基于分形几何的复合左右手传输线研究

本项目拟从非线性数学中的分形几何学来探讨复合左右手传输线的理论、设计和应用等问题。首先研究分形几何在复合左手传输线中的应用，设计出具有小型化、多频带/宽频带等特性的复合左手传输线，在理论上进行分析；其次对所设计的基于分形几何的复合左右手传输线在微波工程中的应用展开研究，比如移相器、双/多工器、分支线耦合器、滤波器、天线、功分器等，由于所设计的分形复合左右手传输线具有小型化、多频带/宽频带等特性，因此，利用该种传输线设计的微波器件也会具有相应的特性。本项目采用理论与实物测试相结合的方法，将分形几何学应用于复合左右手传输线的设计中，建立其等效电路模型，对其在微波工程中的应用展开研究，为复合左右手传输线的研究开辟了新的途径，也拓宽了分形几何学的应用范围。

本项目深入分析了基于分形几何的复合左右手传输线(CRLH TL)理论和设计方法，探索了新型传输线的等效电路理论和工作机制，研究了其在微波器件和天线中的应用。（1）基于集总元件的一维分形CRLH TL设计及应用研究。提出了非谐振式一维分形CRLH TL的一般设计方法与准则，基于此对小型化、双频和宽频一维集总分形传输线展开了应用研究；提出了双CRLH TL宽带理论和频带展宽方法，基于该方法设计了小型化宽带巴伦。（2）基于分布谐振式一维分形CRLH TL设计及应用研究。建立了基于谐振式CRLH TL的电路参数提取方法；研究了分形迭代次数和迭代因子对电磁特性的影响；对基于逆开环谐振器和逆开口谐振单环的谐振式一维CRLH TL的小型化、双频、多频特性展开了应用研究；提出并建立了双并联支路等效电路的概念和理论，突破了传统CRLH TL的固有单并联支路模式，研究了几种实现结构并分别探索了其应用。（3）提出了分布非谐振式一维分形CRLH TL的设计思想及等效电路和电路参数提取方法。对其应用展开了研究；结合基片集成波导技术分别提出了新型一维分形CRLH TL和一维对偶CRLH TL结构，对其应用展开了研究。（4）基于分形几何的一维单负CRLH TL及其应用研究。研究了基于传输线的互补电谐振器和互补磁谐振器的负磁导率和负介电常数效应。提取了相关等效电路，拓展了电谐振器和磁谐振器的应用范围，深入分析了传输线电谐振器和磁谐振器的工作机理。（5）基于分形几何的二维、三维传输线设计及其应用。研究了二维蘑菇双层CRLH TL，提出了将分形蘑菇CRLH TL用于设计高极化纯度天线的思想。探索了基于Sierpinski分形的二维空间电磁耦合传输线，提出了谐振状态下的等效电路并采用传输线理论进行了分析。研究了其在三波段极化不敏感宽角传输线完美吸波器的应用。提出了紧凑型三维人工传输线单元结构的优化设计方法，实现了一种分形三维传输线结构并提出了其等效电路，基于此设计并制作了自由空间激励的三维透镜。（6）新型超结构单元设计及应用研究。提出了新型超结构单元，分析了其电磁特性，并研究了该超结构单元在微波工程中的应用。