[發明專利]基于石墨烯的波束掃描反射天線陣列及波束掃描方法

在審

• 申請號: 201710938346.X
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107819202A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 姚遠;殷越;俞俊生
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H01Q1/48
• 分類號: H01Q1/48;H01Q3/46;H01Q15/14;H01Q21/06
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙)11413
• 代理人: 項京,馬敬

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別是涉及基于石墨烯的波束掃描反射天線陣列及波束掃描方法。

背景技術

波束掃描在無線和傳感系統(包括衛星通信和雷達)有著廣泛的應用。傳統的口徑天線，通過使用機械掃描實現自適應掃描，但其掃描速度受到機械電機轉動速率的限制，因而掃描速度慢。相控陣天線陣列允許以電子靈活性實時重新配置和掃描波束圖案，但是相控陣天線的饋電網絡復雜度高且能耗高，導致實施成本高。與上述天線相比，平面反射陣列天線具有波束掃描方便，輻射效率高等優點。

現有的平面反射陣列天線，反射單元為變容二極管、PIN二極管開關或MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微電子機械系統)開關等離散元件，通過改變單元諧振尺寸實現反射相位的改變，再通過合理的組陣規則，實現單元間的相位差動態可調，從而實現波束掃描。然而，隨著波束頻率的升高，離散元件的尺寸也需要相應減小，現有的平面反射陣列天線無法對頻率高(如太赫茲頻段)的波束進行掃描。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種基于石墨烯的波束掃描反射天線陣列及波束掃描方法，以實現對頻率高的波束進行掃描。具體技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種基于石墨烯的波束掃描反射天線陣列，所述反射天線陣列包括：

多個石墨烯反射塊(101)、介質基底層(102)及接地金屬板(103)；

每個所述石墨烯反射塊(101)包括多個石墨烯反射單元(1011)，所述石墨烯反射單元(1011)位于所述介質基底層(102)的上表面；同一所述石墨烯反射塊(101)中，相鄰的所述石墨烯反射單元(1011)間相互連接；多個所述石墨烯反射塊(101)之間鏈型連接為多條石墨烯反射塊鏈路；其中，所述石墨烯反射單元(1011)為微米級反射單元；

所述接地金屬板(103)位于所述介質基底層(102)的下表面。

可選的，所述反射天線陣列還包括：

多個電極(104)；

多個所述電極(104)包括正電極和負電極，其中，所述正電極的數量和與所述石墨烯反射塊鏈路的數量相同，所述正電極和所述負電極分別與所述石墨烯反射塊鏈路的兩端電連接。

可選的，每個所述正電極僅與一條所述石墨烯反射塊鏈路的一端電連接，所述石墨烯反射塊鏈路的另一端與所述負電極電連接。

可選的，所述正電極和所述負電極均為銅電極，厚度均為5微米。

可選的，所述介質基底層(102)由聚對苯二甲酸乙二醇酯材料制成，所述接地金屬板(103)為銅板。

可選的，所述介質基底層(102)的厚度為125微米，所述接地金屬板(103)的厚度為5微米。

可選的，所述石墨烯反射單元(1011)中心為石墨烯正方形結構，所述石墨烯正方形結構每條邊的中心連接一個石墨烯矩形拼接塊。

可選的，所述石墨烯正方形結構的邊長為50微米，所述石墨烯矩形拼接塊與所述石墨烯正方形結構連接的第一邊的邊長為10微米，與所述第一邊相鄰的第二邊的邊長為5微米。

第二方面，本發明實施例提供了一種波束掃描的方法，應用于上述第一方面任一種基于石墨烯的波束掃描反射天線陣列，所述方法包括：

獲取波束掃描的掃描角；

通過預設的相位差算法，確定所述掃描角對應的列相位差，其中，所述列相位差為相鄰石墨烯反射塊鏈路間的補償相位的相位差；

根據所述列相位差，確定每條所述石墨烯反射塊鏈路的補償相位；

獲取預設的第一映射關系，其中，所述第一映射關系為預先測得的所述石墨烯反射塊鏈路的饋電電壓與補償相位的映射關系；

根據每條所述石墨烯反射塊鏈路的補償相位，查找所述第一映射關系，確定每條所述石墨烯反射塊鏈路的饋電電壓，并為每條所述石墨烯反射塊鏈路添加相應的饋電電壓。

可選的，所述通過預設的相位差算法，確定所述掃描角對應的列相位差，包括：

根據計算偏轉反射波束角θ_r，其中，θ_r'為所述掃描角，a為所述石墨烯反射塊中除所述石墨烯反射單元外的面積，b為所述石墨烯反射塊中所述石墨烯反射單元的面積；

根據計算所述列相位差ΔΦ，其中，λ₀為反射波束的波長，d為相位補償距離。

可選的，在所述波束掃描的方法中使用的波束的頻率為1.095THz。