第二章 後設材料
2.4 人造傳輸線之應用
伴隨著CRLH 傳輸線之理論建立，諸多在微波領域上的應用也迅速地發展起來，目 前應用大致可分為三大類：導波(guided-wave)、輻射(radiated-wave)以及折射應用。
2.4.1 導波應用
在導波應用上，目前CRLH 傳輸線擁有眾多高度價值的特性，這些特性包括了雙頻 (dual-band)操作、增加頻寬、多層緊密結構(multilayer-architecture super-compactness)、
任意耦合強度(arbitrary coupling level)以及負或零階共振(negative/zeroth-order resonance) 等。
雙頻操作主要是利用CRLH 傳輸線中的傳播常數與頻率為非線性關係，經由妥善設 計L 、L C 、L L 、R C ，即可將 CRLH 傳輸線達到任意雙頻操作，別於一般右手傳輸線R 之固定高階模頻帶，適用於各式各樣的微波電路上，如分枝耦合器(branch line coupler)、
鼠競耦合器(rat-race coupler)、移相器(phase shifter)、維爾金森功率分波器(Wilkinson power divider)和混波器(mixer)等[9]。
增加頻寬則是將微波電路中的部分右手傳輸線用CRLH傳輸線取代，利用其之間的 相位差變化較為緩慢而達到寬頻。如圖2-7所示，圖(a)中為兩段不同長度右手傳輸線之 相位差變化，隨頻率作線性增加；而圖(b)為一段右手傳輸線與一段CRLH傳輸線之相位 差變化，於兩者相位斜率較接近之頻段內，相位差較為平坦，即不隨頻率作很明顯變化。
將其應用於微波電路中，如各類耦合器(coupler)、平衡至非平衡轉換器(balance to unbalance, balun)、移相器(phase shifter)等，可大幅增加其頻寬[10]。
diff PRH CRLH
(low-temperature cofired ceramics, LTCC)技術來製作，即可有效縮小電路尺寸。任意耦合強度的耦合線耦合器(coupled-line couplers, CLCS)主要是利用左手材料的 後向傳播特性，設計出不需對稱定向之耦合器[12]，藉此可改善傳統耦合線耦合器之頻 寬。此外，透過改變CRLH傳輸線中的單元個數或者耦合線的間隙可獲得任意耦合度，
甚至於最高可接近0dB，揮別過去低耦合量的困境，且與傳統的右手不對稱定向耦合器 相比，其電路尺寸大為減小。
至於負階或零階共振，在傳統右手傳輸線中，若將其一端開路或短路，將會產生駐 波(standing wave)而形成共振器。CRLH傳輸線也有相同特性，且因其相位常數包括零與 負值，故相較於右手傳輸線，CRLH傳輸線中擁有負階和零階共振點。零階共振的應用 很多，不但可以縮小電路面積，也可以利用無限大波長的特性做多埠分波器。
2.4.2 輻射與折射應用
最普遍的輻射應用即為天線，目前利用CRLH傳輸線特性而設計的天線大略有兩 類，分別為負或零階共振天線與洩漏波天線(leaky wave antenna)。
負或零階共振天線之原理如同前一小節所述，其為利用CRLH傳輸線獨有的負或零 階共振點來設計天線[13]。由於零階共振點處於相位常數為零時，故波長可視為無限大，
並無傳統共振型天線至少需要二分之一波長的限制，其共振頻率全由電路單元中的電容 和電感之數值決定，與天線尺寸無關，自然也達到天線縮小化效果。除了零階共振點可 以輻射外，其他正負階共振點當然也可作輻射應用，特別是一對共振點情況，例如正負 一階時，因為傳播常數之絕對值相等，即等效波長相等，所以會呈現出類似的場形分佈 與阻抗特性，可利用其特點設計雙頻天線。
洩漏波為行波(traveling-wave)沿著導波結構邊傳遞邊洩漏能量，洩漏波現象通常伴 隨著高指向性(high directivity)與波束隨頻率掃瞄(frequency-scanning)特性，其為本論文 第一部分之研究重點，詳細原理容後面章節作解說。運用CRLH傳輸線所構成的洩漏波 天線與傳統洩漏波天線相較之下有兩個主要優點：其一，傳統洩漏波天線需操作在高階 模(high-order mode)，而CRLH洩漏波天線則可操作於主模(dominant mode)，故在輻射效
率與饋入結構上都遠優於傳統洩漏天線。其二為掃瞄角度範圍，傳統洩漏波天線的波束 只能隨頻率作前向(forward)掃瞄，而CRLH洩漏波天線因其相位常數於左手區為負值，
故能作後向(backward)掃瞄，除此之外，當相位常數等於零且為平衡情況時，還擁有垂 向(broadside)輻射能力，大幅提升波束掃瞄性能。
除了前述兩大應用外，利用CRLH傳輸線的負折射性質也可能創造出許多應用，如 微波成像、極化偏振器和極化天線等，不過負折射應用需要較為複雜的二維或三維CRLH 傳輸線之網路結構，於實作上稍具難度。
最後，後設材料的特性相當豐富，光是其中的左手材料這塊領域的應用就已經是包 羅萬象了，目前所研究出來的成果相信也只是冰山一角，更多深具價值的設計與發明必 須仰賴各位學者繼續投入研究。