左手传输线是指介电常数和磁导率同时为负值的人工合成传输线。电磁波在其传播时,波矢量(?)、电场(?)和磁场(?)之间的关系符合左手定律。由于左手传输线在低频阶段具有很大的慢波系数,因此可以利用左手传输线设计出小型化的微波器件,但是关于左手传输线和左手耦合线的研究还处于探索阶段,尤其在左手传输线和左手耦合线的模态萃取方面。本论文主要提出了基于散射参数的左手传输线周期解和左手耦合线的周期解。其利用周期Bloch-Floquet边界,精确的计算出对称型左手耦合线和非对称型左手耦合线的复数传播常数,并将上述方法用Mathematica程序实现。首先本论文设计了不同的串联电容和并联电感,利用本论文提出的基于散射参数的左手传输线周期解和左手耦合线的周期解,分析不同个数周期结构的左手传输线和左手耦合线的色散特性曲线。当周期结构达到一定个数时,左手传输线和左手耦合线的色散特性曲线收敛。传统的基于集总参数等效电路模型的方法计算的色散曲线与本论文一个周期结构的周期解基本一致,但是此时的色散曲线还没有收敛。通过设计不同的串联电容,可以改变合成左手耦合线的耦合带宽;设计不同的并联电感,可以改变合成左手耦合线的前向耦合量。另外本论文还提出了合成非对称型左手耦合线的方法。利用标准的130 nm CMOS工艺对本论文提出的对称型左手耦合线和非对称型左手耦合线进行下线与测试。论文设计了三种不同类型的定向耦合器,第一种是右手/左手高指向性的定向耦合器,该耦合器在实现3-dB耦合度的同时能够实现38dB的隔离度;第二种是对称型左手10-dB前向耦合器,该耦合器的长度只有0.108λg,远远小于传统右手的前向耦合器的长度;第三种是非对称型左手3-dB前向耦合器,该前向耦合器由于是靠电感耦合,与对称型左手耦合器相比,更能减小耦合器的尺寸。第二种和第三种前向耦合器利用标准的CMOS 130 nm 1P8M工艺下线并进行测试。另外由于实验室太赫兹平台只能测量两端口的微波器件,因此论文还推导了利用两端口的矢量网络分析仪测量四端口微波器件的方法。最后本论文利用缺陷地结构的对称型左手耦合线设计了一个小型化天线,天线操作在差分激励左手耦合线的辐射频段,与传统的利用单根左手传输线制作的天线相比,该种天线具有更大的辐射效率和最大增益,天线的尺寸只有165μm′90μm。