文档介绍：空间电子技术

2010年第 1期 S PAC E ELEC TRON IC TECHNOLO GY 105
左手材料在微波电路中的应用
王书新 1, 2 阮成礼 1 刘海文 2
(1. 电子科技大学应用物理研究所,成都 610054;
2. 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室,成都 610209)
摘要左手材料是一种人工合成材料,由于自然界中材料不可避免的寄生右手的特性,所
以,在微波电路中,左手材料可演变成复合型左右手材料( composite right/ left hand transm ission line,
CRLH TL) 。左手材料由于可以实现负的介电常数ε和磁导率μ,因此,电磁波在传输中群速和相
速是反向的,左手材料已经得到物理界和工程界的巨大关注。目前,微波电路中的左手材料在理
论、数值计算和实验方面得到了清晰的证实,而且得到了广泛的应用。
关键词左手材料双负介质 Metamaterials 微波电路 CRLH
材料具有很高的理论研究价值和潜在的应用前景;
0 引言第四部分对左手材料的发展前景进行了展望。
左手材料是一种介电常数ε和磁导率μ都为负 1 基本理论
数的物质,所以它呈现出很多奇异特性。左手介质
中的电磁波的能量和相位是相反的,因此,利用左手图 1给出了右手传输线模型、左手传输线模型
材料可以实现对右手材料的相位补充技术。利用这及二者的复合形式。采用 LC等效电路的方式来分
种结构可以构成一种新颖的阵列天线馈电系统,它析左手材料。传输线的传播常数γ=α+ βj =
可以实现等幅同相馈电。利用左手材料可以大大减 Z ′Y′,这里 Z ′和 Y′分别为每个单元的阻抗和导
少各种微波器件的尺寸,例如天线、滤波器、耦合器纳,在复合型左右手传输线中,它们分别为:
等等。在有源电路设计中也可以利用左手材料,可 1
Z ′(ω) = j ωLR′-
使整个电路尺寸减少的同时提高电路的其他性能。ωCL′
左手材料还具有其他的新颖特性,例如用于吸波材 1
′(ω) ωC′- ( )
Y = j R ω 1
料设计、完美透镜的制作等等。 LL′
采用微波传输线的方式分析和设计左手材料是可以算得:
非常有效的方式,再加上右手特性的寄生关系,就变 2 1 LR′ CR′
β(ω) = s (ω) ω LR′CR′+ 2 - + (2)
成了一种复合型微波传输线。文章的结构做如下安ω LL′CL′ LL′ CL′
排:第一部分阐述左手结构的等效模型和基本理论; 其中:
第二部分列举 CRLH TL在各种微波电路中的应用; 1 1
- 1 当ω<ωΓ1 =m in ,
第三部分介绍 CRLH TL 存在的挑战; 目前,尽管 LR′CL′ LL′CR′
s(ω) = (3)
CRLH TL 应用尚存不足之处,作为新型材料,左手 1 1
+ 1 当ω>ωΓ2 =max ,
LR′CL′ LL′CR′
收稿日期: 2008 - 06 - 18; 修回日期: 2009 - 01 - 07
2
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世纪 60年代提出的[ 2 ] ,现在, CRLH 在各种器件中