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最近几年里,一种称为“左手介质材料”的人工复合型材料在物理学、材料科学、光学、应用电磁学等领域内获得越来越多的关注,它具有很多异于普通媒介的特殊性质(如负的介电常数,负的磁导率,负的折射率等),全世界工程界和学术界越来越深入的研究它的理论和工程应用。目前实现微波左手材料的结构主要有两种:规律阵列排列的金属棒(ROD)和开口谐振环(SRR)的有机组合以及平面型复合左右手传输线结构。本文主要研究平面型传输线结构。
本论文分析了左手传输线所具有的特殊性质,阐述了在微波波段下,当前人工复合左右手传输线结构的工作原理、设计思想和设计方法,并结合实际研究课题,详细地介绍了滤波器的设计理论、设计方法。根据复合左右手传输线的独特的电磁特性可改良传统微波器件的原理,以“分布参数电容电感元件”来实现CRLH-TL结构,做了以下研究工作:
第一,用微带线或者共面波导设计复合左右手传输线结构进行仿真验证研究,并利用他们设计微波器件,理解其与传统设计相比所具有的优缺点;
第二,设计了基于微带和共面波导耦合结构的双通带滤波器,其中共面波导由互藕开缝谐振环(CSRR)结构构成,这种设计使得加工时无需过孔,工艺简单,损耗降低;
第三,利用HFSS软件设计并优化了两款基于CRLH-TL的超宽带滤波器,其中一种设计中运用了金属-绝缘体-金属(MIM)耦合结构,使得参数更易调节,然后制作了实物并测试,将测试结果与仿真结果对比后分析产生误差的原因;
最后,使用自己提出来的CRLHTL新结构通过简单级联形成周期结构来设计了单通带UWB滤波器和不对称双通带滤波器,他们结构紧凑、尺寸较小、有较宽的带宽、通带内较平坦、带外有很好的抑制谐波的特性。并通过在零介谐振器周围开L型槽减小尺寸。