一、左手材料对天线性能的影响

    本文中，主要对近年来左手材料在天线领域中的应用进行小结，以便对下一步的深入研究工作打好基础。

    左手材料（Left-Handed Materials，LHM）是指一种介电常数和磁导率同时为负值的材料。电磁波在其中传播时，波矢量K，电场E和磁场H之间的关系符合左手螺旋关系，因此称为左手材料。相对而言，在左手材料的研究领域，又常常把常规的普通材料叫做右手材料（Right-Handed Materials，RHM）。

    近年来，随着人们对左手材料电磁特性的逐渐熟悉，关于其在微波、太赫兹波以及光波波段的应用研究越来越多。尤其是左手材料在各种微波元器件和天线中的应用成为近年来左手材料研究的热点领域，这种新型材料的的使用可以大大改善器件的性能，缩小其体积等。虽然目前左手材料的应用还处于理论和实验阶段，但其依然有着巨大的应用价值和潜力。

一、左手材料对天线性能的影响

1、SRR可以直接作为天线辐射单元
文献[5]设计了一款以SRR为辐射单元的RFID读写器天线。该天线采用共面波导馈电，具有较好的阻抗和辐射特性。文献[6]中设计、测试了一款负磁导率结构的电小环天线，它具有尺寸小、成本低、重量轻等优点，可用于RFID等无线通信领域。

2、左手材料加载到传统天线上
将左手材料加载到传统天线上，可以优化天线的性能，主要表现在：

（1）提高天线的增益和方向性
就微带天线而言，最常见的提高提高增益的方法就是使用天线阵。但是这种方法的缺点：一是各个单元之间的互耦影响天线的性能；二是馈电网络的设计往往难度很大。
Burokur等人研究了将左手材料放置在微带天线辐射面的上方^[7]，由于左手材料中可以集中电场，因而必然会提高天线增益。类似的应用在文献[8]中也有分析，文中给开口贴片天线加载开口谐振环形式的左手材料，如图1所示。这种设计可以加强天线在工作频率处的谐振强度，从而增大天线的辐射增益。

图1 开口谐振环形式贴片天线

（2）提高天线的带宽和阻抗匹配特性
将左手材料加载于微带天线上，经试验发现可以提高天线的带宽，改善阻抗匹配特性等。但目前关于这一方面理论分析的文章较少。

（3）提高天线的效率
利用左手材料对表面波的抑制来减少边缘散射，可以提高天线的辐射效率。Richard等人将负电导率的材料制作成半球形罩加载在通用的电小天线上，大大提高了电小天线的效率，可是其效率接近于1^[9]。

（4）降低谐振频率，减小天线尺寸
    R．Karimzadeh Baeel等人在研究14GHz下互补开口谐振环对微带贴片天线的影响，发现微带天线底板刻蚀互补开口谐振环可以大大降低天线的谐振频率，从而减小天线尺寸^[10]。另外，南京大学冯一军教授等人采用简化左手传输线结构设计了一款微带谐振天线，其尺寸比传统的半波长微带贴片天线减少了一半^[11]。
    总之，将左手材料引入天线设计有很大的发展前景，值得对其进行深入研究。

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二、左手材料在天线设计中的主要应用

1、左手材料应用于微带天线的设计

    微带天线以体积小，重量轻，易于加工等诸多优点，在通信等领域得到了广泛的应用。而为了验证左手材料对天线性能的影响，最简单的方法就是将左手材料加载于微带天线之上进行仿真、测试。这一方面发表的研究成果很多，但是具体针对某一类应用的研究却不多，比如加载左手材料的微带天线在移动通信、射频识别（RFID）、卫星通信等中的应用。所以本人认为，结合具体应用，在这一方面还有较大研究价值。下面以RFID读写器天线为例进行说明。

    RFID技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现非接触式信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的自动识别技术。RFID系统中的天线根据不同的功能和作用，可分为读写器天线和标签天线两种情况。当RFID系统工作于超高频（UHF）、微波频段时，其读写器天线常常采用圆极化的微带天线，标签天线多为偶极子天线及其变形结构。

    为了更好的利用有限的频率资源，各国划分了不同的频带供RFID使用，例如在UHF段，欧洲是866~869MHz，美洲是902~928MHz，中国是840~845MHz和920~925MHz，日本则是950~956MHz。总的来说，全球范围内超高频RFID的频率范围为840~956MHz，相对带宽达13%。

    由此可