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基于左手材料理念的小型化天线研究毕业论文 目 录 第一章 绪 论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 国外左手材料发展历史 2 1.3 国内左手材料的发展现状 4 1.4 左手材料的应用及优势 5 1.4.1 天线覆层可提高天线定向性 5 1.4.2 减少手机辐射对人体伤害 5 1.4.3 隐身技术 5 1.4.4 屏蔽技术 5 1.4.5 小型化微波部件 6 1.5 论文结构 7 第二章 天线基础理论 9 2.1 方向函数 9 2.2 方向图 10 2.3 方向图参数 11 2.4 方向系数 12 2.5 天线效率 14 2.6 增益系数 15 2.7 极化方式 16 2.8 输入阻抗与辐射阻抗 16 2.9 频带宽度 17 第三章 左手材料理论及实现方式 19 3.1 左手材料基本理论 19 3.2 左手材料的性质 21 3.2.1电磁学性质 22 3.2.2 负折射现象 22 3.2.3 逆多普勒效应 23 3.2.4 完美成像 24 3.2.5 反常切伦柯夫辐射 24 3.2.6 反Goos-H?nchen位移 25 3.3 左手材料的人工实现 26 3.3.1 传输线结构左手材料的实现 26 3.3.2 金属谐振结构左手材料的实现 27 3.3.3两种方法的优缺点 28 3.4 左手传输线理论 28 3.4.1 纯左手传输线理论 28 3.4.2 左手材料实现天线小型化思想 30 第四章 左手材料实现天线小型化 33 4.1 等效左手材料——“蘑菇结构” 33 4.1.1 N=2时模型及结果 33 4.1.2 N=4时模型及结果 39 4.1.3 N=6时模型 46 4.2左手材料在增加带宽方面的应用 50 第五章 总结与展望 55 致谢 57 参考文献 59 第一章 绪 论 1.1 研究背景及意义 介电常数和磁导率是描述物质基本电磁性质的物理量，人们往往认为它们是正值，但实际上介电常数和磁导率都可以为负数。左手材料(Left-handed Materials，LHM)就是一种介电常数与磁导率同时为负值的电磁材料，最初由前苏联物理学家Veselago于1964年提出[]与常规介质(Right-handed Medium，RHM)中电场强度及磁场强度、波矢量置服从“右手定则不同，左手材料中它们服从“左手定则。 左手材料具有一些独特的电磁特性，如负折射效应、倏逝波放大、逆多普勒效应、逆切比科夫辐射、完美透镜和亚波长衍射等。利用上述特性，左手材料能够用于实现平板聚焦、天线波束汇聚，电磁隐身、完美透镜、超薄谐振器和天线小型化等，在军事和经济生活中有着广泛的应用价值。例如，为了实现通信系统的必威体育官网网址性、机动性、易携带性以及降低系统的复杂性等特性，要求设计的天线具有高方向性、小型化、高增益等，这些特性都可以通过左手材料实现，而且LHM电路板印制实现方式，对于天线共面、易于与PCB板集成等都非常有利，因此LHM对于通信系统和武器装备的发展将会起到巨大的推动作用；太赫兹频段的左手材料可能实现太赫兹电磁波成像，该技术在军事、医疗、反恐等领域的应用前景十分广阔，如新型雷达、导航、远距离武器探测、医学成像等，其应用价值不可估量；红外波段和可见光频段的左手材料也有着非常重要的应用，如生物安全成像和指纹识别、遥感、微型器件、超灵敏单分子探测器和医学诊断成像等。因此，深入研究左手材料的空间电磁响应行为将对左手材料的实际应用具有重要的意义 在常规介质微波分析和设计领域中，传输线方法是有效的分析工具之一。利用传输线方法来分析左手材料，可以使左手材料的应用变得更为直观、便捷，同时也为左手传输线设计提供了理论依据。左手材料传输线的实现形式是复合左／右手传输线(Composite Right／Left—Handed Transmission Line，CRLH TL)，CRLH特性是在某些频率范围内表现为“左手特性，具有左手材料电磁特性，而在频率范围内表现为“右手特性”。CRLH开创了一个全新的研究领域，是一种极有可能最先在实际中得到应用的左手材料。本文通过研究CRLH理论以及左手材料实现天线小型化的理论依据，采用CRLH结构设计了。1.2 国外左手材料发展历史 1968年，前苏联科学家Veselago VG发现介电常数ε和磁导率μ都为负值的物质的电磁学性质与常规材料不同，还指出当平面电磁波照射在这样的媒介时，会发生反常的折射现象，不过其在自然界中并不存在，因此他的研究只是停留在理论上。1996年Pendry提出了金属线周期结构，这种结构可使介质的介电常数为负。1999年，Pendry等人又用电介质体设计了一种具有磁响应的周期性结构实现了介质磁导率的负值，进而展现了负折射率材料存在的可能性，人们对