零折射率材料--具有特殊光学和电磁特性的材料
一些自然中无法获得的材料对天线设计产生了重大影响。这些材料通常由周期性结构设计，通常称为人造材料。在这些人造材料中，零折射率材料（ZIM）作为一类特殊的人造材料脱颖而出，具有有趣的波操纵特性。这些特性包括光子掺杂、超耦合、隐身、微积分等。
零折射率材料 （ZIM） 双零材料：超材料（MM）和光子晶体 （PC） 参考文献
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零折射率材料 （ZIM）
零折射率材料 （ZIM）可分为两组：单零材料 （SZM） 和双零材料 （DZM）。
上式可以看出对于 SZM，介电常数或磁导率等于或接近零。SZM 在天线设计领域产生了许多可能性。
在天线应用中，SZM 已被用于增强天线性能，例如高增益天线。然而，使用SZM 时遇到的挑战之一是 SZM 与周围介质之间的阻抗失配。
从上式可以看出，由于只有一个本构参数接近零，因此 SZM 的有效阻抗往往接近零或非常高的值。因此，SZM 和自然介电材料之间可能存在阻抗失配。
DZM 提供了一种解决阻抗失配的有效解决方案，因为它们的两个本构参数都接近零。
DZM 可以通过超材料 （MM） 或光子晶体 （PC） 来实现。
双零材料：超材料（MM）和光子晶体 （PC）
MM 和 PC 是两类不同的人造材料，尽管通常具有相似的结构元件和相似的几何形状。这是因为 MM 和 PC 通过不同的机制操纵 EM 波。
超材料与光子晶体的差异：
超材料和光子晶体在有效介电常数和磁导率的物理基础上是不同的。 超材料的有效介电常数和磁导率来源于有效介质理论，适用于单元胞尺寸远小于传播波长的情况。 光子晶体中波的叠加发生在背景介质中，单元胞尺寸可能不满足长波长极限，但有效介电常数和磁导率的概念仍然有效。 双零材料（DZMs）的实现：
对于超材料，可以通过在单个单元胞内排列电谐振器和磁谐振器来实现DZMs，但可能面临反谐振的挑战。 另一种方法是利用平衡复合右/左手（CRLH）传输线的过渡点。 对于光子晶体（EMNZPCs），实现DZMs的方法较少，通常需要使用高介电常数材料，但这些材料难以制造、成本高且重。 挑战与解决方案：
高介电常数材料的制造、成本和重量限制了EMNZPCs在工程应用中的实用性和吸引力。 提出了开发一种在低介电常数介电基板上实现EMNZPCs的方法，以使其更加易于获得和应用于工程实践中。这可能涉及使用商业印刷电路板（PCB）技术进行设计和制造。 理论支持：
超材料的有效介质理论在长波长极限内适用，但可以扩展到长波长极限之外。 光子晶体中有效介电常数和磁导率的概念源于散射波和入射波的叠加可以用一个基于多重散射理论的“连续介质”中的波方程来描述。 CRLH传输线的理论和机制已得到充分讨论，并且过渡点的阻抗可以通过洛必达法则明确表达。
[1] Q. Lou, J. Yin and Z. Ning Chen, "Effective Epsilon-Mu-Near-Zero Photonic Crystal With Low-Permittivity Substrate for Broadside-Beam Leaky Wave Antenna," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 12, pp. 9197-9207, Dec. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3472277.
