[发明专利]由集总元件和二极管构成的有源左手传输线

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，特别涉及一种利用集总元件和负微分电阻二极管构成的宽频带、小尺寸、结构简单、易匹配、易于电路集成的有源左手传输线。

背景技术

目前，基于谐振结构和对偶传输线是设计特异材料的两种基本方法。由电磁场理论的麦克斯韦方程和传输线理论的电报方程形式上的相似性可知：材料特性可由电磁特性参数(介电常数、磁导率、折射率和波阻抗)或者传输线参数(阻抗、导纳、传播常数、特性阻抗)完全等效地描述，并且可以相互转化。2000年Smith等人基于谐振结构制造出第一个特异材料(D RSmith，W J Padilla，D C Vier，S C Nemat-Nasser，and S Schultz，Composite medium withsimultaneously negative permeability and permittivity.Physical Review Letters，2000，vol.84，no.18，pp.4184-4187.)。2002年，Itoh(C Caloz and T Itoh，Application ofthe Transmission Line Theory of Left-Handed(LH1)Materials to the Realization ofa Microstrip LII Transmission Line.IEEE International Symposium on Antennas andPropagation Digest，San Antonio，USA，2002，pp.412-415.)，Oliner(A A Oliner，APlanar Negative-Refractive-Index Medium Without Resonant Elements.CNCIUSNC URSINational Radio Science Meeting，San Antonio，USA，2002，p.41.)和Eleftheriadis(AK Iyer and G V Eleftheriades，Negative Refractive Index Metamaterials Supporting 2-DWaves.IEEE International Symposium on Microwave Theory and Techniques Digest，Seattle，USA，2002，pp.1067-1070.)三个小组分别独立提出用传输线实现特异材料的新方法。这种基于传输线等效电路模型，利用对偶原理，在传统右手传输线上周期地加载串联电容和并联电感设计的左手传输线，相对于基于谐振结构的特异材料，具有平面化、频带宽、易于电路集成等优点，已在微波技术领域引起广泛关注。

特异材料的很多奇特的电磁性质，可运用于传统自然界材料难以实现的多种应用。然而，由于特异材料是由周期或者非周期排列的人工构造的次波长单元组合而成，其损耗的影响一直是个广泛关注的难题。Stockman在文献M I Stockman，Criterion for negative refractionwith low optical losses from a fundamental principle of causality.Physical ReviewLetters，2007，vol.98，pp.177404.和文献M I Stockman，Spaser action，losscompensation，and stability in plasmonic systems with gain.Physical Review Letters，2011，vol.106，pp.156802.中运用因果律证明了具有净增益的左手材料是无法实现的，在学术界引起了很大的争议。目前，能否实现具有净增益的有源特异材料，已经成为电磁场与微波技术和物理学领域争论的焦点之一。

发明内容

针对无源特异材料的损耗问题，本发明提供一种由集总元件和二极管构成的有源左手传输线。该有源左手传输线不仅具有宽频带、尺寸小、结构简单、易匹配、易于电路集成的特点，同时还具有净增益，即传输放大的特性，能够应用于天线、滤波器、功分器、移相器、定向耦合器、放大器、次波长谐振器、完美透镜等设计。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：