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超材料(Metamaterials)因具有特殊的电磁特性，近年来在微波射频电路领域的应用受到了极大地关注。微带天线以其质量轻、体积小、剖面低、易集成、馈电灵活等特点，一直是学术界和工程界研究的热点。LTCC技术作为当前无源集成技术的主流方向，为高密度、系统级电子封装(SIP)提供了理想的平台。综合上述焦点，开展利用LTCC技术设计实现超材料并用于微带天线设计的研究，具有广泛的学术与应用价值。本论文重点研究基于LTCC超材料基板的微带天线，主要工作和成果如下：首先，对超材料和微带天线的基本理论进行了介绍，分析讨论了大磁导率超材料实现微带天线小型化，左手材料实现微带天线小型化，以及负磁导率超材料抑制天线表面波，实现高增益微带天线和微带天线阵同频耦合抑制的原理。其次，利用LTCC多层基板的优势，设计了易于制作的三维SRR结构，分别实现大磁导率磁谐振单元、左手材料单元和负磁导率单元。仿真设计了两款大磁导率(r在76.5GHz分别为4.8和7.5)小型化微带天线，天线贴片尺寸分别缩小到仅为原来的22.5%和25.1%；设计并制作了左手材料基板小型化微带天线，使半波长微带贴片尺寸缩小为0.28g；设计并制作了负磁导率基板高增益微带天线，该天线增益比传统天线提高了1.5dB；使用负磁导率材料实现微带天线阵同频耦合的抑制，实验结果表明两相邻微带天线间隔离度提高了15dB。最后，利用奇偶模分析法，对负磁导率超材料实现相邻微带线同频耦合抑制进行了原理分析。通过研究传输线的特性阻抗与相位常数表明，相邻微带线同频耦合抑制是源于：负磁导率超材料结构谐振引起偶模电长度的强色散，从而导致偶模激励耦合与奇模激励耦合的相互抵消。实验结果证实，通过加入负磁导率超材料结构，两相邻微带线间的耦合抑制最大可以提高20dB。