新型左手傳輸線的設計及其特性研究.pdf

1、左手材料是介電常數(shù)和磁導率同時小于零的人工特異材料，它具有諸多不同于普通介質的非凡特性和潛在的應用前景，其設計與相應的特性研究是當前電磁場與微波領域研究的熱點課題之一。本文以左手材料在微波頻段的應用為背景，圍繞實現(xiàn)左手性能的各種結構來展開設計研究。左手結構最先是由周期性開口諧振環(huán)(SRR)和金屬短柱組合而實現(xiàn)的。因為SRR可以等效負磁導率，而金屬短柱可以等效為負介電常數(shù)。電磁波在雙負介質中傳播，具有左手特性。后來，在微帶線領域中提出雙負

2、介質的等效電路，即串聯(lián)電容和并聯(lián)電感也可等效出負介電常數(shù)和負磁導率，實現(xiàn)傳輸左手特性的電磁波。
　　本文針對上述兩種實現(xiàn)左手材料的方法，提出了一些新的左手材料的結構。根據(jù)前人利用平面蝕刻技術的經(jīng)驗，將立體的SRR轉變成傳輸線中平面矩形SRR和CSRR。同時用等效電路中的理論，把金屬短柱轉變?yōu)榻饘偻缀痛?lián)帶隙。這種轉變顯著地降低了加工的難度，但是一樣可以等效出負的介電常數(shù)和負的磁導率，并最終實現(xiàn)具有左手性能的傳輸線。所研究的結構是

3、將SRR與DGS結構進行組合，利用SRR等效負磁導率的特點，使新結構中除 DGS產(chǎn)生的阻帶之外又產(chǎn)生處一個新的阻帶。并且，由于SRR的加入使傳統(tǒng)結構中DGS縫隙對阻帶中心頻率的影響規(guī)律發(fā)生重大改變。利用交趾電容，縫隙電容，短柱電感等常見結構實現(xiàn)等效電路中的串聯(lián)電容和并聯(lián)電感，繼而設計出新的具有雙通帶的復合左/右手傳輸線。針對左/右手傳輸線一種特殊性質而設計。當左/右手傳輸線的左手通帶和右手通帶之間的禁帶閉合時，兩個通帶的連接點稱之為零級

4、諧振點，以零級諧振點為工作頻率的傳輸線，其物理長度可以不依賴于諧振頻率。
　　本研究創(chuàng)新點包括：⑴設計出結構簡單，易于加工的基于SRR和CSRR的雙通帶復合左/右手傳輸線。雖然結構簡化，但該傳輸線可以傳輸左手特性的電磁波。且因為產(chǎn)生兩個左手通帶的諧振結構物理尺寸差別較大，形成的通帶又分別位于高、低頻段，所以可以通過分別調節(jié)各自的諧振結構而改變通帶的工作頻率。⑵設計出SRR和DGS結構新的組合方式，該組合不僅可以產(chǎn)生兩個阻帶，且兩個

5、阻帶的中心頻率都會隨著 DGS的縫隙寬度的增大而減小，這一特點不僅與傳統(tǒng)的DGS結構規(guī)律相反，在其他類似的SRR和DGS組合結構中也沒有發(fā)現(xiàn)。⑶利用矩形貼片、金屬折線以及T形DSG之類的分布元件代替交趾電容，縫隙電容等傳統(tǒng)結構而設計出結構簡單的復合左/右手傳輸線。因為采用新的諧振結構，所以得到的左右手通帶帶寬較寬。這樣，該結構的雙左手通帶和雙右手通帶就實現(xiàn)了多通帶復合左/右手傳輸線。⑷利用螺旋電感來滿足平衡諧振條件，設計出結構簡單的具有