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1、基于左手材料提高微帶天線方向性探究 摘要：左手材料是介電常數(shù)和磁導(dǎo)率全為負(fù)值的新型人工合成電磁材料，在其中傳播電磁波的群速度與相速度方向相反。利用左手材料的平板透鏡聚焦特性，可以改善天線的輻射性能，提高天線的方向性。在此利用左手材料這一特性設(shè)計(jì)出基于左手材料的微帶天線。研究結(jié)果顯示，加載左手材料以后的微帶天線半功率束寬減小29°。驗(yàn)證了左手材料能夠提高天線方向性這一特性。關(guān)鍵詞：左手材料；微帶天線；半功率束寬；方向性中圖分類號：TN82?34文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004?373X（2013）23?0081?04Researchonthemetho
2、dtoimprovethedirectivityofmicrostripantennawithleft?handedmaterialsZHANGJia?kai，DINGJun（SchoolofElectronicsandInformation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China）Abstract：Left?handedmaterialisakindofnewsyntheticelectromagneticmaterialinwhichthe9permittivityandperme
3、abilityareallnegative，andthegroupvelocityofelectromagneticwavepropagationisagainstthephasevelocity.Theradiationperformanceandthedirectivityoftheantennacanbeimprovedbyusingtheslablensfocusingcharacteristicoftheleft?handedmaterial.Withthischaracteristic，amicrostripantennabasedonle
4、ft?handedmaterialsisdesigned.Theresearchresultsshowthatthebeamwidthofhalfpowercanbereducedby29°afteruploadingtheleft?handedmaterial.Thepropertythattheleft?handedmaterialscanimprovethedirectivityoftheantennawasproved.Keywords：left?handedmaterials；microstripantenna；halfpowerbeamwi
5、dth；directivity0引言左手材料（Left?handedMaterials，LHMs）也稱為后向傳播波媒質(zhì)（BackwardsMedia）、雙負(fù)媒質(zhì)（DoubleNegativeMedia）和負(fù)折射媒質(zhì)（NegativeIndex9Material），是一種介電常數(shù)與磁導(dǎo)率均為負(fù)值的電磁材料。自1999年Smith等人構(gòu)造出介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)的人造媒質(zhì)左手材料[1]以后，左手材料迅速成為固體物理、材料科學(xué)、光學(xué)和應(yīng)用電磁學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[2]。微帶天線是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的一種新型天線，因具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剖面低、饋
6、電方式靈活、成本低等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞[3]。但由于微帶天線所固有的增益低、阻抗頻帶窄等缺陷，限制了其廣泛應(yīng)用。左手結(jié)構(gòu)應(yīng)用到微帶天線設(shè)計(jì)中，能有效地提高天線的輻射性能。1左手材料概述左手材料的概念是相對經(jīng)典電動力學(xué)理論中的“右手材料”而言的。自然界中，物質(zhì)的介電常數(shù)[ε]和磁導(dǎo)率[μ]都是正值，當(dāng)電磁波穿越其中時(shí)，描述電磁波傳播特征的三個(gè)物理量電場方向[E]、磁場方向[H]和電磁波傳播方向[k]構(gòu)成與三維空間表呈一一對應(yīng)的右手螺旋關(guān)系，如圖1（a）所示，這就是人們所說的“右手法則”。而左手材料是一種[ε]和[μ]同時(shí)為負(fù)的新型人工材料，電磁波在其中傳播時(shí)
7、，電場強(qiáng)度[E]、磁場強(qiáng)度[H]與傳播方向[k]三者遵循左手螺旋法則[4]，如圖1（b）所示，因此它存在負(fù)折射效應(yīng)、逆多普勒效應(yīng)和完美透鏡效應(yīng)[5]等。平面波在均勻各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)：[ε=ε0εrμ=μ0μr]（1）對于均勻平面波，場的形式[6]為：[E（r）=E0e-jk?r]（2）[H（r）=H0e-jk?r]（3）9根據(jù)Maxwell方程組，有如下關(guān)系式[6]：[k×E0=ωμH0]（4）[k×H0=-ωμE0]（5）由上式可見，當(dāng)[ε]和[μ]同時(shí)大于零時(shí)，電場強(qiáng)度[E]、磁場強(qiáng)度[H]與傳播矢量[k]構(gòu)成右手螺旋關(guān)系，當(dāng)[ε]和[μ]同時(shí)
8、小于零時(shí)，三者遵循左手螺旋關(guān)系。圖1不同材料的[E]、[H]、[k]關(guān)系又因?yàn)镻oynting
