隨著雷達應用需求的不斷擴展,，作為關(guān)鍵部件的天線,，尤其是主流的有源相控陣天線的發(fā)展日新月異。為適應現(xiàn)代雷達的高設計指標要求,，新的解決方案,、設計理論、材料以及微波器件正不斷涌現(xiàn),，天線微波領(lǐng)域面臨著新的技術(shù)革命,。左手材料(kft-Handed Material，LHM)作為一種應用材料，可為天線微波領(lǐng)域提供更多的技術(shù)選擇,。LHM具有介電常數(shù)占與磁導率p同時為負值的電磁特性,，這與自然界中的大多數(shù)材料有著直接的差異。電磁波在該介質(zhì)中傳播時,，電場強度,、磁場強度與傳播矢量三者遵循左手螺旋定則，因此存在負折射效應,、逆多普勒效應,、逆切侖科夫輻射和理想透鏡等多種奇特物理現(xiàn)象。

2001年,，美國麻省理工學院的Smith等人根據(jù)Pendry的理論模型及設計思想,，首次制備出在微波波段同時具有負介電常數(shù)和負磁導率的材料，并通過實驗觀察了負折射現(xiàn)象舊1,。LHM由此引起了科學界的濃厚興趣,，對其基本理論和實驗的研究正不斷完善，其已成為近年來物理學和電磁學領(lǐng)域的研究熱點,。

1.左手材料(kft-Handed Material,，LHM)作為一種應用材料,，可為天線微波領(lǐng)域提供更多的技術(shù)選擇,。

LHM具有介電常數(shù)占與磁導率p同時為負值的電磁特性，這與自然界中的大多數(shù)材料(s與弘構(gòu)造的材料空間如圖1所示)有著直接的差異,。電磁波在該介質(zhì)中傳播時,，電場強度、磁場強度與傳播矢量三者遵循左手螺旋定則,，因此存在負折射效應,、逆多普勒效應、逆切侖科夫輻射和理想透鏡等多種奇特物理現(xiàn)象?,。2001年,，美國麻省理工學院的Smith等人根據(jù)Pendry的理論模型及設計思想，首次制備出在微波波段同時具有負介電常數(shù)和負磁導率的材料,，并通過實驗觀察到了負折射現(xiàn)象,。LHM由此引起了科學界的濃厚興趣，對其基本理論和實驗的研究正不斷完善,，其已成為近年來物理學和電磁學領(lǐng)域的研究熱點,。


圖 1.加載左手材料層貼片天線結(jié)構(gòu)

2.天線及陣列

復合左手結(jié)構(gòu)中存在4個頻帶區(qū)，分別為左手導波區(qū),、左手輻射區(qū),、右手輻射區(qū)和右手導波區(qū)，如圖3所示。當頻率位于左手輻射區(qū)和右手輻射區(qū)時,，垂直于該結(jié)構(gòu)平面方向的傳播常數(shù)k．變?yōu)閷崝?shù),，該方向有漏波或輻射產(chǎn)生，這與普通微帶天線的輻射機理類似,?；趶秃献笫謧鬏斁€的漏波天線同普通漏波天線相比的2個顯著優(yōu)點：(1)復合左手傳輸線的基本模式下包括了輻射頻帶和導波頻帶，因此該漏波天線可工作在基本模式上,；(2)在平衡復合左手傳輸線中β=0,，而群速Ug不為O，故此時復合左手漏波天線可以向?qū)崿F(xiàn)法向輻射(邊射),，控制頻率的大小即可使天線獲得前向至后向的連續(xù)掃描輻射,。


圖2.平衡和平衡結(jié)構(gòu)的復合左手傳輸線相移常數(shù)、折射率與頻率的關(guān)系

左手結(jié)構(gòu)應用到微帶天線的設計中,，還有其他特點：
(1)抑制微帶表面波效應,，減小天線的邊緣散射·，提高天線的輻射效率,；
(2)可利用左手材料的平板透鏡聚焦特性,，改善天線輻射性能，使天線的方向性更好,，輻射增益更大,。
(3)利用左手介質(zhì)的相位補償效應，可突破傳統(tǒng)微帶天線的半波長電尺寸的束縛,，使得小型化設計成為可能,。


圖3.合左手微帶天線的色散曲線

3.零相位陣列饋電網(wǎng)絡

左手傳輸線中電磁波傳輸?shù)娜核倥c相速反向，故沿傳播方向的電磁波相位將超前,。而傳統(tǒng)的右手傳輸線沿電磁波傳播方向相位是滯后的,。設計由左手傳輸線和右手傳輸線共同組成的傳輸結(jié)構(gòu)，通過控制左右手混合傳輸線中右手傳輸線和左手傳輸線的長度比,，即可獲得零相位延遲,，從而避免由于天線單元饋電處非零相位延遲所導致的波束偏移。若將左手傳輸線工作頻率設計位平衡復合左手單元的過渡頻率,。,，則在該頻率處相移常數(shù)p=0，故由該單元級聯(lián)得到的復合左手傳輸線上各處的相位延遲均為零,。由此可方便地設計出基于無限波長的同相串聯(lián)功率分配器,。也可利用集總元件設計有效的無相差傳輸線，但器件建模精度對性能產(chǎn)生直接影響,，其設計也較為復雜,。

4.寬帶巴侖

在復合左手傳輸線中,，其相頻特性曲線的斜率和零相位點均可進行調(diào)整。利用這一特點,，可以將普通微帶延遲線與復合左手傳輸線結(jié)合,，設計出具有較好的寬帶特性的微帶巴倫功分器。

左手材料在天線微波領(lǐng)域內(nèi)的應用已越來越廣泛,，如在平面波導中部分填充左手材料從而形成超級波導,，這種超級波導中傳輸?shù)哪芰勘绕胀ú▽е心軌騻鬏數(shù)哪芰恳蟪鲈S多利用有限尺寸的左手材料可將能量限制在一個小的范圍內(nèi)，其有望在窄帶濾波器的設計中得到應用,；將左手材料覆蓋在介質(zhì)周期結(jié)構(gòu)上對原有的頻率選擇特性的影響|,，故左手材料還可用在頻率選擇表面上。