新型谐振式人工电磁介质的特性以及在天线设计中的应用(3)
近年来，随着短距离无线接入、无线局域网技术的发展，超宽带技术(Ultra-wide band , UWB) 成为目前通信领域的一个研究热点。2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC)通过决议[26]，规定了3.1GHz一10.6GHz作为超宽带系统的工作频谱范围，同时规定ＵＷＢ系统除了用于雷达、安全应用等领域外，还可以应用于车载雷达系统、数字通信与测量系统以及成像系统等商用、民用领域，这给超宽带通信技术带来了无穷的发展机会，引起了工业界、学术界的极大研究热情。除了上述超宽带的定义之外，还有两种比较通行的定义方式[27]，即规定系统相对带宽大于0.20时或者信号的绝对带宽大于等于500MHz时，这个系统可以称之为超宽带系统。超宽带技术具有许多目前窄带通信系统所不具备的优势，比如成本低、复杂性低、输入信号的能量密度很低、具有较高的时域分辨率 (time domain resolution)等[29]。随着超宽带系统的进一步发展，尤其是对于保密要求的提高，以及现代通信频谱的密集化分布，使得超宽带通信系统比较容易受到一些临近频段的干扰[28]，这些潜在的威胁使超宽带器件的设计除了要满足FCC提出的超宽的工作频段的要求外，还希望能够使天线、滤波器等器件根据具体环境滤除一个或若干个干扰波段的影响。因此在实际设计中，要根据情况考虑避免对某些频段的干扰，设计具有滤除特定干扰频段的超宽带器件(Frequency Notched devices) [28,29,30,31]。
基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)技术是日本学者H.Furuyama在1992年提出，综合了传统矩形波导和微带线优点，具有体积小、重量轻、便于利用微波集成电路(MIC)以及单片微波集成电路(MMIC)的方式进行集成和封装以及品质因数高和便于设计等优点，被广泛应用于滤波器、天线、振荡器等微波平面电路中，成为近年来研究的热点[32]。
1.2 本文的主要工作
由于metamaterial的主要构成单元SRR（split- ring resonators）具有很强的谐振性，而且双环SRR可以表现出两个谐振频率点，因此，本文着重从SRRs的高谐振性入手，将SRRs作为天线的辐射单元，用双环SRRs实现双频带贴片天线。
具体工作安排如下：
(1) 绪论。大概讲述了人工电磁介质（metamaterial）的发展历史及其研究的科学意义，介绍本文工作安排。
(2) 详细阐述人工电磁介质（metamaterial）的各种不同于一般材料的性质。
(3) 介绍组成人工电磁介质的各种谐振单元在微波器件和天线中的应用，并着重介绍了SRRs在双频带贴片天线中的应用。
(4) 给出用SRRs实现结构紧凑，高辐射效率的双频带天线的设计及仿真过程，并对各种图示进行了原理上的阐述。
(5) 结束语。给出了本文工作的结论以及有待进一步研究的部分。
2 人工电磁介质的性质
2.1 右手材料中电磁波的传播
为了便于比较，现结合《电动力学》课程的知识，首先给出常见的右手征介质中电磁波的传播性质。对于平面单色波，电场 为
(1)
另外，可以由 给出磁场 ，其中波矢 ， 为波速， 代表波传播方向。
(ⅰ)由横波条件 、 给出 ，即电磁波为TEM波。
(ⅱ)由 可知 ，且 沿 的方向； 三者的方向满足右手螺
旋关系，如图1所示。
(ⅲ) 与 同相位，大小成比例： 。
此外，由于 ， ，介质表现出色散性，不同频率的电磁波在同一种介质中传播时有快波、慢波之分。
对于平面波，因为 ，即 ，有能量密度 ，表明电场能量密度等于磁场能量密度，所以总能量密度为