由于左手材料存在損耗大、帶寬窄的缺陷，所以科學(xué)家們又在尋求超材料除了負(fù)折射之外的其他特性。2005年超材料迎來(lái)了第二次革命，研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)梯度折射率媒質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)電磁波偏折，于2006年采用這種梯度超介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了電磁波隱形，同時(shí)利用電磁超介質(zhì)可以控制電磁波傳播方向。從那時(shí)起，超材料就不僅僅包括左手材料，它有了更廣泛的含義，它不一定非要介電常數(shù)小于零，也不一定要磁導(dǎo)率小于零。目前研究較多的幾種超材料包括：左手材料、復(fù)合左/右手傳輸線、光子晶體、隱形衣、電磁黑洞等。

三、超材料在天線中應(yīng)用

3.1、超介質(zhì)在高性能電小天線中的應(yīng)用

3.1.1、基于空間匹配原理的超介質(zhì)加載天線

通常，電小天線的輻射電阻很小、電抗很大，與源阻抗之間嚴(yán)重失配，天線的輻射效率很低。自2003年起R. W. Ziolkowski對(duì)基于超介質(zhì)加載的電小偶極子天線、環(huán)天線進(jìn)行了深入的研究分析，提出了空間匹配的概念。研究結(jié)果表明：在電小天線近場(chǎng)加載超介質(zhì)層（如圖4所示），通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，超介質(zhì)層可以在很大程度地抵消電小天線的電抗，從而提高天線的輻射效率，同時(shí)，在天線本體的激勵(lì)下，加載的超介質(zhì)結(jié)構(gòu)通過(guò)空間耦合成為天線的寄生輻射元，進(jìn)一步提高了天線的效率和增益。

圖4  超介質(zhì)加載的電小天線

基于超介質(zhì)加載的空間匹配原理可以簡(jiǎn)單地由圖5來(lái)說(shuō)明：以偶極子天線為例，天線與其近場(chǎng)區(qū)域（自由空間）組成的整體可看作是一個(gè)電小偶極子，等效為一電容；包裹在天線外面的超材料層（由左手材料或ε﹤0的單負(fù)材料ENG構(gòu)成）在天線的激勵(lì)下可認(rèn)為是另一個(gè)電偶極子，但由于該超材料層的介電常數(shù)為負(fù)值，其電抗呈感性而非容性，超材料層等效為一電感，因此，整個(gè)超介質(zhì)加載的電小天線系統(tǒng)等效為一個(gè)LC諧振器，這就相當(dāng)于在天線與空間之間增加了匹配網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到減小甚至抵消其電抗的作用，以提高天線輻射效率。

圖5  超介質(zhì)加載的空間匹配原理示意圖

貝爾實(shí)驗(yàn)室根據(jù)空間匹配的原理設(shè)計(jì)了超介質(zhì)加載的單極子天線（如圖6），將單極子的尺寸縮短至λ/50，輻射效率也達(dá)到了61%。

圖6  貝爾實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的超介質(zhì)加載單極子天線

3.1.2、近場(chǎng)諧振寄生電小天線（Near-field resonant parasitic antenna，簡(jiǎn)稱NFRP天線）

NFRP天線的設(shè)計(jì)實(shí)際上也是源自超介質(zhì)加載的空間匹配原理，不同的是NFRP天線不需要加載超介質(zhì)層覆蓋住整個(gè)輻射體，它只需要在天線的近場(chǎng)加載一些超介質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)精確設(shè)計(jì)超材料的結(jié)構(gòu)形式、尺寸及位置，同樣可以達(dá)到抵消天線電抗，使得天線阻抗與源阻抗匹配的作用。NFRP天線的等效模型及匹配原理如圖7所示。R. W. Ziolkowski等人設(shè)計(jì)的幾種NFRP天線如圖8~10所示。

圖7  NFRP天線的工作原理