[發明專利]基于石墨烯-金屬結構的可重構太赫茲天線及調頻方法

有效

• 申請號: 202011593189.1
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112768910B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 周濤;程知群;金江亮;潘勉;董志華;李世琦;劉國華;劉杰;石仁剛;遲夢嬌;李郴;宋開心;陳科明
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q5/321
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開了基于石墨烯?金屬結構的可重構太赫茲天線及調頻方法。本發明天線采用一種新型的混合石墨烯?金屬結構輻射面以改進傳統的純金屬天線，所述混合石墨烯?金屬結構輻射面包括石墨烯調諧部分以及金屬輻射體。本發明天線可以通過改變天線輻射面的石墨烯調諧部分的電場偏置進行動態重構，且具有較低的反射系數。此外，由于本發明天線的輻射貼片保留了傳統的金屬材料，又極大的平衡了傳統金屬天線的輻射性能。提出的混合石墨烯?金屬可重構天線有望使漸變平面縫隙天線在更高頻段使用，并使石墨烯為太赫茲天線的設計和應用帶來更多的可能性和擴展空間。

技術領域

本發明屬于太赫茲天線領域，涉及一種基于石墨烯-金屬結構的可重構太赫茲天線及調頻方法。

背景技術

超寬帶天線近年來在生物醫學檢測、雷達系統和無線通信等領域得到了越來越廣泛的應用。其中，漸變平面縫隙天線由于其高定向輻射模式、超寬帶寬和低交叉極化，被視為實現超寬帶技術的最佳選擇之一。

太赫茲通信作為一種關鍵的無線技術，由于其良好的圖像分析能力和獨特的穿透性，使其在經典的網絡場景以及新一代的無線通信中有著廣泛的應用。近年來，漸變平面縫隙天線的性能向高增益、小型化擴展，然而，漸變平面縫隙天線很少在太赫茲頻段使用。在太赫茲頻段，因為金屬的電子的遷移率低、衰減大，傳統的金屬天線幾乎無法實現。幸運的是，石墨烯基元件的發展表明石墨烯的高電子遷移率非常適合于超高頻應用，并且石墨烯在天線結構中的應用還帶來了其他卓越的性能，如高效的動態調諧、極度小型化，甚至是機械的靈活性和透明度。然而，石墨烯的電導率在太赫茲波段存在巨大的虛部，導致石墨烯的內部電流轉化為熱能從而嚴重影響了天線的效率，這嚴重阻礙了石墨烯天線在太赫茲天線上的應用。

針對目前現有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研究，以提供一種方案，解決現有技術中存在的缺陷。因此，提出了一種基于石墨烯-金屬結構的可重構太赫茲天線及調頻方法。

發明內容

本發明的一個目的是針對現有技術的不足，提供一種基于石墨烯-金屬結構的可重構太赫茲天線。

本發明基于石墨烯-金屬結構的可重構天線包括石墨烯-金屬輻射層、介質板、微帶饋電層；

所述石墨烯-金屬輻射層在介質板的頂層，包括石墨烯調諧部分、石墨烯貼片、金屬貼片；金屬貼片為兩個軸對稱的梳形結構貼片單元構成，梳形結構貼片單元的一端連接，梳形結構貼片單元的梳齒側朝外；石墨烯貼片位于梳形結構貼片單元兩梳齒間的縫隙位置；石墨烯調諧部分設置在兩梳形結構貼片單元梳背間，其結構為類“V”字形；類“V”字形石墨烯調諧部分內形成喇叭狀縫隙；石墨烯調諧部分的尖端內側開有一缺口的圓形槽，對天線的饋電起到阻抗匹配作用；

石墨烯調諧部分的類“V”字形兩臂是自圓形槽結構開始由粗變細的漸變結構，對天線所輻射的電磁波起到引向作用；

所述微帶饋電層在介質板的底層，包括饋電結構、微帶傳輸線；饋電結構位于石墨烯調諧部分內喇叭狀縫隙最窄部分的下方，用以實現縫隙耦合饋電；

作為優選，饋電結構為扇形結構，主要起到終端負載匹配作用；

微帶傳輸線的一端與饋電結構連接，另一端延伸至介質板邊緣。

作為優選，圓形槽的直徑為1/8工作頻率波長；

作為優選，類“V”字形石墨烯調諧部分內的喇叭狀縫隙寬度為指數漸變，最窄寬度為1/2最高工作頻率波長，最大寬度為1/2最低工作頻率波長。

作為優選，石墨烯調諧部分寬度決定天線的可調諧程度以及輻射增益，為了平衡兩個性能的程度，其最寬部分寬度為1/16中頻工作頻率波長。

作為優選，位于天線兩側的石墨烯貼片增強天線增益同時進一步提高調諧性能，石墨烯貼片為矩形狀，貼片的寬度以及間隔為1/16中頻工作頻率波長。

作為優選，所述金屬結構的材質為良導體金或銅。