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随着全球信息化和科技化的高速发展，对无线通信系统的要求也越来越高。天线作为该系统中的重要部分，正朝着高增益、宽频段、多频带、小型化的方向不断发展。传统的微带天线因其损耗大、效率低等缺点限制了其在实际中的应用。而人工电磁材料的出现为提高天线性能开辟了一条新的途径，特别是具有双负特性的左手材料，因其奇异的电磁特性而成为研究的重点。 本文主要针对左手材料的实现和在微带天线中的应用进行了研究，首先根据电磁场理论和电路理论相结合的方法，对左手材料的实现原理进行了理论分析，并基于波浪和葫芦状结构设计了便于调谐、双负带宽较宽、尺寸较小的新型单面左手材料系列单元。然后针对移动通信的实际需要，设计了两款满足WiMAX应用的微带天线，将所设计的单元结构分别置于天线的覆盖层、辐射贴片周边，分析其对天线性能的影响。 本文主要研究工作概括为: 1.提出基于波浪结构的异形环左手系列单元。首先提出一种具有较强电磁响应的波浪结构，并将其作为左手结构单元关键的调谐部分，与圆弧线、金属棒组合形成伞状左手单元结构。该结构产生的谐振频率为6.60 GHz，双负频带宽度为350 MHz。接着通过增大等效电路模型中的等效电容来实现降频的方法，对上述圆弧结构进行了变形，可将谐振频点降低到3.60 GHz。最后在结构中加入新的电流回路，使其与原谐振频率相近，从而达到加强磁谐振强度和增加带宽的目的。仿真结果表明所得结构的反射系数最低可达-37.15 dB，双负绝对带宽增加37％，谐振频点也略向低频偏移。 2.提出基于葫芦状结构的多频左手材料系列单元。为满足无线通信中天线覆盖多个频段的需求，首先设计了一个方便调谐、具有较宽负等效介电常数频带的单频“串”字型左手材料单元。利用在较强电响应基础上引入新的磁响应从而产生两个双负特性的思路，同时通过增加等效电容实现降频对上述单元结构进行改进。所得葫芦状结构可在4.40 GHz和5.60 GHz处形成两个明显的透射峰，说明该结构能很好地在附近产生两个双负频段。最后采用上面提及的加宽技术使变形结构产生两个相对较宽的双负频段:3.00-3.13 GHz、4.78-5.21 GHz，绝对带宽分别为:130 MHz和490 MHz。 3.针对左手材料在微带天线领域应用的问题，本文将主要设计的基于波浪结构的“申”字型左手材料分别加载到工作频点为WiMAX(3.5 GHz)的微带天线的覆盖层、辐射贴片周边，以此探讨左手材料的加载对微带天线性能的影响。研究发现该左手材料制成天线覆盖层，当与接地板的间距在半个波长附近时，才能较好地改善天线的性能。并且在矩形贴片天线中的使用较三角贴片天线来说可改善天线性能且更稳定。而周边加载左手材料的影响与其分布有关，不过都能汇聚利用倏逝波，吸收表面波，使微带天线的性能得到改善。