假設該超介質的等效介電常數（ε=ε₀ε_r）或磁導率（μ=μ₀μ_r）趨于零，其折射率n₂也趨近為0 ，這種材料被稱為零折射率超材料（Zero – index metamarerial，簡稱ZIM）。當電磁波入射到ZIM與自由空間的分界面時，不論電磁波以何種入射角入射到ZIM上，在其出射面都能以趨近平行于法線的方向射入自由空間，將原本發散的電磁波整理成趨近于分界面法線的方向的近似平行波，起到能量匯聚的功能，如圖15 所示。在天線近區場時，并不能完全用反射和折射進行概括，同時可以認為電磁波的頻率與ZIM結構的等效等離子體頻率相近時，產生強烈的諧振，電磁場在結構上發生強烈的場耦合，此時ZIM可以耦合成為一個陣列輻射源，產生近似平行波的輻射。利用ZIM這一特性，將其覆蓋于天線陣列上方，可以有效地使電磁波匯聚，從而提高陣列天線的方向性和增益（如圖16所示），使其在同等增益下減少天線單元的個數，這對陣列天線的小型化有著十分重要的意義。

圖15  電磁波經過ZIM層產生能量匯聚示意圖

圖16 在天線上方覆蓋傳統右手材料與ZIM波束寬度對比

圖17 幾種具有零折射率的超介質結構

3.4、超材料在MIMO天線中的應用

在MIMO天線中引入超材料的主要是為了減小（甚至是消除）天線間的互耦影響。

Baccarelli在理論上對基板的散射方程進行了數學分析，提出了以左手材料作為天線基板抑制表面波TE模、TM 模的條件。他指出將左手材料作為天線基板可以減少天線的邊緣散射，提高天線的輻射效率；而將左手材料與右手材料復合作為天線基板，可抑制天線邊沿輻射，減少天線陣元間的干擾，同時提高天線方向性。采用超材料作為基板的微帶貼片天線如圖18所示。

圖18  采用超材料作為基板的MIMO天線

作者：馮彬 鄭思萍