[發明專利]一種頻率可重構的石墨烯介質諧振的太赫茲片上天線

在審

• 申請號: 202110494369.2
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113285205A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 錢正芳;梁豪;周燦欽
• 申請（專利權）人: 深圳華夢通訊技術有限公司
• 主分類號: H01Q1/22
• 分類號: H01Q1/22;H01P7/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種基于石墨烯的高效率頻率可重構天線。包括基于石墨烯的饋電結構和介質諧振器。所述饋電結構包括下部的硅材料層、中部的二氧化硅層和上部的石墨烯層。所述介質諧振器可由氧化鋁制成。所述的硅層既作為天線基板，也作為電極用以調控石墨烯的電磁特性。本發明可以通過外加直流偏置對天線系統的工作頻率和輻射效率進行連續調控的特性，同時具有體積小，效率高，容易集成等特性。

技術領域

本發明涉及天線領域，具體涉及一種基于石墨烯的頻率可重構的介質諧振器天線。

背景技術

石墨烯是一種由碳六元環構成的單層二維材料，其厚度只有一個原子大小，是世界上最薄的材料。同時石墨烯也是世界上最早發現的二維材料，具有許多傳統材料不具有的優越特性。例如，石墨烯的透光率是97.7%，是一種透明材料；因為石墨烯是一種二維材料，而且十分穩定，所以電子在石墨烯上的運動沒有收到太多碳原子的影響從而發生散射作用；實驗測量發現，石墨烯中電子的運動速度達到了1/300的光速。從宏觀上來說，石墨烯的電子遷移率非常高，而且具有優異的可調控性質。因此，石墨烯在電子、光電、光子器件中具有非常廣闊的應用前景。

隨著5G的推廣，人工智能的普及，人們對無線通訊的需求越來越高。特別是近年來爆發的通訊設備和應用，迫切需求更大帶寬，更小時延的天線系統。因此為了擴展帶寬資源，開發毫米波甚至太赫茲的天線系統就顯得十分必要。

近年來，無線系統正在朝著多功能的方向發展。這種多功能性是為了給用戶提供在不同的時間連接到不同的無線設備完成不同的功能。為了充分地發揮其潛力，這些無線系統不僅需要可捷變的電子設備和自適應信號處理的能力，還需要的就是可重構天線。可重構天線可以簡單的有效的減少再達到預期系統功能的前提下所需的天線數量，但同時它們也可以用于設計服務于更復雜的目的。其中的一些目標包括利用可編程控制元器件和反饋系統，以提高系統的吞吐量，降低誤碼率和噪聲，提高安全性，還可用作可重構硬件來延長整個系統的使用壽命。新興應用的例子包括多輸入多輸出（MIMO）系統，多功能無線設備和高性能相控陣。

合理有效地利用石墨烯材料的電磁特性，設計一個太赫茲的頻率可重構天線是本發明的主要工作。

發明內容

本發明提供了一種簡單、高效率、體積小并且容易集成的石墨烯頻率可重構太赫茲片上天線。

為了達到以上效果，本發明通過以下技術方案實現：

包括基于石墨烯的饋電結構和一個介質諧振器。所述饋電結構包括下部的硅層、中部的二氧化硅層和上部的石墨烯層。所述的介質諧振器可由氧化鋁制成。所述的硅層既作為天線的基底，也作為電極用以調控石墨烯的電磁特性。

上述方案中，石墨烯層是一個將能量饋入介質諧振器的饋電結構。

上述方案中，介質諧振器可以由氧化鋁制成，也可以用其他材料制成。

上述方案中，硅層也作為電極，用以調控石墨烯電磁特性。

上述方案中，天線基底是硅和二氧化硅，與集成電路工藝兼容。

與現有技術相比，本發明具有以下特點：

采用硅和二氧化硅基底，可以跟現有的集成電路工藝兼容。

通過外加直流偏置可以方便地調節天線的工作頻率和效率。

硅層既作為天線的基板，也作為石墨烯調控的電極。

效率高，具有很強的實用性，可以工作在太赫茲波段。

附圖說明

圖1為頻率可重構石墨烯太赫茲片上天線的側視圖。

圖2為方向圖E面和H面仿真效果示意圖。

圖3為天線S11仿真結果圖。

圖4為天線輻射效率仿真結果圖。