双左手频带CRLH传输线与左手滤波器的研究

摘要

左手材料(Left-Handed Metamaterials， LHMs)在自然界中并不存在，是一种介电常数和磁导率同时为负的人工复合结构材料，在其中传播的电磁波的相速度和群速度方向相反，从而表现出一系列反常的电磁特性，如负折射率特性、逆多普勒效应、逆切伦科夫辐射和完美透镜等。左手材料的发现被美国《科学杂志》评为2003年十大科技进展之一，是当前物理与电磁学领域的研究前沿和热点问题。普通复合左右手(Composite Right/LeftHanded， CRLH)材料只有一个左手频带，本文研究之一的左手材料具有双左手频带，可以应用于制成双频乃至四频器件。双左手频带左手材料的研究对左手材料的发展以及器件性能的提高都具有重要的意义。本文主要工作及贡献如下：
　　 (1)根据G.V.Ekeftheriades在2007年欧洲微波会议上提出的具有双左手频带左手材料的理论模型进行改进，设计了一种新型的双左手频带左手材料。该结构由四个部分组成，即交指结构、短路短截线、变形的短路短截线、T型DGS。采用两种方法分析该结构，通过两种方法得出的色散曲线的对比来验证该结构的双左手频带特性。方法一：用高频结构仿真软件HFSS分别该结构的四个组成部分进行仿真，结合各自的集总等效电路，提取出各自对应的等效电路参数；再结合整个结构的集总等效电路，通过将各组成部分对应的等效电路参数进行运算得到整个结构的等效电路参数，结合色散关系公式，得到色散曲线。方法二：对整个结构进行HFSS仿真，得到S参数，将S21的相位展开，并进行适当的变换，得到色散曲线。
　　 (2)根据开口谐振环(Split-Ring Resonator, SRR)和互补开口谐振环(Complementary Split-Ring Resonator, CSRR)的特性，分别设计了基于SRR和CSRR的带阻滤波器。根据HFSS仿真得出的S参数，分析得出它们均满足带阻滤波器的性能要求。通过分析上述带阻滤波器的等效电路，得出结论：对基于SRR的带阻滤波器，加载并联电感，而对基于CSRR的带阻滤波器，加载串联电容，就可以将上述带阻滤波器转换为带通滤波器。基于此结论，本设计中通过适当改变带阻滤波器的结构，研究其转换为带通滤波器的情况。