基于左手材料的高增益双频带微带天线-论文

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双频微带天线的研究

双频微带天线的研究一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，微带天线作为一种重要的天线形式，在无线通信、雷达、卫星通信等领域得到了广泛应用。

双频微带天线作为微带天线的一种特殊形式，具有能够在两个不同频段同时工作的特点，因此在多频段无线通信系统中具有重要的应用价值。

本文旨在深入研究双频微带天线的设计理论、性能优化及其在实际应用中的表现，为双频微带天线的进一步发展提供理论支持和实践指导。

本文首先回顾了微带天线的发展历程和研究现状，介绍了双频微带天线的基本原理和设计方法。

在此基础上，对双频微带天线的关键参数进行了详细分析，包括天线的尺寸、介质基板的选取、馈电方式等，并对影响天线性能的主要因素进行了讨论。

接着，本文提出了一种新型的双频微带天线设计方案，并对其进行了仿真分析和实验验证。

仿真结果表明，该设计方案在预定频段内具有良好的阻抗匹配和辐射性能。

本文还对双频微带天线在实际应用中的性能表现进行了评估，为其在无线通信系统中的应用提供了参考依据。

通过本文的研究，不仅能够加深对双频微带天线设计理论和性能优化的理解，还能为双频微带天线在实际应用中的推广提供有力支持。

本文的研究成果也为其他类型的多频段天线设计提供了有益的借鉴和参考。

二、双频微带天线的基本理论双频微带天线是近年来无线通信领域研究的热点之一，其基本理论主要基于电磁波的传播特性和天线的辐射原理。

微带天线是一种薄型、轻质、低剖面的天线，它利用微带线或同轴线等馈电方式，将电磁波辐射到空间中。

双频微带天线则是指能够在两个不同频段内同时工作的天线，这种天线具有多频带、小型化、集成化等优点，在无线通信、雷达、卫星通信等领域具有广泛的应用前景。

双频微带天线的基本理论主要包括天线辐射原理、谐振理论、阻抗匹配等。

天线辐射原理是天线工作的基础，它涉及到电磁波的传播和辐射。

微带天线通过微带线上的电场和磁场分布，将电磁波转化为空间中的辐射波。

双频微带天线则需要在两个不同频段内实现辐射，因此需要通过设计合适的天线结构和馈电方式来实现。

左手材料在天线中的运用研究进展

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。

含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线研究概要

含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线研究3杨锐谢拥军王鹏杨同敏(西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,西安710071(2006年11月21日收到;2007年1月29日收到修改稿将谐振腔引入微带结构,分析和设计了含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线.基于左手介质对右手介质的相位补偿效应,此新型微带天线的高度并没有因为双层基底而大为增加,反而有所降低.计算表明:在一些情况下,大幅度提高的带宽特性突破了传统微带天线的窄带局限,而在另一些情况下,所得到窄带微带天线能够在单频率点谐振鉴频.针对这一特性,将亚波长谐振腔微带天线应用于探测器中,显示了此新型微带天线在目标探测上的优势.关键词:微带天线,左手介质,谐振腔PACC :4110H3教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET 20420950资助的课题. E2mail:*************************.cn11引言本世纪以来,一种被称为左手介质的人工复合材料在许多学科领域内获得了广泛的青睐,对其研究也呈现迅速发展之势,而早在1968年,Veselag o[1]就从理论上分析了这种具有负介电常数和负磁导率的电介质材料的全新物理特性.这种介质因其波矢量、电场方向和磁场方向满足左手螺旋关系故而得名.在被提出后的30年里,左手介质这一具有颠覆性的概念却一直处于无人理睬的尴尬境地,直到Smith 等[2,3]第一次实际合成出这种自然界并不存在的介质,它的超常规电磁特性[4—18](如凋落波汇聚特性[15,16]、相位补偿效应[17,18]等,再次引发了人们的无限遐想.利用左手介质来提高常规器件电气性能和突破原有限制,将引起包括固体物理、材料科学、光学和应用电磁学等领域的重大变革.具体到微带天线的研究方面,由于左手介质的引入,其带宽窄、增益较低等缺陷得到了明显的改善[19—24].本课题组也对左手介质基底微带天线做出了系统的分析.研究表明,相应地改变左手介质基底的介电常数和磁导率,可以取得主瓣宽度窄且仰角低的新型辐射特性,从而有效改变传统微带天线辐射定向性差的不足[23,24].但是,现有文献多局限于在单层基底中部分[20,21]或完全[22—24]填充左手介质来提高和改善传统微带天线性能,对于含有左手介质多层基底微带天线的讨论并不多见.本文提出了含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线,将谐振腔引入微带结构.根据谐振方程,分析和设计了此新型微带天线.利用左手介质对右手介质的相位补偿效应有效地降低了天线高度.计算表明:在一些情况下,大幅度提高的带宽特性突破了传统微带天线的窄带局限,而在另一些情况下,所得到的窄带微带天线能够在单频率点谐振鉴频.针对这一特性,将亚波长谐振腔微带天线应用于探测器中,显示了此新型微带天线在目标探测上的优势.21理论分析2111含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线模型如图1所示,a 和b 表示矩形贴片的尺寸.图2给出了此亚波长谐振腔微带天线的模型.如图2所示,d 1和d 2分别定义了双层基底的高度;负的εr1,μr1和正的εr2,μr2代表了左手介质和右手介质的介第56卷第8期2007年8月100023290Π2007Π56(08Π4504205物理学报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol.56,N o.8,August ,2007ν2007Chin.Phys.S oc.电常数和磁导率.与传统微带天线不同,此新型微带天线中,矩形贴片、接地板和中间的两层介质构成了z 方向的一维谐振腔,电磁场相应地分布于上下两理想导体之间.因此,边缘散射场有了更加重要的意义,扮演着此新型微带天线工作中联系谐振腔内、外部电磁场的重要角色.图1矩形贴片尺寸图2含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线模型2121含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线的设计不同于传统微带天线的设计,对于此新型微带天线的分析,我们重点考虑其内部谐振腔的谐振方程[17]n 2μ2tan (n 1k 0d 1+n 1μ1tan (n 2k 0d 2=0,(1式中k 0表示空气中的波矢量,n 1和n 2分别代表了左手介质和右手介质的折射率.n 1=-εr1μr1,n 2=εr2μr2.电磁波在图2所示的相邻连续的左手介质和右手介质基板中传播,由于相位相反,左手介质会对右手介质进行相位补偿.所以,只要在相邻两介质层中相位变化的模值相等,电磁波在通过图2所示的双层基板后,相位变化将完全抵消.这使得由矩形贴片、接地板和左手介质、右手介质双层平板所组成的谐振腔系统其谐振方程(1不依赖于两介质层的各自厚度,而直接取决于它们的比值[17].所以,此双层基底谐振腔微带天线仍然可以保持在亚波长高度,甚至还可以大幅度降低.这对于将谐振腔引入传统微带天线是难以达到的,因为当天线基底单纯由右手介质组成时,满足谐振方程的最小高度为半波长.若满足n 1k 0d 1=-n 2k 0d 2,(2n 2μ2=n 1μ1,(3则谐振方程(1成立.而且,由于(2式等号两端的波矢量k 0被直接消去,谐振方程(1将与频率无关.这表明由矩形贴片、接地板和左手介质、右手介质双层平板所组成的谐振腔系统将在任何频率下都谐振,从而使得频率因素对于此新型微带天线性能的影响大为削弱.另一方面,如果所选参数满足谐振方程(1却不满足(2式,则天线内部谐振腔只能在固定频率点上谐振.若此频率点与微带天线工作频率重合,则此新型微带天线具有单频率点谐振鉴频特性.31数值结果3111宽带亚波长谐振腔双层基底微带天线若选择天线参数为a =0140cm ,b =3180cm ,εr1=μr1=-4100,εr2=μr2=0180,d 1=0125mm ,d 2=1125mm ,此时内部谐振腔系统将在任何频率下谐振.图3给出了此新型微带天线的回波损耗S 11.从图3可以看出,以3135GH z 为中心频率,小于-10dB 的相对带宽达到了21179%.这大大改善了传统微带天线通常小于5%的窄带宽局限.在3107和3161GH z 得到了两个谐振频率点,相应的回波损耗分别为-29195和-24162dB.图4给出了此新型微带天线工作在3107GH z 时的E 面(虚线内和H 面(实线内的方向图.从图4可以看出,所得到的方向图与传统微带天线类似.此天线的总高度d =1150mm 与工作在此频率下的传统单层微带天线相当,但这已经突破了传统谐振腔引入微带天线的半波长局限.实际上,基于左手介质的相位补偿效应,此天线的高度还可以降低.保持其他参数不变,令d 1=0110mm ,d 2=0150mm ,此时天线总高度d =50548期杨锐等:含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线研究图3当d 1=0125mm ,d2=1125mm 时,宽带亚波长谐振腔双层基底微带天线的回波损耗 a =0140cm ,b =3180cm ,εr1=μr1=-4100,εr2=μr2=0180图4宽带亚波长谐振腔双层基底微带天线的E 面和H 面方向图 a=0140cm ,b =3180cm ,εr1=μr1=-4100,εr2=μr2=0180,d 1=0125mm ,d 2=1125mm ,虚线内为E 面,实线内为H 面0160mm.图5给出了该天线的回波损耗S 11.如图5所示,小于-10dB 的带宽仍然很大,但相比于图3所示的天线已经减小.保持与图3所示天线基本不变的工作中心频率3136GH z ,该天线的相对带宽为9152%.这一结果再次证明了此亚波长谐振腔微带天线可以比传统微带天线大幅度提高带宽.但单一的降低基底厚度会缩减微带天线带宽这一规律仍然适用[25],并没有因为左手介质的引入而有所改变.3121窄带亚波长谐振腔双层基底微带天线若选择天线参数为a =0140cm ,b =3180cm ,εr1=μr1=-2180,εr2=3110,μr2=1100,d 1≈0141图5当d 1=0110mm ,d 2=0150mm 时,宽带亚波长谐振腔双层基底微带天线的回波损耗 a =0140cm ,b =3180cm ,εr1=μr1=-4100,εr2=μr2=0180mm ,d 2≈1109mm ,此时内部谐振腔将只在2140GH z 频率谐振.天线的高度d =1150mm 仍与在此工作频率下的传统微带天线相当.图6给出了该微带天线的回波损耗S 11.从图6可以看出,小于-10dB 的相对带宽为6167%,中心频率为2140GH z.值得注意的是,这一频率恰好与谐振腔的工作频率相等,也基本与天线的谐振频率2139GH z 一致,保证了此新型微带天线与其内部谐振腔同时工作,从而拥有单频率点谐振鉴频特性.图7给出了该新型微带天线在2140GH z 工作频率下的E 面(虚线内和H 面(实线内的方向图,可以看出其辐射特性仍然与传统微带天线类似.图6当d 1≈0141mm ,d 2≈1109mm 时,窄带亚波长谐振腔双层基底微带天线的回波损耗 a =0140cm ,b =3180cm ,εr1=μr1=-2180,εr2=3110,μr2=1100与宽带亚波长谐振腔双层基底微带天线类似,此窄带亚波长谐振腔双层基底微带天线的高度也可6054物理学报56卷图7窄带亚波长谐振腔双层基底微带天线的E面和H面方向图a=0140cm,b=3180cm,εr1=μr1=-2180,εr2=3110,μr2= 1100,d1≈0141mm,d2≈1109mm,虚线内为E面,实线内为H面以降低.保持其他参数不变,令d1≈01174mm,d2≈01486mm,此时内部谐振腔仍在2140GH z频率谐振.天线总高度d=0166mm(约为9130×10-3λ,其中λ=cfεr2μr2已大大降低,而且也小于传统微带天线通常大于0101λ的天线高度.图8给出了该微带天线的回波损耗S11.如图8所示,小于-10dB的相对带宽由于天线高度的降低有所减小,约为2191%.此天线的中心频率、谐振频率和谐振腔的工作频率也均为2140GH z,从而保证了此新型微带天线能够在单频率点谐振鉴频.对于目标探测器,由于探测目标所依赖的物理环境通常比较复杂,使得探测器中目标信息传感器(天线等所接收的回波信号难以鉴别.若将上述能够在单频率点谐振鉴频的新型微带天线应用于探测器中,则可大大提高探测灵敏度.首先,此天线的窄带宽特性,一方面虽然限制了天线的工作频率,但另图8当d1=01174mm,d2=01486mm时,窄带亚波长谐振腔双层基底微带天线的回波损耗a=0140cm,b=3180cm,εr1=μr1 =-2180,εr2=3110,μr2=1100一方面也使得只有少数频率的信号可以耦合进边缘场,从而初步限定了回波信号的频率范围.另外,应用天线内部谐振腔在单频率点的谐振鉴频特性,进行二次鉴频,更进一步确定了探测目标的信息,显示出了此天线在目标探测上的优势.41结论本文提出并讨论了含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线,将谐振腔引入微带结构.根据谐振方程,分析和设计了此新型微带天线.利用左手介质对右手介质的相位补偿效应有效地降低了天线高度.计算表明:在一些情况下,大幅度提高的带宽特性突破了传统微带天线的窄带局限,而在另一些情况下,所得到的窄带微带天线能够在单频率点谐振鉴频.针对这一特性,本文将亚波长谐振腔微带天线应用于探测器中,显示了此新型微带天线在目标探测上的优势.[1]Veselag o V p.10509[2]Smith D R,Padilla W J,Vier D C,Nemat2Nasser S C,Schultz S 2000Phys.Rew.Lett.844184[3]Shelby R A,Smith D R,Schultz S2001Science29277[4]K ong J A2000Prog.Electromagn.Res.351[5]Cui T J,Hao Z C,Y in X X,H ong W,K ong J A2004Phys.Lett.A323484[6]Zhang D K,Zhang Y W,He L,Li H Q,Chen H2005Acta Phys.Sin.54772(in Chinese[张东科、张冶文、赫丽、李宏强、陈鸿2005物理学报54772][7]Zhuang F,Shen J Q2005Acta Phys.Sin.54955(in Chinese[庄飞、沈建其2005物理学报54955][8]Zheng Q,Zhao X P,Fu Q H,Zhao Q,K ang L,Li M M2005Acta Phys.Sin.545683(in Chinese[郑晴、赵晓鹏、付全红、赵乾、康雷、李明明2005物理学报545683][9]M eng F Y,Wu Q,Wu J2006Acta Phys.Sin.552194(in70548期杨锐等:含有左手介质双层基底的亚波长谐振腔微带天线研究Chinese[孟繁义、吴群、吴健2006物理学报552194] [10]M eng F Y,Wu Q,Wu J2006Acta Phys.Sin.552200(inChinese[孟繁义、吴群、吴健2006物理学报552200] [11]Wu M F,M eng F Y,Wu Q,Wu J2006Acta Phys.Sin.555790(in Chinese[武明峰、孟繁义、吴群、吴健2006物理学报555790][12]Jiang T,Chen Y,Feng YJ2006Chin.Phys.151154[13]D ong Z G,Zhu S N,Liu H2006Chin.Phys.151772[14]Hu Y H,Fu X Q,W en S C,Su W H,Fan D Y2006Chin.Phys.152970[15]Pendry J B2000Phys.Rev.Lett.853966[16]Alu A,Engheta N2006IEEE Trans.Antennas Propag.54268[17]Engheta N2002IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.110[18]Li Y,Ran L X,Chen H S,Huang fu J T,Zhang X M,Chen K S,G rzeg orczyk T,K ong J A2005IEEE Trans.Microw.Theory Tech.501522[19]Burokur S N,Latrach M,T outain S2005IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.4183[20]M ahm oud S F2004IEEE Antennas Wireless Progagat.Lett.319[21]T retyakov S A,Ermutlu M2005IEEE Antennas Wireless Propag. Lett.4266[22]Wu B I,W ang W,Pacheco J,Chen X,G rzeg orczyk T,K ong J A 2005Prog.Electromagn.Res.51295[23]Y ang R,X ie Y,W ang P,Li L2006Appl.Phys.Lett.89 0604108[24]Y ang R,X ie Y,W ang P,Li L2006J.Electromagn.Waves Appl. 201221[25]G arg R,Bhartia P,Bahl I,Ittipiboon A2001Microstrip AntennaDesign Handbook(N orw ood:Artech H ouseSubwavelength cavity re sonator micro strip antenna s ba sed on left2 andright2handed metamaterial bilayered substrate s3Y ang Rui X ie Y ong2Jun W ang Peng Y ang T ong2M in(State K ey Laboratory o f Antennas and Microwave Technology,Xidian Univer sity,Xi′an710071,China(Received21N ovember2006;revised manuscript received29January2007AbstractBy introducing cavity resonators to m icrostrip structures,subwavelength cavity resonator m icrostrip antennas with left2and right2handed metamaterial bilayered substrates are proposed and investigated.Due to the phase com pensation,the total height of the antennas is reduced rather than increased.W ith certain sets of parameters,as a breakthrough to the restricted bandwidth of the conventional m icrostrip antennas,greatly broadened bandwidth can be achieved.Under other conditions,antennas with narrow bandwidth and resonant sensitivity can be realized.C orresponding applications for sensor use are proposed,and distinct advantages over the nonresonant electromagnetic wave sensors are dem onstrated.K eyw ords:m icrostrip antenna,left2handed metamaterials,cavity resonatorPACC:4110H3Project supported by the Program for the New Century Excellent T alents in University of M inistry of Education,China(G rant N o.NCET204209501E2mail:*************************.cn8054物理学报56卷。

左手结构材料在天线中的应用

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。

基于左手材料的高增益双频带微带天线

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 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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。

(整理)左手材料在天线中的应用研究进展

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。

《2024年基于电磁超材料的微带天线与MIMO天线性能改善研究》范文

《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飞速发展，天线作为无线通信系统中的关键部件，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、易于集成等优点，在无线通信领域得到了广泛应用。

然而，其带宽窄、效率低等问题也制约了其进一步的应用。

近年来，电磁超材料技术的发展为解决这些问题提供了新的思路。

本文将基于电磁超材料的微带天线与MIMO （多输入多输出）天线的性能改善进行研究。

二、电磁超材料的基本原理与应用电磁超材料是一种具有特殊电磁性能的人工复合材料，其基本原理是通过在微观尺度上对电磁波的传播进行控制，从而实现对电磁波的特殊效应。

在微带天线中应用电磁超材料，可以有效改善天线的带宽、增益、辐射效率等性能。

三、基于电磁超材料的微带天线性能改善研究针对微带天线带宽窄、效率低等问题，本文提出了一种基于电磁超材料的微带天线优化方案。

该方案通过在微带天线的基板中嵌入电磁超材料，利用其特殊的电磁性能，有效扩大了天线的带宽，提高了天线的辐射效率。

同时，该方案还通过优化天线的结构，进一步提高了天线的增益和抗干扰能力。

四、MIMO天线性能改善的电磁超材料应用研究MIMO技术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性能。

然而，MIMO天线系统中的天线间距、互耦等问题会影响其性能。

本文将电磁超材料应用于MIMO天线系统中，通过优化天线的布局和结构，有效降低了天线间的互耦，提高了MIMO系统的性能。

同时，该方案还通过利用电磁超材料的特殊性质，实现了对MIMO系统中不同天线间信号的独立控制，进一步提高了系统的性能。

五、实验与结果分析为了验证上述方案的可行性，本文进行了实验验证。

实验结果表明，基于电磁超材料的微带天线优化方案可以有效扩大天线的带宽，提高天线的辐射效率，同时提高天线的增益和抗干扰能力。

在MIMO天线系统中应用电磁超材料后，系统性能得到了显著提高，天线间的互耦得到了有效降低，信号的独立控制能力得到了增强。

基于左手材料(LHM)的天线设计理念详细介绍

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。

单环SRR型左手材料对微带天线增益提高的研究

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

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。

左手材料在天线中的运用

左手材料在无线通信领域的应用前景
总结词
详细描述
左手材料在无线通信领域具有广泛的应用前景，将为无线通信技术的发展带来革命性的变革。
左手材料的特殊电磁特性使其在无线通信领域具有广泛的应用价值，例如在提高无线通信设备的灵敏度、信号传输速度和抗干扰能
力等方面，都将发挥重要作用。
左手材料在雷达系统中的应用前景
左手材料的特性
这种材料具有负的折射率，对电磁波的传播方向与电场和磁场的方向都与常规右手材料相反。
左手材料的分类
根据左手材料的特性，可以将其分为活性左手材料和被动左手材料。
02
左手材料在天线设计中的优势
提高天线效率
左手材料的高电导率和磁导率可以减少电磁波在传播过程中的能量损失，提高电磁波的传输效率，从而提高天线的效率。
• 制造方法：目前常用的制造方法包括真空蒸发沉积、纳米压印、化学气相沉积等，但这些方法普遍存在效率低、成本高的问题。
• 尺寸控制：制造过程中对左手材料尺寸的控制也是一大挑战，尤其是对于纳米级别的材料。
• 解决策略：研究者们正在开发新的制造工艺，以提高加工效率并降低成本。例如，利用先进的纳米压印和化学气相沉积技术，可以更精确地控制材料的尺寸和形状。此外，通过引入新型设备，也能提高生产效率。
通过利用左手材料的特殊性质，可以将电磁波聚集在特定的方向上，提高天线的发射效率和接收灵敏度。
降低天线的雷达散射截面
左手材料可以改变电磁波的传播方向，使电磁波散射到各个方向，从而降低天线的雷达散射截面。
VS
降低天线的雷达散射截面可以减少被敌方雷达发现的可能性，提高天线的隐蔽性和生存能力。
03
THANK S感谢观看
左手材料的特殊性质可以改变电磁波的相位和振幅，使天线更加高效地发射和接收电磁波。

基于微带结构双左手频带左手材料的研究

。
则，传播的群速度和相速度方向相反，从而呈现出许
多反常的物理现象，如逆Ｄｐｌｒ移、逆Ｃｒｎｏｏｐｅ频ｅｅｋｖ辐射、逆Ｓｅ折射，完美透镜现象。ｎｌｌ
普通的混合左右手材料只有一个左手频带，文中研究的左手材料具有双左手频带，可以应用于制成双
无损耗传统传输线模型，可以用一个串联电感和
Ｋｅｗｏｄｃｍｐｓｔｉｈｌｆ— ａｄｄ；ｄａｅａｄｙｒｓｏｏｉｒｇｔｅｈｎｅｅ／ｔｕｌｌｆｂｎｓ；ｄｆｃｅｒｕｄｓｒｃｕｅｔｅｅｔｄｇｏｎｔｕｔｒｓ
左手材料（ｅ —ｈｎｅｔｍｔｉｌ，ＬＬｆａｄｄＭｅａｅａｓＨＭｓ是ｔａｒ）
频甚至四频器件。双左手频带左手材料的研究对左手
材料的发展以及器件性能的提高具有重要的意义。
图１左手传输线等效模型
ｚ『一一一一一一一一一一一一一一一一一一・
。Ｉ
１复合左右手材料的设计原理
一
的同时，不可避免地存在右手材料的寄生串联电感￡
和并联电容Ｃ的效应。因此用来表示左手材料更为一
种介电常数和磁导率同时为负数的人工周期材。电场分量、磁场分量与波矢量满足左手定
料
般的模型是混合左右手传输线模型，如图２所示

左手材料在天线中的运用研究进展(doc 12页)

左手材料在天线中的运用研究进展(doc 12页)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：221peff ωωε=-（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]:meta inout vac n sin sin n θθ=（2）在这里θout 为折射角，θin 为入射角。

一种新的基于左手材料的小型化RFID微带天线设计

一种新的基于左手材料的小型化RFID微带天线设计
李光福;金杰;刘青爽;孟庆斌
【期刊名称】《南开大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(046)003
【摘要】为满足射频识别(RFID)阅读器小型化的要求,提出一种新的基于左手材料的小型化微带贴片天线.贴片天线采用圆环结构,将地板开槽,形成左手材料特性的Ω型结构,对天线的特性参数进行仿真计算,仿真结果表明天线具有较好的回波损耗特性,尺寸比普通矩形贴片天线减小了90％,方向性也符合RFID技术对天线的要求,且该贴片天线结构简单,易于实现.
【总页数】4页(P89-92)
【作者】李光福;金杰;刘青爽;孟庆斌
【作者单位】天津大学电子信息工程学院,天津300072;天津大学电子信息工程学院,天津300072;天津大学电子信息工程学院,天津300072;天津大学电子信息工程学院,天津300072
【正文语种】中文
【中图分类】TN82
【相关文献】
1.基于左手材料的小型化差分微带天线 [J], 韩丽萍;赵亚娟;曲美君
2.一种应用于WLAN的左手材料微带天线设计 [J], 汪仲清;李宝;彭丽丹;欧芝香
3.一种基于LTE的新型小型化加载开槽微带贴片天线设计 [J], 张梅;刘基姣;冯立波
4.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
5.新型小型化双频RFID微带天线设计 [J], 南敬昌;吴炜圣
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基于复合左右手传输线结构的新型多频、小型化天线研究

基于复合左右手传输线结构的新型多频、小型化天线研究一、本文概述随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能对整体系统的传输效率和稳定性起着至关重要的作用。

近年来，多频、小型化天线因其能满足现代无线通信系统对频带宽度和集成度的高要求，逐渐成为天线研究领域的热点。

复合左右手传输线结构（Composite Right/Left-Handed, CRLH）作为一种新型的人工电磁媒质，具有独特的电磁特性，为实现多频、小型化天线提供了新的思路。

本文旨在研究基于复合左右手传输线结构的新型多频、小型化天线。

我们将对复合左右手传输线结构的基本原理和特性进行深入分析，探讨其在天线设计中的应用潜力。

通过理论分析和仿真实验，研究基于CRLH结构的多频、小型化天线的设计方法，分析不同参数对天线性能的影响。

在此基础上，提出一种新型的基于CRLH结构的多频、小型化天线设计方案，并对其性能进行仿真验证。

我们将通过实验测试验证所设计天线的性能，并与现有技术进行对比分析，评估其在实际应用中的优势。

本文的研究不仅有助于推动多频、小型化天线技术的发展，为现代无线通信系统的性能提升提供有力支持，同时也为复合左右手传输线结构在天线设计领域的应用拓展新的思路和方法。

二、复合左右手传输线结构（CRLH-TL）概述复合左右手传输线结构（Composite Right/Left-Handed Transmission Line，CRLH-TL）是一种人工设计的传输线结构，通过周期性地在传输线上加载集总元件（如电容、电感等），使得传输线同时展现出左手材料（Left-Handed Material，LHM）和右手材料（Right-Handed Material，RHM）的特性。

这种独特的结构为电磁波的传播提供了新的可能性，使得天线设计者在追求多频、小型化的目标上取得了显著的突破。

在CRLH-TL中，左手材料和右手材料的结合使得电磁波的传播常数β和相位常数k不再是单一的正值或负值，而是可以根据需要设计为正值、负值或零。

双频微带天线设计毕业论文.doc

双频微带天线设计毕业论文目录第一章绪论 (1)第一节课题分析 (1)一、课题来源及研究目的、意义 (1)二、国内外研究现状及分析 (1)第二节天线概述 (2)一、引言 (2)二、天线的分类 (3)三、天线辐射机理 (3)四、天线特性参数 (5)第二章微带天线的基本原理 (6)第一节微带天线概述 (6)一、微带天线的发展 (6)二、微带天线的定义和结构 (6)三、微带天线的优缺点 (7)四、微带天线辐射机理 (8)第二节微带天线的馈电方法 (10)一、微带线馈电 (10)二、同轴线馈电 (11)三、临近耦合馈电 (11)四、口径耦合馈电 (12)五、共面波导馈电 (12)六、不同馈电方法的比较 (12)第三节微带天线的分析法 (13)一、传输线模型法 (14)二、空腔模型理论 (17)第三章多频微带天线及仿真工具 (21)第一节多频微带贴片天线 (21)一、多片法 (21)二、单片多模法 (22)三、单片加载法 (22)第二节Momentum介绍 (23)一、ADS简介 (23)二、Momentum概述 (23)三、Momentum运行过程 (24)四、仿真实例 (25)第四章双频微带贴片天线的研究 (27)第一节双频微带贴片天线的介绍 (27)第二节双频微带贴片天线的结果分析 (29)一、天线S11参数 (29)二、天线方向图 (29)三、频带扩展 (30)第三节优化后的双频天线 (31)一、改成矩形贴片天线 (31)二、改变基板介质常数 (33)三、优化馈线长度 (34)四、优化矩形天线上贴片长度 (35)五、优化矩形天线上下贴片长度 (36)六、小结 (36)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录 (41)一、英文原文 (41)二、英文翻译 (50)第一章绪论第一节课题分析一、课题来源及研究目的、意义随着移动通信事业在全世界范围内的迅猛发展，移动电话越来越多地为人们的生活和工作提供了方便和快捷。