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作为构成左手材料的基本单元,开环谐振器(SRR)和互补开环谐振器(CSRR)及相关各种结构的谐振器的介电常数或磁导率为负,因此表现出奇特的电磁特性,是近年来的研究热点之一,被大量用于设计天线及微波器件(滤波器,频率选择表面,功率分配器,耦合器等)。大规模封装集成是系统发展的必然趋势,但许多无源器件,由于特殊的工作原理和性能要求,不能被完全地封装集成,故对其进行小型化成为急需解决的问题。本文用互补开环谐振器(CSRR)和互补螺旋谐振器(CSR)实现微波器件的小型化,本质上是通过加载CSRR和CSR得到强散射,使得信号的波长在特定的频率大幅减小,从而减小微波器件的尺寸。论文创新及有价值的工作主要包括三个方面:第一,研究了互补螺旋谐振器(CSR)结构,与CSRR相比,在同一频率下,CSR单元尺寸约是CSRR的单元尺寸的一半,具有更好的小型化效果。研究了CSR的等效电路模型,将其与开环谐振器SRR、螺旋谐振器SR、互补开环谐振器CSRR的等效电路进行对比,指出它们共性和差异。研究了基于CSR的人工传输线,指出其具有的通带及阻带特性,并结合等效电路模型和仿真方法对影响该特性的参数进行分析。第二,利用基于CSRR和CSR的左手传输线所具有的通带和慢波特性,用基于CSRR和CSR四分之一波长传输线,替换传统的四分之一波长传输线,以达到减小物理尺寸的目的。基于这一思想,设计了基于CSRR和CSR的wilkinson功率分配器,基于CSR的微带3dB定向耦合器和180度混合网络共四款微波器件,并分别制作了实物,测试结果与仿真结果吻合,验证了设计的正确性。基于CSRR和CSR的wilkinson功率分配器与传统设计相比,面积分别为原来的65%和27% ,基于CSR的定向耦合器和180度混合网络与传统设计相比,面积分别为原来的22%和32%,证明了CSR用于小型化的可行性。第三,研究了CSR级联的阻带特性,将其应用到低通滤波器的设计中,大幅抑制了阻带,得到良好的衰减特性,并在截止频率附近得到陡峭的响应曲线。设计了基于CSR/CSRR的SIW基片集成波导谐振腔,当CSR/CSRR的谐振频率低于SIW谐振腔通带下边频时,由于CSRR/CSR的谐振特性,在原来谐振腔的截止频带打开了一个新的频率可控的通带。