[發明專利]一種基于石墨烯材料的Fabry-Perot諧振高增益天線

在審

• 申請號: 201810092205.5
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN110098470A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 程巖;張躍平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q19/10;H01P7/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供了一種基于石墨烯材料的Fabry?Perot諧振高增益天線，可用于增強天線的增益，并且天線諧振頻率可以調節，可覆蓋頻段主要在太赫茲頻段。天線體積大小為500μm×500μm×50μm。所發明天線主要由矩形波導、金屬反射面、介質、單層石墨烯組成。該天線具有結構簡單、高增益、Fabry?Perot諧振腔工作頻率可調等優點。

技術領域

本發明涉及的是一種基于石墨烯材料的Fabry-Perot諧振高增益天線，具體是一種在矩形波導口上方添加石墨烯介質覆層，Fabry-Perot諧振腔工作頻率會隨石墨烯所加偏壓改變。

背景技術

石墨烯是有碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體，作為一種具有優異晶體品質和電子性質的二維材料，石墨烯表現出獨特的電子輸運、光學耦合、電磁學和其他新奇的性質。在太赫茲頻段天線領域，石墨烯表現出損耗較低，表面電導率隨外加電場和磁場可調等優點，有巨大的應用前景。在頻率小于10THz時，石墨烯的表面電導率為

其中為約化普朗克常量，T＝300K為室溫，k_B＝1.38×10^-23為玻爾茲曼常數，q＝1.6×10^-19C位為電子電荷量，ω為角頻率，μ_c為石墨烯化學勢，π＝3.14為圓周率。

關于Fabry-Perot諧振天線已經有人研究，通過對現有技術檢索發現期刊Journalof Electromagnetic Waves and Applications上發表的一篇關于Fabry-Perot諧振天線的文章：Ultra-low profile high-gain Fabry-Perot resonant antennas with Fishnetsuperstrate。文中介紹了一種工作在11GHz左右時高增益天線，文中天線類型為微帶天線，天線上方覆層采用了十字形金屬和介質共同構成的EBG結構。由于Fabry-Perot諧振結構需要滿足特性的相位條件，傳統的金屬介質覆層可以有效增加增益的頻率范圍比較窄。天線只能工作在特定的頻率點。

Fabry-Perot諧振腔由兩個相距為h的反射面1和反射面2組成，反射面1在下方，反射面2在上方。反射面1反射系數為φ1，反射面2反射系數為φ2。假設原天線方向圖為f(θ)，電場強度為E₀，則第n次透射波為：

φ是相鄰兩束投射波之間的相位差，是由電磁波多次反射與透射所導致，與兩個反射面反射相位和之間的距離h有關，

所有的透射電磁波相疊加為

為了滿足天線前向增益增加，即θ＝0°時增益變強，相位差φ應滿足：

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種石墨烯Fabry-Perot諧振高增益天線。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種石墨烯Fabry-Perot諧振高增益天線，其包括矩形波導、金屬反射面、介質和石墨烯層，所述石墨烯層和金屬反射面分別設置于介質的上表面和下表面，所述矩形波導設置于金屬反射面的下表面。

作為優選方案，所述矩形波導呈長方體型，矩形波導的下底面具有饋源端口。

作為優選方案，所述饋源端口連接有外部激勵。

作為優選方案，所述石墨烯層的材料為單層石墨烯，石墨烯的化學勢隨外加電壓改變而改變，石墨烯完全平鋪在介質上方，形狀與下方介質相同。

作為優選方案，所述介質呈長方體型，介質材料為二氧化硅，相對介電常數為3.8。