新型左手傳輸線的設(shè)計及其特性研究.pdf

1、左手材料是介電常數(shù)和磁導(dǎo)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(zhì)的非凡特性和潛在的應(yīng)用前景，其設(shè)計與相應(yīng)的特性研究是當(dāng)前電磁場與微波領(lǐng)域研究的熱點課題之一。本文以左手材料在微波頻段的應(yīng)用為背景，圍繞實現(xiàn)左手性能的各種結(jié)構(gòu)來展開設(shè)計研究。左手結(jié)構(gòu)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(fù)磁導(dǎo)率，而金屬短柱可以等效為負(fù)介電常數(shù)。電磁波在雙負(fù)介質(zhì)中傳播，具有左手特性。后來，在微帶線領(lǐng)域中提出雙負(fù)

2、介質(zhì)的等效電路，即串聯(lián)電容和并聯(lián)電感也可等效出負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)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(jié)構(gòu)。根據(jù)前人利用平面蝕刻技術(shù)的經(jīng)驗，將立體的SRR轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變?yōu)榻饘偻缀痛?lián)帶隙。這種轉(zhuǎn)變顯著地降低了加工的難度，但是一樣可以等效出負(fù)的介電常數(shù)和負(fù)的磁導(dǎo)率，并最終實現(xiàn)具有左手性能的傳輸線。所研究的結(jié)構(gòu)是

3、將SRR與DGS結(jié)構(gòu)進行組合，利用SRR等效負(fù)磁導(dǎo)率的特點，使新結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)實現(xiàn)等效電路中的串聯(lián)電容和并聯(lián)電感，繼而設(shè)計出新的具有雙通帶的復(fù)合左/右手傳輸線。針對左/右手傳輸線一種特殊性質(zhì)而設(shè)計。當(dāng)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(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單，易于加工的基于SRR和CSRR的雙通帶復(fù)合左/右手傳輸線。雖然結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)各自的諧振結(jié)構(gòu)而改變通帶的工作頻率。⑵設(shè)計出SRR和DGS結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)規(guī)律相反，在其他類似的SRR和DGS組合結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)而設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單的復(fù)合左/右手傳輸線。因為采用新的諧振結(jié)構(gòu)，所以得到的左右手通帶帶寬較寬。這樣，該結(jié)構(gòu)的雙左手通帶和雙右手通帶就實現(xiàn)了多通帶復(fù)合左/右手傳輸線。⑷利用螺旋電感來滿足平衡諧振條件，設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單的具有