基于石墨烯的太赫茲天線輻射性能研究.pdf

1、太赫茲相比于微波毫米波頻段具有獨(dú)特的性能，它給雷達(dá)、通信（寬帶通信）、電子對抗、電磁武器、天文學(xué)、安全檢查、無損檢測、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響。隨著通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，太赫茲天線越來越受到人們的關(guān)注。近幾年來，太赫茲天線的設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的天線縮小尺寸到新材料天線的出現(xiàn)有了很大的進(jìn)步。石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性能，在太赫茲頻段下的比金屬更具有優(yōu)勢。
　　本文研究了基于石墨烯的太赫茲天線的輻射特性，主要工作如下:
　　1、介紹了太

2、赫茲天線的研究現(xiàn)狀以及基于石墨烯太赫茲天線的研究進(jìn)展，闡述了天線的基礎(chǔ)知識(shí)和石墨烯的電導(dǎo)率模型。
　　2、設(shè)計(jì)了以石墨烯-銅復(fù)合層為輻射體的貼片天線及其陣列（包括天線的測試電極與饋線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)）。提出了兩種在工藝上容易實(shí)現(xiàn)的天線模型，仿真驗(yàn)證了以石墨烯-銅復(fù)合層為輻射體的貼片天線在太赫茲頻段下也具有比較高的增益系數(shù)。根據(jù)工藝要求擬定天線的加工方案，利用半導(dǎo)體工藝縫隙耦合貼片天線進(jìn)行加工。
　　3、研究了石墨烯對單個(gè)碟形天線的

3、開關(guān)作用及對陣列碟形天線的波束掃描作用。石墨烯的電導(dǎo)率隨其偏置電壓的變化可以從導(dǎo)體狀態(tài)變?yōu)榉菍?dǎo)體狀態(tài)，利用石墨烯作為碟形天線的接地板可以使偶極子天線的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變換。我們又將單個(gè)碟形天線組成陣列，仿真結(jié)果表明，陣列天線的方向性可以通過改變單元天線的開關(guān)狀態(tài)而發(fā)生顯著變化，從而實(shí)現(xiàn)波束可重構(gòu)功能。
　　4、提出了一種基于石墨烯AMC的新型可調(diào)諧太赫茲天線。加載在石墨烯偏置電場的改變會(huì)引起石墨烯周期性單元之間等效電容的變化，從而實(shí)現(xiàn)

4、對AMC諧振頻率的調(diào)控。我們把碟形天線放置在15×15個(gè)石墨烯正方形單元組成的周期性結(jié)構(gòu)上，可以發(fā)現(xiàn)天線的諧振頻率隨著加在石墨烯兩端的電壓的改變而達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的效果。這種調(diào)諧結(jié)構(gòu)可以使天線的帶寬高達(dá)75％，同時(shí)天線的增益也由于AMC接地板的零相位反射特性而顯著提高。在諧振頻率附近的頻點(diǎn)，天線的增益可以高達(dá)9dB。相比于其他調(diào)諧方式，石墨烯AMC可以有效地應(yīng)用于納米尺度的太赫茲器件設(shè)計(jì)中并且在工藝上容易實(shí)現(xiàn)。
　　5、提出了基于石墨