[發(fā)明專利]基于全相位范圍調節(jié)的石墨烯超表面

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• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN110120592A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發(fā)明（設計）人: 張晨;鄧力;李書芳;張貫京;葛新科;張紅治;劉建華
• 申請（專利權）人: 深圳市景程信息科技有限公司
• 主分類號: H01Q15/14
• 分類號: H01Q15/14;H01Q3/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種基于全相位范圍調節(jié)的石墨烯超表面，包括多個石墨烯貼片、介質板以及金屬地板，所述石墨烯貼片設置于所述介質板的上表面，所述介質板的下表面貼合于金屬地板的上表面，其中：所述基于全相位范圍調節(jié)的石墨烯超表面劃分為N*N個石墨烯反射單元，所述介質板劃分為N*N個介質板區(qū)塊，所述金屬地板劃分為N*N個金屬地板區(qū)塊；每個石墨烯反射單元包括一個最上層的石墨烯貼片、一個中間層的介質板區(qū)塊，以及一個底層的金屬地板區(qū)塊。本發(fā)明所述基于全相位范圍調節(jié)的石墨烯超表面通過利用石墨烯反射單元產(chǎn)生1?拓撲模式的石墨烯超表面，能夠準確的產(chǎn)生1?拓撲模式的軌道角動量(OAM)的渦旋波，提高了渦旋波的性能和控制精度，同時也能夠實現(xiàn)全相位調制。

技術領域

本發(fā)明涉及微波通信的技術領域，尤其涉及一種基于全相位范圍調節(jié)的石墨烯超表面。

背景技術

帶有軌道角動量(OAM)的渦旋電磁波具有螺旋相位特性，這種螺旋相位依賴于相位因子e^-jlφ，具有不同拓撲荷l(即不同的拓撲荷對應不同的拓撲模式，例如l＝1時對應1-拓撲模式)的渦旋電磁波相互正交獨立，利用這一特性使用不同拓撲荷的波束可以區(qū)分不同的信道，實現(xiàn)在同一頻帶同時傳輸多路信息，或將信息編碼為不同的渦旋模式進行傳輸。

關于如何產(chǎn)生渦旋波有不少方面的研究，多數(shù)研究集中在微波頻段，而隨著通信速率的逐漸提高，應用頻段也隨之逐漸提升到太赫茲頻段。而針對太赫茲頻段，由于石墨烯材料具有低損耗和高導電性的特點常被用來設計太赫茲器件。目前用來產(chǎn)生渦旋波的石墨烯超表面，通常是通過改變石墨烯貼片形狀或調節(jié)石墨烯化學勢，從而獲得不同反射相位的。但是這兩種方法通常都只能實現(xiàn)0°～300°的相位調節(jié)范圍，無法實現(xiàn)360°的全相位調節(jié)能力，這樣在組成超表面時，就會降低渦旋波的性能和控制精度。此外，也有少數(shù)研究能夠實現(xiàn)全相位調制，但使用的多層且復雜的結構，不便于集成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于全相位范圍調節(jié)的石墨烯超表面，旨在解決現(xiàn)有技術中石墨烯超表面無法實現(xiàn)0～360°全相位調控精確控制1-拓撲模式的軌道角動量(OAM)的渦旋波的技術問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于全相位范圍調節(jié)的石墨烯超表面，該石墨烯超表面包括多個石墨烯貼片、介質板以及金屬地板，所述石墨烯貼片設置于所述介質板的上表面，所述介質板的下表面貼合于金屬地板的上表面，其中：

所述基于全相位范圍調節(jié)的石墨烯超表面劃分為N*N個石墨烯反射單元，所述介質板劃分為N*N個介質板區(qū)塊，所述金屬地板劃分為N*N個金屬地板區(qū)塊；

每個石墨烯反射單元包括一個最上層的石墨烯貼片、一個中間層的介質板區(qū)塊，以及一個底層的金屬地板區(qū)塊，每個石墨烯貼片的中心點的平面坐標與貼合于該石墨烯貼片下方的介質板區(qū)塊的中心點的平面坐標重合，所述石墨烯貼片的長邊與三維空間坐標軸X軸的旋轉角度為θ，所述石墨烯超表面各個位置處的反射相位分布通過下式進行計算：

其中，Φ(x,y)為每個位置處的反射相位，為每個位置處的方位角，l為拓撲模式的取值，x和y分別為橫縱坐標位置。

優(yōu)選的，所述基于全相位范圍調節(jié)的石墨烯超表面的工作頻率為1.5THz。

優(yōu)選的，當所述石墨烯貼片在小于10THz頻率工作時，所述石墨烯貼片的帶內(nèi)電導率σ_intra由以下公式計算得出：

其中，j為虛部單位，e為單位電荷、k_B為波爾茲曼常數(shù)、是約化普朗克常數(shù)、T為溫度、Γ為石墨烯貼片的散射率、τ是弛豫時間、ω是角頻率、μ_c為化學勢。

優(yōu)選的，T為300K、化學勢μ_c＝0.64eV、弛豫時間τ＝14.6ps、石墨烯貼片的散射率為Γ＝1/(2τ)。