基于左手介质的新型微波器件研究

Y，1019553
分类号——一一——密级
U D C编号
淅江大学博士后研究工作报告
基于左手介质的新型微波器件研究
Study on novel microwav e devices based on left—handed materials
李九生
工作完成时间：2006年6月
提交报告时间：2006年6月
浙江大学(浙江)
2006年6月
摘要
摘要
左手介质是一种重要的新型人工合成介质，它的介电常数￡和磁导率U同时为负值。

它在微波与光学领域有着巨大的应用前景，从而得到越来越广泛的关注，成为当前非常前沿和热门的研究领域之一。

微波波段的左手介质由于加工工艺简单，易于实现，而格外受到重视。

目前利用LC网络和平面微带线实现左手介质，进而实现新型微波器件被广泛的关注，成为当前研究的热点。

由于左手介质所具有的独特性能，利用其特性实现新型器件成为广大科研工作者的追求。

目前左手介质的理论和应用研究刚起步，在理论分析，数值计算和实际应用等诸多方面均有待深入。

本研究论文主要集中于探索微波段的左手介质的实现及其应用。

本论文的主要工作可以概括为：提出了几种新型的LC网络结构来实现左手介质，利用这些新型的LC网络结构设计了微波陷波器、微波功分器、微波滤波器等新型微波器件，同时还分别对它们进行了ADS仿真分析和实验验证。

本论文还提出了一种新型的平面微带线结构来实现左手介质，并利用该新型左手介质结构设计了‘种新型微波滤波器，通过有限元法对该新型微波滤波器进行了仿真分析，最后进行了实验测试。

通过利用新型LC网络和平面微带线结构实现左手介质，并利用这些新型结构设计基于左手介质的新型微波器件，最后进行了仿真分析和实验验证。

从仿真和实验的结果，总结出了一些有益的启示。

关键词：左手介质，微波滤波器，微波集成电路，陷波器，功分器
摘要
ABSTRACT
Left-handed material(LHM)is a n im portant kin d of synthetic medium．In such materials，both the permittivity(s)and permeability(∥)are negative simultane ously．Prese ntl y’lemhanded materials are paid mo re an d m ore att entio n，and be come a h ot research interests for t he y h av e int en siv el y po ten ti al app li cat io ns in the fields of microwave and optics．L eft—han ded ma teri als for microwave are pai d more attention for its easy fabrication and test．At present，leR—handed materials reali zed us ing L C network or planar microstrip st ruc ture s a r e attracted significant attention in their applications．LeR-handed materials which exhibit many extra ordi nary prop erti es c a n be used to design novel microwave devices．However, the i nve st iga ti on o n t he th eory and applica tion o f such ma terial is at its initial stage，Gre at efforts should be put into the rese arch o n the theoretical analysis，numerical method s an d actual appli cation s ofthe left-handed materials．
In this thesis，the realization and applica tio ns of the l eft-h anded m ateri als in t he microwave frequency arc inv esti gate d．T he work is mainly focused on：Several novel kinds of LC network are pro posed to realize the le ft-ha nded m ater ials．Using th e proposed LC netwo rk，s om e n ew mic ro wav e d ev ice s ha ve be en de sig ne d s uc h a s
mi c r ow a v e notch filter，microwave
power di vi d e r,a n d microwave filter．T he propert ies of these designed microwave devices were analyzed numerically by using the A D S soft and w ere also tested experimentally．A n e w kind o f planar microstr ip str uc tu re is also proposed to realize the left-handed materials．Then，a novel microwave filter is developed utilizing the propo sed plan ar microstr ip str uctures．The finite el em en t me th od is em ployed tO si mulate the novel filter in theoretically．At last，the designed filter is tested in experimentally．
The le ft-ha nded mate rials a r e realiz ed
network and planar
by using novel LC
microstri p structu res．Then，sever al micro wave devi ces are d esig ned utilizing th e
network and pla nar m icr ostr ip structures．We st udy t heor etic ally and proposed LC
n
摘要
experimentally o n the de velope d mi crowa ve compo nents．From the simulated and expe rim en tal r esu lts，w e dr aw som e useful conclusion．
Keywords：Left-handed materials，microwave filter,microwave integ rat ed circuit，notch filte r'power divid er
111
第五章左手介质的平面微带线微波滤波器
5A结论利用左手介质成功设计、制作双模带通微波滤波器并进行了实验测
试。

该
新型微波滤波器可以通过印刷电路技术能很好的与其它的有源和无源微波器件和电路进行集成。

同时该微波滤波器具有双模带通，低的插入损耗，结构紧凑，尺寸小，易于制作，以及成本低特点，上述性能均被仿真和实验测试的结果证实。

随着研究的进一步深入，设计好滤波的频率，该新型微波滤波器在未来的低成本、结构紧凑的微波和毫米波通信系统中将具有很好的应用前景。

作者感谢：国家自然科学基金(60577023)和国家重大基础研究计划973 (2004CB719800)资助。

5．5参考文献
1．J ia-Sh eng Hong,and M．J．Lancaster,Mierostrip Filters for RF／Microwave Appl icat ion s,J ohn W il ey&S on s，N ew Y or k,2001，ch．10 a nd 11．
2．X．P．Che n，W．Hong,T．J．Cui,J．X．Chen，a nd K．Wu,“Substrate intergrated waveguide(slw)linear phase filter,”IEEE Microwave Wireless C om por t Lett．，15(1 1)：787-789,2005
3．W．J．L ui，Z．D cng,C．H．Che ng,a nd H．B．Zhu，"Novel multilayer microstrip bandpass filter with multislots o n ground plane，”Microwave and Optical Techn01．Lett．，47(4)：392—394，2005
4．L．Zhu,and H．Wa n g,"U l tr a-w id eb an d b an dpa ss filter o n aperture-backed microstrip line，”Electron．Lett．，4l(18)：1015-1016，2005
5．S．F．Chang,Y．H．Jeng,and J．L．Chen,"Dual—band step-imped ance b andpa ss filter for mu lt im ode wi tl es sLA NS,”E le ctr on．Le tt．，40(1)：38-39，2004
第一章绪论
1．1左手介质概念负折射介质是一种重要的新型人工合成介质，得到越来越广
泛的关注，成
为当前非常前沿和热门的研究领域之一。

该新型人工合成介质的介电常数占和磁导率／z同时为负值。

前苏联物理学家V．GVcsclago在1968年【l】首次提出了左手介质概念(Left-Handed-Material，简称LHM)．他指出负折射介质不同于自然界存在的和普通的人工合成材料(介电常数和磁导率都是大于零)，电磁波在这种负折射介质中传播时，电场、磁场和波矢之问构成左手关系(即波矢i与电场强度E、磁场强度日满足左手法则)，即波的传播方向和能量的传播方向相反。

同时，V．G．Vesclago还预测了该材料的许多非常引人注目的奇特性质，诸如负群速度、负折射率、理想成像、逆Doppler频移、反常Cervnkov辐射等种种奇异的物理性质．由于自然界中难以找到这种负折射率材料，因而V．GVeselago的工作在很长一段时间里一直没有得到科学界足够的重视，可以说左手材料的研究基本处于停顿状态。

直到1996年，英国科学家Pendry【2】通过理论分析提出了金属线周期排布的结构(Wires Array)，其等效介电常数类似于等离子体。

由于等离子体的磁导率大于零，因此负介电常数使得等离子体对电磁波有强烈的屏蔽作用．等效的等离子体频率在GHz水平，即该系统在I强波段的等效介电常数为负． Pendry[3]在1999年用电介质体设计出了一种具有磁响应的周期结构，其微结构胞元由2个开口的薄铜片内外相套而成，即有缺口的环形共振环(Split Ring Resonators，简称SRRs)阵列，实现了负的磁导率。

随后负折射介质引起了研究人员的极大关注，人们期待该类介质能够在理论和技术方面带来突破。

2001年，美国加州大学San Diego分校的David Smith等物理学家【4】根据Pendry理论，
并对他提出的两种结构组合在一起，利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数和负磁导率的物质，成功设计并制作出了第一块左手介质样品(见图1．1)。

一年后，他们用这种负折射率介质做成棱镜，从实验室证明了这种介质的折射率也为负【5】，从而第一次证实了左手介质存在的事实．之
后左手介质的性质得到了反复的验证和证实【6】。

这使人们对负折射率介质的态度发生了根本的改变(尽管该实验曾引起个别争议)，从此这种新型的人工合成介质的研究逐渐成为全世界关注的焦点．现在，世界范围内越来越多的科学家把研究目标转向了负折射率介质。

由于负折射介质具有许多奇妙的特性(如倏逝波放大，负折射效应等)以及新颖的应用前景，自2000年起，负折射率介质已成为电磁波、RF技术和光电子学等方面国际会议的热点主题之一。

2002年底，麻省理工学院Kong Jin Au教授阴从理论上证明了左手介质存在的合理性，并称这种人工介质可用来制造高指向性的天线、聚焦微波波束、实现“完美透镜”、用于电磁波隐身等等；同时根据左手介质不同凡响的特性，科学家已预言可以应将左手介质用于通讯系统以及资料储存媒介的设计上，用来制造更小的移动电话或者是容量更大的储存媒体；左手介质还可以应用于医学领域的超级分辨率的医学成像。

总之，所有的这些左手介质所具有的独特性能，
存在着巨大的应用前景，而左手介质的这些应用前景开始引起学术界、产业界尤其是军方的无限遐想，为左手介质的研究形成热潮奠定了历史性基础。

(a) (b)
图1．1David Smith／J、组制作的左手介质样品如今，随着左手介质研究的深入。

各种实现左手介质的结构也被提出．在
2002年，Chui等人【8】提出了导电铁氧体纳米颗粒均匀分布于绝缘基体中的模型，并通过复合材料动态有效介质理论预测出这种模型将具有左手性质。

在实验验证过程中，Chui等人证实这种复合材料在外加静磁场作用下能够体现出负磁导率，并且发现颗粒尺寸达到纳米量级时，复合材料的损耗很小．2002年，G．V．Elefiheriades提出了基于电感电容(LC)网络结构实现负折射介质的新方案。

2003年，美国西雅I琴lBoeing Phant om Works的C．Parazzoli与加拿大University
of Toronto电机系的G．V．Elefthcriades所领导的两组研究人员在实验中直接观测到了负折射定律．同年，Simovski等人【9】对经典的SRR结构进行了改进，提出了类似于n(Omega)形状的结构单元(图1．2)．Chert等人【lO】在2004年设计出结构更简单但与Q形状十分相似的S型结构单元(图1．3)．另外，Pendry【ll】于2004年设计出可以实现负折射性质的手性(Chiral)结构。

这种结构由薄铁片呈螺旋状卷制而成螺旋产生的电感和螺旋问形成的电容使结构可以产生共振，在共振频率附近将表现出负折射率性质．之后的2005年，Chen等人[121将s型结构单元组合在一起，设计出一种全新的类似于砖块的结构材料。

实验表明，这种结构不仅可以表现出左手材料性质，而且相对带宽(带宽／中心频率)至少是其它结构型左手材料的2倍以上。

基于科学家的理论突破和一系列实验工作的成功，左手材料的研究在2003年，被Science杂恚评为当年十大科技进展之--[13]．
图1．2赋Omega)形状的左手介质结构单元
图I．3S型左手介质结构单元
1．2国内外的研究现状当前，世界上的许多发达国家政府和研究所如(欧盟各
国和美国)均看到
了负折射介质的巨大潜力和应用前景，它们都高度重视左手介质的研究开
发．如欧盟的联合研究项目METAMORPHOsE(MetaMatefials Organized for radio．millimeter wave,and Ph otoni c Supcrlattic2 Engineering)，总共有欧洲的24所大学参与。

美国各大基金会(如DARPA，NSF，ONR，AFSOR，ARO等)都增加了对负折射介质的研究支持力度。

德国、意大利、新加坡、西班牙、日本、法国、加拿大等国，在负折射介质的研究也投入了许多的研究经费，并且正积极寻求国际合作以加快这一领域的研究发展．
我国在负折射介质的研究起步也比较早，2003年浙江大学何赛灵教授主持国家自然科学基金项目负折射率介质的前沿研究．2004年，何赛灵教授作为首席科学家承担了国家重大基础研究计划(973项目)新型人工电磁介质的理论与应用研究，主要进行负折射介质的理论和应用研究。

同时参加合作研究的单位包括浙江大学，南京大学、中科院物理所、同济大学，东南大学，中山大学、西北工业大学等内地科研院所和高校，还有香港科技大学陈子亭教授的纳米科技研究所。

关于左手介质的研究，在最近的Nature，Science，和Physics Review Le tte rs 等国际顶尖杂志上已有上百篇文章发表。

而且世界上每年都有几百篇有关左手介质的文章在其它国际期刊上发表。

左手介质的最初是在微波频段得到实验验证，现在在光频段也开展了许多左手材料研究，取得了一定的成果如：左手介质的光子隧道效应【14】，次波长FP腔【15】，反常Bregg光栅【l6】，完美棱镜[17】(见图1．4)等，但是上述的很大部分工作只进行了理论分析．
由于微波频段频率领域负折射介质容易通过实验实现，加工制作相对于光波频段的负折射介质制作也比较容易，因而对于微波频段左手介质研究及其应用十分的活跃。

G．V．Eleflhedadcs等人于2003年利用LC网络组成传输线的方法实现了左手介质【18一19】，从而进一步提高了左手介质的实用性．随后，LC网络的负折射效应得到了实验验证，而且还利用LC网络组成的左手介质平面传输线实现了次波长成像实验(见图1．5)【201。

2004年T．1toh等人利用串联电容和并
联电感的方法实现左右手(right／left-handed)介质组成的复合传输线(Transmission Line)，该传输线实现了左手介质的特性。

随后利用该新型的左右手复合传输线实现了一些新型的微波器件【2l-23】如：方向耦合器，微波天线。

目前基于LC网络的负折射结构的研究已经在理论上和实验上得到了证明，例如验证了支持反向波、负折射、平板结构的成像效果、以及次波长成像的性质等。

这种新型左手介质结构与SRR结构的负折射结构相比，具有单元尺寸小，集成度高等优点。

由于左手介质的独特性能，以及LC网络的负折射结构实现的简易性，因而利用左手介质实现具有独特性能的微波器件，成为当前左手介质应用研究的热点。

图1．4 SRR结构的左手介质透镜
图1．5 L—C网络的左手介质平面传输线实现次波长成像
1．3本论文的安捧本研究报告主要是提出一些新型的具有左手介质特性的左右
手复合结构如
(L￡网络和平面微带线结构)，对它们进行了理论分析，并利用该新型的左手介质结构成功设计和制作出微波陷波器、微波功分器、微波滤波器等新型左手介质的微波器件。

本研究的主要安排如下：
》第一章，介绍左手介质的基本概念以及关于左手介质的国内外研究现状和研究热点。

》第二章，提出一种新型的L-C网络的左手介质，利用该新型的L-C网络设计了一种新型的微波陷波器，并对其性能进行分析，与传统的微波陷波器进行对比分析。

》第三章，提出一种新型的L-C网络左手介质结构，设计了基于该新型左手介质结构的微波功分器，并进行了仿真、制作和测试。

>第四章，分析了一种L-C网络左手介质结构，利用该结构实现了新型微波滤波器，最后进行TN作与测试分析。

>第五章，利用一种新型的具有左手介质性质的平面微带线结构设计新型微波滤波器，进行仿真设计和制作、测试。

1．4结论
由于微波频段的左手介质易于制作和实现，而且利用左手介质实现的微波器件，它的性能是利用传统右手材料无法获得的，等效的负折射介质LC网络电路可以有效减少传统微波器件的尺寸，拓宽频带，改善器件的性能，因此关于
左手材料的微波器件的研究成为当前的研究热点。

同时由于平面微带线的负折
射结构实现的简易性，对它的研究引起科研工作者的广泛关注。

本论文的研究
将采用类似的LC网络负折射结构和平面微带线结构进行实现新型微波器件的研究，以期获得性能优良的微波器件。

6
1．5参考文献
1．1．V．Veselago，The electrod yna mic s o f subs tan ces with simultaneously negative values of gand／u，SovietPhys．Usp．，10(4)：509—514，1968
2．J．B．Pendry．A．J．Holden,W．J．Stewart,and 1．Youngs,‘'Extremely low freq uen cy
plasmons in metallic mesostructures,”Phys．Rev．kn，76(25)：4773-4776，1996 3．J．B．Pendry，AJ．Holden，D．J．Robbins，WJ．Stewart,“Magnetism from conduct or s
and en hance d n onlin ear phenomena,”IEEE Trans．Microwave Theory殆以．47(11)：2075-2084，1999
4．D．R．Smith．、矾Ilie J．Padilla,D．C．Vier,S．C．N．Nusser,and S．Sehultz,
‘'Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity,”Phys．Rev．Lett．，84,4184,2000
5．IL Shel by,D．Sm ith,S．S ehul tz,"Exp erim enta l verification of a negative index of 心细cli∞．”Science，292(5514)：77-79，2001
observations of a le俳h ande d 6．A．A．Houck,J．B．Brock,I．L．Chuang‘'Experimental
material that obeys Snell’S law,”Phys．Rev．厶如90：137401，2003 7．J．Pacheco，Jr．，T．M．Grzegorczyk,B．LWu,Y．Zhang,and J．A．Kong,“Power
left-handed media,”
prop aga ti on in hom og ene ous isotropic frequency-dispersive
Phys．冠m Lett．，89：257401，2002
8．S．T．Chui．L．B．Hu,‘'Theoretical investigation o n the possibility of pre par ing left-handed materials in metallic mag netic granular composites,"Phys．Rel'．B．．65：144407’2002
9．C．R Simovski,S．He，“Frequency range and explicit expressions for negative permittivity and permeability for an isoa'opic medium formed by a laRice of perfectly c ond uc tin g Q particles，”Phys．Lett．A，311：254-263，2003
lO．H．S．Che n,L．X．Ran，J．T．H uan gfu,X．M．Z han g,a nd K．S．C hert，“LeR—han ded materials composed of only S-shaped resonators,”Phys．Rev．E 70：057605，2004
11．J．B．Pendry,‘‘A chiml route to negative refraction，”Science，306(5700)：1353-1355，2004
12．H．S．Chert,L．X．Ran,J．T．H uangfu．X．M．Zhang,and K．S．Chen,"Negative refraction of a co m bi n ed double S-shaped met amateri al，”Appl．P hys．Le tt．，86：151909，2005
13．The News and Editorial S taf fs，"Bre akt hro ugh o f the Year：8 About-face,"
7
Sc／ence,302(5653)：2039-2045，2003
14．Z．M．Z hang,CJ．Fu,"Un usual photon tunneling in the presenc e of layer with a negative refractive index,”Appl．Phys．Left．，80，1097,2002
15．N．Engheta,“An idea for thin subwavelength cavity reso nato rs usin g met ama te ria ls with negative permittivity an d p erm eab ility，”IE EE Antennas Wireless Propagat．Lett．，l(1)：10-13，2002
16．J．Gerardin,A．Lakhtakia,"Negative index of refraction and distributed b ragger reflectors,”Microwave andoptical Techn01．Lett．，34，409，2002 17．J．B．Pendry,"Negative refraction m ake s a perfect lens，”Phys．Rev．Lea,8508)，3966-3969,2000
18．A．Grbic,G．V．Elefiheriades,"Periodic analysis of a 2-D negative refractive i nde x transmission line structure，”IEEE Transion A ntennas and Propagation,51(10)：2604—2611．2003
19．G．V．Elefiheriades，O．Siddiqui，A．K．Iyer,‘'Tran smission line mo dels for negative refractive index media and associated imp lemen tati ons w itho ut e x c e s s resonators，”IEEEMicrowave Wireless Co mp or t Left．，13(2)：51-53，2003 20．A．Gr bic，G．V．E lef ihe da des,"O ver com ing the diffraction limit with a planar left-handed transmission-line lens,"Pyhs．Rev．Lett,92，l17403，20|04
21．C．Caloz,A．Sanada,T．Itoh．‘‘A novel composite right／lefthandeA coupled-line directional coupler with arbitrary c oup lin g level and broad bandwidth,”IEEE Trans．Microwave Theory死以，52(3)：980-992，2004
22．L LilL M．DeVincentis,C．Caloz,T．1toh,"Arbitrary dual-band components using composite right／leR-handed transmission lines,”IEEE Trans．Microwave Theory Tech．，52(4)：1142一l 149．2004
23．23．A．Lai，C．Caloz,T．Itoh，‘‘Composite right／leR-handed transmission line
Macrowave magazine，9：34-50，2004
met ama te ria ls,”IE EE
8
第二章左手介质的微波陷波器
2．1引言
微波陷波器是一种重要的去噪声器件，它广泛应用于有线电视、无线通信、卫星通信、雷达系统以及军事对抗中。

由于各种技术条件和传统介质的限制，已设计制作的微波陷波器在通带范围内有着大的损耗，很窄的带宽，阻带边缘的缓慢过渡等局限性[1-2]。

针对已有微波陷波器存在的缺陷，各种各样的改进设计方案被提出．最近提出的应用于微波陷波器的设计方案【3．6】如：三角谐振器式、电容电感式、微带线式，但是所有设计的这些微波陷波器性能依然欠佳，
陷波深度不够大，阻带边缘的过渡很差。

无法完全克服传统介质设计微波陷波器存在的必然缺陷，因此有必要设计一种新型的微波陷波器，提高器件的整体性能，以适应当前卫星通信和微波通信系统发展的需要。

在本研究中，提出一种新型的左右手复合结构，并利用该结构设计制作一种新型的基于复合左右手传输线(CRLH)的微波陷波器。

充分利用复合左右手传输线色散的自然禁带来限制波的传输特性来设计微波陷波器。

通过仿真分析，
结果表明该器件具有大的阻带，阻带的边缘十分的陡，而且在阻带的外部几乎没有损耗等特点。

同时该新型微波陷波器具有体积小、损耗低、匹配简单、便于制作等优点。

2．2左手介质微波陷波器设计
传统L-CI网络的复合左右手(CRLH)传输线单元结构如图1．(a)所示[7-1l】。

在本论文研究中，我们提出一种新型的复合左右手(cRLH)传输线单元结构如图1．(b)所示．利用该新型L-C网络结构单元设计了一种新型的微波陷波器，并对其性能进行了分析，同时还与利用传统L．cN络的复合左右手(CRLH)传输线单元结构设计的微波陷波器进行了对比。

为了与现有的同轴线标准阻抗匹配，在我们的设计过程中微波源和负载的阻抗均设为501"1。

9
图l传输线单元(a)传统CRLH传输线，(”提出的新型CRLH传输线
对于如图1．@所示新型的复合左右手(cRL田传输线单元，其传播常数可由下式进行计算分析
，=岱+妒=历?(1)
式中z’为单位长度阻抗，y’为单位长度导纳，均可由下式计算
Z ∽=
r ∽=空岵
对于无限尺度的利用图1．(b)的复合左右手(CRLH)传输线单元组成的结构，其色散关系可由下式近似分析触圳删再焉飘
式中
州咖刊怯，剥
文妫=
t矿⋯=ma】(壶，剖
从式(4)可知相位传播常数口可以是纯虚数或者纯实数(相对应于阻带)
10
这有赖于式(4)中的开方根是正值还是负值。

即使对于有限长度的复合左右手(cRLH)传输线组成的器件(我们设计的陷波器)，当所有的L七参数确定，通过式(4)和(5)，陷波器阻带的位置可以进行初略的估算。

对于无限且均匀的复合左右手(CRLH)传输线单元，其岛l参数可以由下式进行计算
最。

=-2r,：zo／【(1+z0墨。

Ⅺ+zok一(z0E：)2)】(6) 式中z0是微波源和负载的阻抗，其中导纳(Y)的传输矩阵为
y=瞪乏]L％％J∽～式中耻j(oJCL一毒，Y-2=-j(coCL一寺，驴J(峨一寺，和k叫c峨一去+高1·
优R
2．3左手介质微波陷波器制作及测试
在本研究设计中，微波陷波器的中心频率和3．dB带宽分别设定为900MHz 和20MHz。

通过式(5)(阻带的位置)和式(6)(为了获得阻带两边缘的陡降，在此设定岛I-1)，该新型微波陷波器的电感电容参数(k，厶，c上，cR) 取值可以求出．通过计算，我们分别获得Lc网络的电感电容参数值如下：
如=o．0192nH，上f1．988I|tH，CL--I．593nF，和c_蒯．0161pF．对于有限长度的复合左右手(CRLH)传输线单元的色散关系如图2所示。

从图中可以看出该新型微波陷波器的阻带从890 MI-Iz到910 MHz，带宽为20MHz．在实际的设计和应用过程中，复合左右手传输线单元的数量取值是有限的，但是式(6)是基于无限多个的复合左右手(CRLH)传输线单元的&l参数计算式。

因此，它不能直接被用于计算我们设计的基于有限个CRLH传输线单元的微波陷波器性能参数(S21)。

在本研究设计过程中，我们采用Agilent公司的Advanced Design System(ADs)软件进行仿真计算。

在实际的设计中，分别对由20，40和60个左右手传输线
单元构成的微波陷波器的性能进行了仿真分析，其结果如图3所示(单位dB)．从图3可以看出，&l衄线边缘的过渡十分的陡，随着左右手传输线单元数
量的(从
20 N60)增加，它的陷波深度(从19．2dB变化到68．1dB)，而且通带内的损耗非常小(小于0．045 dB)．本论文还研究对比了利用传统左右手传输线单元构成的微波陷波器和利用我们提出的新型左右手传输线单元构成的微波陷波器性能。

其中传统左右手传输线单元的参数取值如下∞≥1．988肛H，工j卸．0192nH，CL=0．0161pF，和C庐1．593nF)。

从图4可以看出利用传统左右手传输线单元构成的微波陷波器的通带在离开阻带边缘时，损耗非常大，但是利用我们提出的左右手传输线单元构成的微波陷波器的通带损耗非常小．可见，利用新型左手介质结构设计的微波陷波器性能比传统的微波陷波器性能有很大的提高。

图．2提出新型CRLH传输线的色散曲线
庐式
聊踟胁潞㈣姒。

图3新型微波陷波器仿真的岛I曲线
1．05
0．95
O．85
O．75
O．65
‰-0．鬟5
O．35
0．25
O．15
0．05
-0．05
图4在40个传输线单元下的基于传统CRLH传输线和基于新型的CRLH传输
线的微波陷波器岛l性能
2．4结论本研究中我们提出了一种新型复合左右手(CRLH)传输线单元结构。

利
用该
LC网络结构单元，设计了一种新型微波陷波器(不同于利用传统复合左右手(cPatH)传输线单元构造的微波陷波器)。

并进行了阻带从890到910MHz的新型微波陷波器的实例设计．从仿真结果可以看出，相对于传统的微波陷波器【见文献l，2】，该新型微波陷波器具有很多优点如：宽的阻带，十分陡峭的过渡，
以及低的制作成本。

设计的新型微波陷波器的通带内损耗远远小于用传统CRLH 传输线构造的微波陷波器的通带损耗．该新型的微波陷波器在未来的无线通信中将具有很好的应用前景。

2．5参考文献
1．Y．Horii。

M．TsuBumi，‘'Novel millimet er-wa ve notch filter based o n the dielectric r e s o n a t o r o n
the slotline,"Microwave conference 2000 Asia-Pacific,1222-1225，2000
2．J．X．Chen,Y．Wu，J．Hodiak,and P．K．L．№‘‘A novel digitally tunable microwave photonic notch filter using differential group delay module，IEEE Photonics Techn01．Lett．，15(2)：284-286,2003
3．E．H．W．Chart,R．A．Minasian,‘"Novel all-optical RF notch filters W．th equivalent negativetapresponse，”IEEEPhotoniesTechn01．Lett．，16(5)：1370-1372，2004 4．D．P as to r,J．Ca pm an y．an d B．Ort ega,“Bro ad·band tunable
mi c ro wa v e transversal notch filter based O i l tunable unif orm fiber Bragg gratings a s slic ing filters，”IEEE Ph oton ics T ech noL Lett．，13(7)：726-728，200l 5．W．N．Chen,M．H．Weng,I．T．Tang,C．Y．Hung,T．C．Cheng．and M．P．Houng, "Notch filters with novel mic mstfip triangle-type resonators，”IEEE tr ans act ion s onultrasonics,ferroelectrics,andfrequencycontrol5l(8)：1018—1021，2004 6．E．H．W．ChalL a nd＆A．M i n as ia n,"N ov e l all-optical RF notch filters wit h equivalent negative tap response,”IEEE Ph otonics Techn01．Lett．，16(5)：1370-1372．2004
7．S．Lira．C．Caloz,and T．Itoh,“A reflecto-directive sys tem using a composite right／left-handed(cRLH)leaky-wave antenna and h cte ro dyn e mixing,”1EEE Microwave Wireless Co mpo rt Lett．14(4)：183-185，2004
8．1．Lin,M．DeVineentis，C．Caloz,and T．1toh，"Arbitrary dual-band components using composite fight／left-handed transmission lines,”IEEE Trans．Microwave Theor y Tack，52(4)’1142一1149'2004
9．C．Caloz,A．Sanada,and T．1toh．‘‘A novel composite right／leflhandod coupled—line directional coupler with arbitrary coupling level and broad bandwidt h,”I EEE Trans．Microwave Theory Tech．．，52(3)'980-992，2004 lO．A．Lai,Caloz,C．．T．Itoh,"Composite fight／left-handed transmission line metamaterials,"1EEE
Macrowave m aga zin e，9’34-50'2004
11．C．C alo z an d T．1toh,‘‘A novel m ixed eo nven tion al mi cmst rip and composite right／left—handed backward-wave directional c oup le r with broadband and tight
coupling characteristics,”IEEE Microwave Wireless Comport Lett．14(1)：3
1-33，
2004
14。