[發明專利]基于石墨烯貼片陣列結構的Fabry-Perot諧振天線

在審

• 申請號: 201810904491.0
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN109167159A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 徐琢奧;張躍平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q5/10;H01Q5/321;H01Q19/10;H01Q21/00;H01Q21/06
• 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的Fabry?Perot諧振天線，包括石墨烯層(1)、介質層(2)、反射面(3)以及波導(4)；所述反射面(3)設置在波導(4)一端，所述反射面(3)遠離波導(4)一側依次設置有介質層(2)和石墨烯層(1)；其中反射面(3)、介質層(2)以及石墨烯層(1)組成Fabry?Perot諧振腔，在石墨烯兩側施加外電場，可調節其表面電導率，滿足一定頻率范圍內的諧振條件，通過多次反射與透射，最終達到在邊射方向達到最大的方向性。本發明可覆蓋頻段主要在太赫茲頻段，具有結構簡單、體積小、高方向性、波束寬度小、Fabry?Perot諧振腔工作頻率可調等優點。

技術領域

本發明涉及Fabry-Perot諧振天線，具體地，涉及一種基于石墨烯貼片陣列結構的Fabry-Perot諧振天線，尤其涉及基于石墨烯貼片陣列結構的Fabry-Perot諧振高方向性天線。

背景技術

隨著通信技術的快速發展，電磁環境復雜性、多變性增加，作為通訊系統中電磁波收發設備的天線面臨著新的、多樣化的技術要求和挑戰。尤其對于遠距離通信，天線的增益和方向性的性能指標更是重中之重，因此相關領域的研究也逐漸引起了科研人員的重視。

要實現天線的高增益特性和高方向性特性，一個可行的辦法就是采用諧振腔結構。通過增加一個具有部分反射特性的反射板，使其與天線構成一個Fabry-Perot諧振腔，可以使得天線在不增加饋電網絡復雜性的情況下明顯提高天線的增益；通過調節天線諧振腔體高度控制諧振條件，實現信號的同相位疊加，可以有效提高天線的方向性，銳化波束寬度。與傳統高增益天線技術相比，Fabry-Perot諧振天線具有體積小、結構簡單、饋電網絡復雜性低等優點，其具體實現方式如下：

Fabry-Perot諧振腔由兩個相距為h的反射面a和反射面b組成，反射面a在下方，反射面b在上方。反射面a反射相位為φ₁，反射系數為Γ，透射系數為T，反射面b反射相位為φ₂，反射系數為1。假設原天線方向圖為D₀(θ)，電場強度為E₀，則第n次透射波為：

其中，j為虛數符號；θ為入射角度；

φ是相鄰兩束透射波之間的相位差，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：

其中λ為介質中的波長。

所有的透射電磁波相疊加信號E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：

現有的Fabry-Perot諧振天線通常采用金屬介質覆層，對于太赫茲頻段，由于金屬趨膚效應明顯，損耗較大，不利于天線性能的優化和提升。如專利文獻CN105071051A公開的一種改進型Fabry-Pérot諧振腔天線，又如期刊IEEE Access發表的文章：Wideband Fabry-Perot Resonator Antenna With Electrically Thin Dielectric Superstrates；

也有相關研究針對低散射、注重隱身技術的Fabry-Perot諧振天線，如專利文獻CN106848598A公開的一種基于編碼超表面的低散射高增益法布里-珀羅諧振腔天線。