左手媒质(Left Handed Material,LHM)是一种介电常数和磁导率同时为负的人工电磁媒质,近年来受到国内外研究工作者的广泛关注。由于电磁波在该种媒质中传播时,电场、磁场和波矢量构成左手螺旋定则,故而得名“左手媒质”。左手媒质具有很多有异于普通自然材料的反常特性,如负折射特性、逆多普勒效应、完美棱境等,利用这些特性,可以制作基于左手媒质的高性能天线。本文运用FDTD方法,研究了不同左手媒质特性及其在微带天线中的应用。本文首先简要地介绍了左手媒质与微带天线的相关理论和研究方法,从与左手媒质关系密切的新型光子晶体微带天线入手,到新颖的开口谐振环(SRR)型、I型、逆开口谐振环(CSRR)型左手媒质微带天线,都作了详细的研究分析,同时对SRR,CSRR的等效LC电路和谐振激发机理作了分析说明,结果表明,本文所设计的左手媒质和光子晶体,对天线的性能具有提高作用,例如,可以增加天线的阻抗带宽、提高天线的辐射增益、改善天线的阻抗匹配和抑制天线的高次谐波等。作者的工作主要包括以下几个方面:(1)设计了基于钻孔型和交叉异质型的光子晶体微带天线。由于光子晶体的禁带效应,其中钻孔型微带天线基底中传播的表面波会受到抑制,介质基底能大幅度地反射天线基底中的能量,使其拥有较高增益;对于交叉介质型光子晶体微带天线,由于光子晶体禁带范围得到拓展,所以对应微带天线的工作带宽也更宽了,增益也得到提高。(2)根据传统左手媒质的构造方法,设计了基于SRR型的等效左手媒质微带天线,其中以接地板开槽嵌套周期SRR结构组成复合左手媒质,结果表明所设计的左手媒质对于天线小型化具有很大的作用,并且可以改善天线的阻抗匹配,扩展工作带宽;另外文章还分析了SRR结构尺寸对天线性能的影响,可由此规律适当调整尺寸来设计各频段的SRR型左手媒质。(3)设计了一种新颖的I型左手媒质微带天线,所设计的I型结构具有折射率n_i≈0的特性,这样天线辐射到基底中的电磁波就可以很好地折射到空气当中,使得微带天线的正向辐射得到增强,增益得到提高。(4)设计了一种基于矩形CSRR的微带天线。所设计的CSRR可以有效抑制天线谐波,CSRR由于在其谐振频率周围可以产生等效负介电常数效应,在该频段内电磁波将不能传输,而工作频率功率传输不受影响,从而可以改善天线的辐射效率。另外本文对矩形CSRR的阻带特性也进行了分析,结果表明矩形CSRR的阻带特性遵循一定的规律,并且符合电磁对偶性和互补性理论。