左手材料是物理学和电磁学领域中一个新兴的研究热点,它具有许多异于通常媒质的特殊性质。对左手材料理论和应用的研究引起了国内外学术界的广泛关注。随着实验条件的改善,人们对这方面的实验研究越来越多。在研究左手材料领域的同时,经常会伴随着对介电常数为正而磁导率为负(MNG)或磁导率为正而介电常数为负(ENG)的单负材料的研究。左手材料可以通过多种人工介质结构来实现,其中左右手复合传输线(composite right/left-handed transmission line,CRLH TL)是实现左手材料一个方便而有效的方法。该传输线结构具有低损耗,宽频带以及特殊的相位响应等特性,这就为微波器件的发展提供了良好的前提条件。本论文主要研究由一维左右手复合传输线与附属谐振结构构成特异材料的传输性质。 本文第一章简单回顾了左手材料的特性、制备方法、研究进展及其应用。 本文第二章介绍了左右手复合传输线的基本理论,包括其特性参数、等效参数以及色散曲线等。 本文第三章研究左右手复合传输线中的单负带隙和布拉格带隙。研究发现在CRLH TL的总长度及单元个数不变的情况下,单负带隙与单元长度的有/无序性没有关系。同时单负带隙可以划分为ENG和MNG两种带隙,这取决于加载集总元件的大小。当CRLH TL中的每个单元长度的大小随机取值时,发现第一个带隙(单负带隙)基本上保持不变,而第二个带隙随着无序度的增大而趋于消失,因此该带隙为布拉格带隙。经过合理设计观察单负带隙(ENG或MNG)与布拉格带隙重合时的隧穿特性来研究布拉格带隙的性质。研究发现当布拉格带隙与ENG带隙重叠时会发生隧穿,在分界面处对电磁波是透明的；而当布拉格带隙与MNG带隙重叠时不会出现隧穿。因此布拉格带隙可以等效为负有效磁导率带隙。同时又从电/磁等离子体结构与CRLH TL级联的情况,进一步研究布拉格带隙内隧穿特性。研究发现左右手复合传输线中的布拉格带隙始终等效为负有效磁导率带隙,与加载的集总元件的大小无关。 本文第四章研究了基于谐振结构的左右手复合传输线结构,与普通的左右手复合传输线不同的是该结构形成两个左手性通带。本章分别从等效参数、电磁场仿真、时域法以及方向图等角度论证了该谐振结构的传输线具有两个左手性通带这一特性。研究发现其有效参数是由串联的阻抗和并联的导纳决定。在其传输曲线形成的两个通带内其有效磁导率和有效介电常数同时为负；电磁场仿真以及时域法从相位的角度证明其中两个通带表现为左手性特性。同时在此结构的基础上,通过加载变容二极管制作了可控波束扫描天线,通过改变偏置电压而改变加载的变容二极管值的大小,进而改变该漏波天线的传播常数达到波束扫描的目的。在增益大于8dB条件下天线主波束方向在3.05GHz下实现从后向到前向的连续扫描,并且可达到大于90度的宽角度扫描。 本文第五章研究了基于开口谐振环耦合传输线的传输特性。研究发现开口谐振环与传输线耦合的带隙中,有的带隙是源于磁谐振机制,有的带隙是源于电谐振机制。在开口谐振环与传输线耦合带隙中,磁谐振产生的带隙主要是由开口谐振环谐振特性引起的,电谐振产生的带隙则主要是由开口谐振环与中间微带线之间的电耦合以及与地板之间的有效电容产生的。并通过加载变容二极管设计了可调谐带阻滤波器。本文又通过合理设计,使开口谐振环产生的负有效磁导率带隙以及左右手复合传输线产生的ENG带隙相重合,设计了带通滤波器。并且用时域测量方法可靠地证明了该结构的这一通带是左手性通带。