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电磁超介质是一类具有超常物理性质的新型人工电磁材料,因其具有与传统电磁材料完全不同的电磁特性及其潜在的应用前景而备受关注。2003年,左手材料(电磁超介质之一)的发现被美国《Science》杂志评为世界十大科技突破之一。2006年,基于左手材料的二维圆柱隐身衣的实验研究也被《Science》杂志评为当年的十大科技进展之一。电磁超介质的出现开辟了崭新的研究领域,对未来通信、雷达、国防、微电子、医学成像等科技及社会发展将产生重要的影响。本论文以左手材料理论分析及新型天线的基本思想为基础,首先研究了左手材料的微波响应特性,然后着重研究了左手材料在天线技术中的应用。本论文的主要工作可以概括为：1.研究了左手材料及单负材料(介电常数或磁导率为负值)的空间电磁响应行为。直接引入了一种修正后的、适用于分析左手材料或单负材料的色散时域有限差分(finite-different time-domain, FDTD)方法,并将其应用于色散的、有耗的左手材料及单负材料中电磁波传播特性的分析,分别模拟了电磁波在左手材料和单负材料中的一维传播特性及其在二维左手材料平板中的“完美透镜”特性。2.研究并分析了左手材料单元结构的频率响应特性。借助商业软件仿真验证了Smith结构左手材料所呈现的特性。在研究左手材料频率响应特性的基础上,进行了两方面的研究工作：一是利用超级胞(Super-cells)结构来拓展磁导率为负值Smith结构的频带宽度,二是实现了多频段左手材料结构。3.基于复合左／右手传输线(composite right/left-handed transmission line, CRLH-TL)的后向波特性及漏波辐射原理,设计了一款新型的双波束扫描的漏波天线(leaky-wave antenna, LWA),此天线在两个频段(分别为左手频段和右手频段)都能实现从-600到+600空间范围内的波束扫描。4.研究了左手材料在谐振天线中的应用。基于左手材料奇特的谐振响应特性,从改善天线性能或减小天线尺寸入手,分别设计出了具有小尺寸的,宽频带紧凑型的零阶谐振(zeroth-order resonator, ZOR)天线或工作在多个模式下的谐振天线。