材料奇異的電磁特性，能夠?qū)崿F(xiàn)左手材料平板透鏡聚焦效應(yīng)，從而能夠改善天線輻射特性，提高天線的方向性，進而增大輻射增益。Enoch等人[9]最早研究了具有零折射特性的左手材料在天線定向輻射上的應(yīng)用。他們指出在適當(dāng)?shù)臈l件下，嵌入到平板左手材料的全向天線向自由空間輻射的電磁波會被聚攏在法線方向附近，從而減小了天線的半波瓣寬度，提高了天線的方向性，增大了其增益。他們考慮了一種最簡單的左手材料：薄金屬網(wǎng)孔的線介質(zhì)。實驗和理論的研究表明這種連續(xù)的線介質(zhì)具有等離子頻率的特性，在微波頻段其等效介電常數(shù)為： （1）當(dāng)ω專門接近ωp時，能夠看到其等效介電常數(shù)接近于0，從而實現(xiàn)了零折射特性。下圖給出了簡單的幾何光學(xué)原理解釋：左手材料空氣左手材料空氣空氣空氣圖1等效折射率接近零的左手材料平板中源的輻射示意圖Fig.1TheemissionofasourceinsideaslabofLHMwhoseopticalindexisclosetozero.把一輻射源嵌入到折射率接近于零的左手材料平板中，其周圍為均勻各向同性的介質(zhì)，能夠看到所有的折射光線差不多上差不多上沿著法線方向出去，這一現(xiàn)象能夠用斯奈爾定律解釋[10]: （2）在那個地點θout為折射角，θin為入射角。由于真空中的折射率nvac=1，nmeta≈0，因此sinθout近似為0，也確實是電磁波折射后，會在專門靠近法線方向輻射出去。這確實是利用這種介質(zhì)構(gòu)造高指向性天線的機理。1.2提高輻射效率微帶天線中表面波的存在會降低天線的輻射功率，而把左手材料作為微帶天線的基板，能夠抑制表面波的傳輸，有效的減小邊緣輻射，增強天線耦合到空間電磁波的輻射功率，增大其輻射效率[11]。假設(shè)一個高為h的各向同性的左手材料平板，其相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率分不為μr1和εr1，它們都為負(fù)值，如圖2（a）所示。Z0Z0Z1h圖2（a）左手材料接地平板結(jié)構(gòu)[11]（b）接地平板的TE和TM模式橫向等效網(wǎng)絡(luò)Fig.2(a)LHMgrounded-slabstructure[11]；(b)TransverseequivalentnetworkforTEandTMmodesofthegroundedslab.表面波沿著z方向傳播，其傳播常數(shù)為kz=βz，表面波在y方向會逐漸的減弱。假定在x方向上電磁場沒有變化，因此關(guān)于二維空間上我們能夠單獨地研究TE和TM模式。其y方向上的等效網(wǎng)絡(luò)如圖2（b）所示，其中Z0為自由空間中的特征阻抗，Z1為平板中的特征阻抗。關(guān)于自由空間和平板，它們各自對應(yīng)的兩個極化（TE和TM）的特征阻抗表達(dá)式為：,，, （3）上式中：，αy0是一個正實數(shù)，這是為了滿足在y方向上無窮遠(yuǎn)處的輻射條件。TE和TM模式的色散方程為： （4）一般表面波為ky1=βy1，倏逝波為ky1=jαy1，后面一種波不能在雙正的各向同性平板介質(zhì)中存在。經(jīng)討論可知在TE和TM模式下表面波不能傳播的條件如下[17]：在下，能抑制表面波傳播的充分條件是： （5）在下，能抑制表面波傳播的充分條件是： （6）因此通過式（5）和（6）可知：若μr1εr1＜1，則當(dāng)平板厚度足夠大時能夠抑制表面波的傳播。若μr1εr1＞1，則當(dāng)平板厚度足夠小時能夠抑制表面波的傳播。1.3小型化設(shè)計左手材料天線的小型化設(shè)計是基于左手介質(zhì)的后向波特性的應(yīng)用之一。Engheta[12]在2002年首次提出了基于左右手介質(zhì)的一維小型化諧振腔結(jié)構(gòu)，它是將左手介質(zhì)的后向波效應(yīng)與傳統(tǒng)介質(zhì)的前向波效應(yīng)相結(jié)合設(shè)計出的小于半波長的諧振腔。把它運用到天線中可突破傳統(tǒng)微帶天線的半波長電尺寸的束縛，從而達(dá)到天線小型化設(shè)計的目的。圖3復(fù)合左右手介質(zhì)構(gòu)成的一維相位補償結(jié)構(gòu)[12]Fig.3Basedoncompostright/leftmediaofone-dimensionalphasecompensatorstructure[12].圖3左邊平板由無耗的一般介質(zhì)構(gòu)成（ε1＞0，μ1＞0），假設(shè)這一介質(zhì)的特征阻抗與外部自由空間的特征阻抗相等，但其折射率不同。當(dāng)電磁波進入到平板時，在介質(zhì)表面可不能發(fā)生反射，波前相位與入射點的相位差為： （7）圖3右邊平板由無耗的左手介質(zhì)構(gòu)成（ε0＜0，μ0＜0），且假設(shè)左手介質(zhì)的特征阻抗也與外部空間相匹配。將左手介質(zhì)平板與右手介質(zhì)平板并列放置，電磁波穿透兩介質(zhì)最終離開左手介質(zhì)平板，坡印廷矢量始終不變，因為穿過的介質(zhì)都為無耗介質(zhì)。在右手介質(zhì)平板中坡印廷矢量與波矢的方向相同，而在左手介質(zhì)平板中兩者方向相反。因此，電磁波進入到左手介質(zhì)平板到穿透左手介質(zhì)所產(chǎn)生的相位差為： (8)因此，電磁波穿過圖示的一維結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的總的相位差為： (9)從上式中看到，假如左手介質(zhì)平板與右手介質(zhì)平板的厚度比為d1/d2=n2/n1，則由左右手介質(zhì)構(gòu)成的平板其總的相位差為零。因此，左手介質(zhì)在左右手復(fù)合結(jié)構(gòu)中起著相位補償?shù)淖饔?，重要的是這種相位補償作用不依靠與平板的總厚度d1+d2，而是取決于它們厚度的比值d1/d2。因此，理論上只要滿足d1/d2=n2/n1，則厚度能夠是任意值。1.4增大掃描范圍由于復(fù)合左/右手傳輸線單元的相位常數(shù)隨頻率和等效電路參數(shù)的變化而變化，在不同的頻率區(qū)間呈現(xiàn)負(fù)值或正值，而在一個非零頻率點上的相位常數(shù)甚至能夠為零。利用這種奇異的相位傳播特性，結(jié)合漏波天線頻率掃描的工作原理，能夠構(gòu)造大角度微帶漏波天線[13]。在平衡狀態(tài)下,復(fù)合左/右手傳輸線單元的相位常數(shù)為： (10)（11）當(dāng)ω<ω0時，β<0，反之β＞0；當(dāng)ω=ω0時,β=0。而漏波天線的輻射角為 (12)由上式能夠看到CRLH漏波天線的輻射角理論上能夠?qū)崿F(xiàn)從-900到900的連續(xù)掃描，當(dāng)ω<ω0時，天線后向掃描，當(dāng)ω>ω0時，天線前向掃描。而傳統(tǒng)的微帶漏波天線只能從邊射到端射的掃描（即00到900的掃描），因為β總是為正值，而且傳統(tǒng)微帶漏波天線不能進行邊射掃描，因為關(guān)于右手材料來講當(dāng)β=0時,vg=0，然而關(guān)于CRLH漏波天線，當(dāng)β=0時，群速vg并不為零，天線將能夠在邊射方向進行輻射。2左手材料天線進展2.1金屬諧振結(jié)構(gòu)的左手材料天線提高天線增益的方法有專門多種，例如改用陣列天線、碟形天線、拋物面天線等，但這些天線的體積都過于龐大，限制了它們在一些專門場合的應(yīng)用。微帶天線雖具有小的體積，然而它具有專門低的增益，而且其輻射方向容易受到表面波的阻礙。針對這些問題，人們提出了利用左手材料的平板透鏡聚焦效應(yīng)來提高天線增益的方法[14,15]，這不僅獲得了專門高的增益，而且可實現(xiàn)天線的小型化設(shè)計。2005年，Burokur[16]從理論上研究了左手材料對微帶天線的阻礙，這種左手材料是由矩形開口環(huán)和金屬線構(gòu)成（圖4（a）），將一定體積的這種左手材料覆層置于天線前方，發(fā)覺它的引入可使天線的增益提高2.8dB，且具有專門好的方向性。還發(fā)覺若選用損耗小的左手材料且保證良好的波阻抗匹配，天線的增益能夠達(dá)到12dB。Rahim等人[17]將改進的矩形開口環(huán)結(jié)構(gòu)與電容加載金屬線相結(jié)合構(gòu)造出一種新的左手材料結(jié)構(gòu)（圖4（b）），將這種左手材料作為微帶天線的覆層，則增益顯著增加，且半波功率點波束寬度變得更加狹窄，因此具有專門好的方向性。Zhao等人[18]研究了在矩形微帶貼片天線上覆蓋表面開口方形環(huán)結(jié)構(gòu)左手材料后對天線性能的阻礙（圖4（c）），他們發(fā)覺隨著加載這種左手材料層數(shù)的增加，天線的增益會進一步的增強，四層這種結(jié)構(gòu)其增益達(dá)到了2.12dB。Zani等人[19]設(shè)計了基于矩形開口環(huán)結(jié)構(gòu)的左手材料圓形貼片天線，其增益從2.02dB增加到了3.51dB，回波損耗從22.08dB增加到了24.2dB，因此具有更好的匹配性能，且這種左手材料天線的尺寸只有傳統(tǒng)天線的一半。（a）（b）（c）圖4開口環(huán)結(jié)構(gòu)[16][17][18] Fig.4Splitringresonatorstructure[16][17][18].目前實現(xiàn)天線小型化的要緊方法有短路加載、開槽開縫、選用高介電常數(shù)基板和利用集總元件等。然而，這些方法是在犧牲天線的增益、效率和帶寬等方面的性能指標(biāo)下獲得的。有鑒于此，人們提出了利用左手材料的相位補償作用來實現(xiàn)天線小型化設(shè)計的思想，從而解決了以上問題[12]。2005年，周雷教授[20]利用左手材料制作了雙夾板諧振腔天線，將腔體厚度減少到了半波長以下，實現(xiàn)了天線的小型化設(shè)計，同時這種天線具有專門好的方向性。2006年，Abdelwaheb等人[21]提出了一種基于左手材料諧振腔的超小型高指向印刷天線，這種人工磁導(dǎo)體由兩個法布里-珀羅諧振腔反射器構(gòu)成，一個反射器由高阻抗表面構(gòu)成，它作為印刷天線的基底，另一個反射器由部分反射面構(gòu)成，它作為發(fā)射信號的窗口。這種諧振腔的厚度可達(dá)到λ/60的數(shù)量級。此后，Abdelwaheb[22]還提出了在介質(zhì)基板上周期排列平板金屬結(jié)構(gòu)（圖5（a）），從而實現(xiàn)了左手特性。用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計了超小型亞波長諧振腔天線，其諧振腔的厚度同樣可達(dá)到λ/60。除了上面提到的開口環(huán)結(jié)構(gòu)和諧振腔結(jié)構(gòu)左手材料用于天線設(shè)計外，人們還研究了其它結(jié)構(gòu)的左手材料在天線上的應(yīng)用。Huang等[23]研究了耶路撒冷十字結(jié)構(gòu)的左手材料（圖5（b）），它的折射率接近于零，將其作為雙極化貼片的天線罩，則天線的增益可提高2dB，同時能減少天線的波束寬度。朱忠奎等人[24]將一種雙面刻有樹枝結(jié)構(gòu)單元陣列的介質(zhì)材料作為天線的基板（圖5（c）），制備了樹枝狀負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線。研究表明，引入這種左手材料后微帶天線的定向性得到顯著改善，天線的側(cè)向輻射減弱，前向輻射增強，增益提高了2.19dB。Kim等人[25]提出了利用平板左手材料來制作透鏡天線的思路，這種平板左手材料是由高介質(zhì)立方體諧振器周期的嵌入到低介質(zhì)基質(zhì)中構(gòu)成的（圖5（d））。結(jié)果表明，其增益從6.1dB增加到了11dB，通過選擇更大介電常數(shù)的材料，可進一步減少平板透鏡的厚度，從而實現(xiàn)天線的小型化設(shè)計。Lagarkon等人[26]通過在基板上放置等尺寸的左旋和右旋彈簧結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)ε和μ接近于零的左手材料（圖5（e）），將這種左手材料用于喇叭天線的設(shè)計中，其旁瓣得到了顯著的抑制，后向輻射增強。另外，孫立志、冉立新等人[27]研究了基于Ω型結(jié)構(gòu)左手材料構(gòu)成的后向波天線，其后向波方向為-30°（圖5（f））。(a)(b)（c）(d)(e)(f)圖5金屬諧振結(jié)構(gòu)（a）平板結(jié)構(gòu)[22];（b）耶路撒冷十字結(jié)構(gòu)[23];（c）樹枝狀結(jié)構(gòu)[24];（d）立方體結(jié)構(gòu)[25];（e）彈簧結(jié)構(gòu)[26];（f）左手材料的后向性[27].Fig.5resonantmetalstructures(a)planarstructure[22];(b)Jerusalemcrossstructure[23];(c)dendriticstructure[24];(d)cubicstructure[25];(e)springstructure[26];(f)thebackwardwavepropertyofLHM[27].2.2傳輸線結(jié)構(gòu)左手材料天線金屬諧振結(jié)構(gòu)的左手材料通常僅在諧振頻率下表現(xiàn)出左手特性，存在頻帶窄和損耗大等缺點，這將限制了它在天線方面的應(yīng)用。而復(fù)合左右手傳輸線（CRLHTL）結(jié)構(gòu)具有寬帶寬、低損耗、體積小、容易制作等優(yōu)點，因此這種結(jié)構(gòu)更適合用于天線的設(shè)計。Zhu和Eleftheriades[28]基于雙諧振理論，提出了一種寬帶小型化天線，這種天線由兩部分CRLHTL構(gòu)成，并在每一部分的傳輸線周圍加載5個螺旋電感（圖6（a）），通過它們來調(diào)整其工作頻率。這種天線的輻射效率在3.30GHz范圍內(nèi)達(dá)到了65.8%，且?guī)掃_(dá)到了100MHz。Nordin等人[29]也提出了一種寬帶寬、小型化的CRLHTL微帶天線，其基板上層有2×2個CRLHTL結(jié)構(gòu)，并在通孔和接地板之間引入兩平行金屬板（圖6（b）），以起到減小并聯(lián)電容值的作用。因為帶寬會隨著并聯(lián)電容值的減小而增大，因此這種結(jié)構(gòu)能夠顯著的增加天線的帶寬，且這種天線具有多個工作頻帶，具有特不小的尺寸。Li等人[30]利用新型結(jié)構(gòu)的二維CRLHTL設(shè)計了一種超寬帶、高增益的矩形微帶貼片天線，這種結(jié)構(gòu)是由刻蝕在金屬貼片上的三角帶隙和刻蝕在接地面上的十字帶狀線構(gòu)成（圖6（c））。天線帶寬從200MHz增加到了3GHz，而且輻射效率超過了98%，還具有高增益和低電壓駐波比。Huang等人[31]利用CRLHTL理論設(shè)計了兩種新型的超寬帶天線（圖6（d）），一種是圓形結(jié)構(gòu)，其頻帶覆蓋2.63GHz到8.55GHz的范圍，另一種為矩形結(jié)構(gòu)，其帶寬也超過了2GHz，且它們都具有高的輻射效率。這種天線特不適用于高速短距離的無線通信系統(tǒng)中，如無線個人局域網(wǎng)系統(tǒng)等。Duan等人[32]提出一種螺旋形CRLHTL超寬帶天線，其帶寬可達(dá)到2.2GHz，相對帶寬達(dá)到了25.3%。（a）（b）（c）（d）圖6寬帶寬傳輸線結(jié)構(gòu)（a）加載螺旋電感[28];（b）引入平行金屬板[29];（c）二維結(jié)構(gòu)[30];（d）圓形結(jié)構(gòu)與矩形結(jié)構(gòu)[31].Fig.6widebandCRLHTLstructures(a)spiral-inductor-loadedCRLHTL[28];(b)incorporateparallelplatebetweentheviasandthegroundplanes[29];(c)two-dimensionalstructure[30];(d)CircularandRectangularstructure[31].雙頻帶天線的出現(xiàn)滿足了人們對現(xiàn)代無線電子產(chǎn)品功能多樣化的需求，實現(xiàn)雙頻帶的傳統(tǒng)方法有：改變貼片天線形狀、利用雙饋線和利用PIFA天線等，但這些方法具有低的輻射效率和相異的輻射方向圖等缺點，而且其尺寸仍過于龐大。對此,Jeone[33]提出了一種基于CRLHTL的小型化雙頻帶零階諧振天線，它是由低頻帶和高頻帶的零階諧振天線構(gòu)成（圖7（a）），其諧振頻率分不為0.86GHz和1.8GHz，測量的輻射效率在這兩個頻帶下可分不達(dá)到53%和41%，且可實現(xiàn)全向輻射，而尺寸僅為40×6×3mm2，但這種天線具有專門窄的帶寬。因此他提出[34]了利用零階諧振模式和第一負(fù)階諧振模式的“蘑菇型”CRLHTL來構(gòu)造雙頻寬帶天線的思路（圖7（b）），其輻射效率分不達(dá)到了56.4%和66.6%，且其帶寬達(dá)到了430MHz。Narida等人[35]基于CRLHTL理論通過在基板兩側(cè)刻蝕一定形狀的平板圖案也構(gòu)造了一種雙頻帶天線，它不用附加過孔或集總元件就可專門容易實現(xiàn)微帶線的激勵。這種雙頻帶天線可實現(xiàn)373MHz和817MHz的負(fù)數(shù)階和正數(shù)階諧振，且具有全向輻射的能力和專門小的尺寸。Yu[36]利用交指電容和并聯(lián)電感構(gòu)成的CRLHTL設(shè)計了一種雙頻帶圓極化環(huán)形天線（圖7（c）），它的兩個頻帶具有相近的輻射方向圖，且具有專門好的軸向輻射能力，該天線的工作頻率在1.768～1.776GHz和3.868～4.007GHz內(nèi)。Gummally等人[37]也提出一種小型化的雙頻帶左手材料陣列天線，這種天線具有小的體積和高的輻射效率。（a）（b）（c）圖7多頻帶傳輸線結(jié)構(gòu)（a）低頻帶與高頻帶零階諧振結(jié)構(gòu)[33];（b）零階與第一負(fù)階諧振結(jié)構(gòu)[34];（c）雙頻帶圓極化結(jié)構(gòu)[35].Fig.7multibandCRLHTLstructures(a)GeometryoftheproposedmultibandantennausingLHMZOR[33];(b)twocloselyspacedzeroth-orderandfirst-negative-orderresonancemodesofCRLH-TL[34];(c)dualbandcircularlypolarizedantenna[35].微帶漏波天線擁有較窄的主波瓣，還具有頻掃特性和相當(dāng)好的寬帶特性。另外，微帶漏波天線的饋電結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使其具有低成本和易制造的優(yōu)點。然而，傳統(tǒng)的微帶漏波天線只能實現(xiàn)主波束為單波束時從邊射到端射的掃描，其掃描范圍被限制在90°范圍內(nèi)。而基于CRLHTL結(jié)構(gòu)設(shè)計的漏波天線在理論上能夠?qū)崿F(xiàn)從-90°到90°的掃描[38,39]。Abdelaziz[40]利用耦合微帶線設(shè)計了基于CRLHTL結(jié)構(gòu)的微帶漏波天線，并通過接地板的浮置導(dǎo)體來增加耦合度（圖8（a））。這種天線具有邊射到端射的掃描能力，且工作在基模下，具有小尺寸、低損耗和寬頻帶的優(yōu)點。Kodera等人[41]利用CRLH諧振理論提出了一種均勻負(fù)載鐵氧體的開放波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（圖8（b）），它能自動的平衡CRLH的響應(yīng)頻率，而不需要任何的芯片組件來調(diào)諧，克服了傳統(tǒng)CRLHTL結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)諧振平衡的缺點?；谶@種結(jié)構(gòu)設(shè)計的漏波天線同樣能夠?qū)崿F(xiàn)邊射到端射的全波掃描，且能夠固定偏置頻率掃描和固定頻率偏置掃描。Lin等人[42]設(shè)計了一種基于共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的CRLH漏波天線，這種天線也可實現(xiàn)邊射到端射的掃描。另外，Lin等人[43]還利用同軸結(jié)構(gòu)的CRLH制作了諧振頻率為475MHz的單極子天線（圖8（c）），通過改變這種結(jié)構(gòu)，其工作頻率甚至可達(dá)到150MHz。D.Kim和M.Kim[44]利用CRLHTL理論提出了一種改進的T形單極子天線（圖8(d)），它具有專門窄的波束寬度，因此可廣泛用于汽車避撞系統(tǒng)以及點對點通信系統(tǒng)中。(a)(b)(c)(d)圖8大掃描范圍及其它傳輸線結(jié)構(gòu)（a）耦合微帶線結(jié)構(gòu)[40];（b）負(fù)載鐵氧體的開放波導(dǎo)結(jié)構(gòu)[41];（c）同軸結(jié)構(gòu)[43];（d）“T型”結(jié)構(gòu)[44].Fig.8largescanrangeandotherCRLHTLstructures(a)coupledmicrostriplinesstructure[40];(b)uniformferrite-loadedopenwaveguidestructure[41];(c)coaxialstructure[43];(d)T-shapedstructure[44].3結(jié)語目前，左手材料的進展正從最早的印刷電路結(jié)構(gòu)向更有用的顆粒夾雜復(fù)合材料方向進展。但國內(nèi)外對其左手材料研究仍處于理論和實驗時期，離左手材料天線的實際應(yīng)用還有一段距離，因為還有許多問題有待解決。例如，金屬諧振諧振結(jié)構(gòu)左手材料適合天線小型化和高指向性的設(shè)計，但具有小的帶寬和大的傳輸損耗。而復(fù)合左右手傳輸線的帶寬、傳輸損耗等性能指標(biāo)較佳，然而它的輻射性能不佳，不適合作為天線的輻射部分。而且隨著頻率的升高，傳輸線結(jié)構(gòu)中功能單元的感性和容性會發(fā)生變化,加上大量寄生電容和寄生電感的阻礙,使得實際的等效電路特不復(fù)雜,有可能大幅降低復(fù)合左右手傳輸線的性能。因此，設(shè)計和制備出寬頻帶、低損耗、性能穩(wěn)定、低成本的左手材料是實現(xiàn)實際應(yīng)用的關(guān)鍵。參考文獻(xiàn)1VeselagoVG.Theelectrodynamicsofsubstanceswithsimultaneouslynegativevaluesofεandμ[J].SovPhysUsp,1968,10(4):5092PendryJB,HoldenAJ,StewartWJ,etal.Extremelylowfrequencyplasmonsinmetallicmesostructures[J].PhysRevLett,1996,76(25):47733PendryJB,HoldenAJ,RobbinsDJ,etal.Magnetismfromconductorsandenhancednonlinearphenomena[J].IEEETransMicrowaveTheoryandTech,1999,47(11):20754SmithDR.,PadillaWJ,VierDC,etal.Compositemediumwithsimultaneouslynegativepermeabilityandpermittivity[J].PhysRevLett,2000,84(18):41845PendryJB.Negativerefractionmakesaperfectlens[J].PhysRevLett,2000,85(18):39666CalozC,ItohT.ApplicationofthetransmissionlinetheoryofLeft-handed(LH)materialstotherealizationofamicrostrip"LHline"[C]∥IEEE.SanAntonio,2002,2:4127EleftheriadesGV,IyerAK,KremerPC.PlanarnegativerefractiveindexmediausingperiodicallyL–CIEEETransMicrowaveTheoryandTech50(12):27028LayA,CalozC,ItohT.Compositeright/left-handedtransmissionlinemetamaterials[J].IEEEMicrowaveMagazine.2004,5(3):349EnochS,TayebG,SabourouxP,etal.Ametamaterialfordirectiveemission[J].PhysRevLett,2002,89(21):21390210林金鋒.異向介質(zhì)在天線技術(shù)上的應(yīng)用[D].杭州：浙江大學(xué),2007年11BaccarelliP,BurghignoliP,LovatG,etal.Surface-wavesuppressioninadouble-negativemetamaterialgroundedslab[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLett,2003,2:26912EnghetaN.Anideaforthinsubwavelengthcavityresonatorsusingmetamaterialswithnegativepermittivityandpermeability[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLett,2002,1:1013LiuL,CalozC,ItohT.Dominantmodeleaky-waveantennawithbackfire-to-endfirescanningcapability[J].ElectronLett,2002,38(23):141414WuBI,WangW,PachecoJ,etal.Astudyofusingmetamaterialsasantennasubstratetoenhancegain[J].ProgElectromagnRes,2005,51:29515WangS,FeresidisAP,GoussetisG,etal.High-gainsubwavelengthresonantcavityantennasbasedonmetamaterialgroundplanes[J].IEEEProcMicrow,AntennasandPropag,2006,153(1):116BurokurSN,LatrachM,ToutainS.Theoreticalinvestigationofacircularpatchantennainthepresenceofaleft-handedmedium[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLett,2005,4:18317RahimMKA,MajidHA,MasriT.Microstripantennaincorporatedwithleft-handedmetamaterialat2.7GHz[C]∥IEEEAntennaTechnology,IWAT2009.SantaMonica,CA,200918ZhaoYC,WanGB,ZhaoHL,etal.EffectsofsuperstratewithimprovedSSRRsontheradiationofmicrostripantenna[C]∥IEEEMicrowave,Antenna,PropagationandEMCTechnologiesforWirelessCommunications.Beijing,2009:5119ZaniMZM,JusohMH,SulaimanAA,etal.Circularpatchantennaonmetamaterial[C]∥.KualaLumpur,2010:31320ZhouL,LiHQ,QinYQ,etal.Directiveemissionsfromsubwavelengthmetamaterial-basedcavities[J].ApplPhysLett,2005,86:10110121OurirA,LustracAD,LourtiozJM.All-metamaterial-basedsubwavelengthcavities(λ/60)forultrathindirectiveantennas[J].ApplPhysLett,2006,88:08410322OurirA,BurokurSN,YahiaouiR,etal.Directivemetamaterial-basedsubwavelengthresonantcavityantennas–Applicationsforbeamsteering[J].ComptesRendusPhysique,2009,10(5):41423HuangHC,LinKH,SuHL,etal.Designofdual-polarizedhigh-gainantennaradomebyusingJerusalemCrossmetamaterialstructure[C]∥IEEE.Charleston,SC,200924朱忠奎,羅春榮,趙曉鵬.一種新型的樹枝狀負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線[J].物理學(xué)報,2009,58(9):615225KimJ,GopinathA.Simulationsandexperimentswithmetamaterialflatantennalensusingcubichighdielectricresonators[C]∥IEEE.SantaMonica,CA,200926LagarkovAN,SemenenkoVN,etal.Muandepsilon-near-zerometamaterial-assistedhornantenna[C]∥AntennasandPropagation(EUCAP).Barcelona,Spain,201027孫永志,冉立新,王偉光,等.基于左手材料的后向波天線[J].航空電子對抗,2008,24(4):3028ZhuJ,EleftheriadesGV.ACompacttransmission-linemetamaterialantennawithextendedbandwidth[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLett,2009,8:29529NordinMAW,El-RaoufHE,YussufAA.Bandwidthenhancementofacompactantennabasedonthecompositeright/left-handed(CRLH)transmission-line(TL)[C]∥.Berlin,2009:358230LiLW,LiYN,MosigJR.Designofanovelrectangularpatchantennawithplanarmetamaterialpatternedsubstrate[C]∥MetamaterialsIWAT2008.Chiba,2008:12331HuangW,XuN,PathakV,etal.Compositeright-lefthandedmetamaterialultra-widebandantenna[C]∥IEEEAntennaTechnology,IWAT2009.SantaMonica,CA,200932DuanZS,QuSB,ZhangJQ,etal.Acompactlow-profilewidebandomnidirectionalmicrostrippatchloadingcompositeright/left-handedtransmissionline[C]∥2008InternationalWorkshoponMetamaterials.Nanjing,2008:31233JiJK,KimGH,SeongWM.AcompactmultibandantennabasedonDNGZORforwirelessmobilesystem[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLett,2009,8:92034JiJK,KimGH,SeongWM.Bandwidthenh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