[發明專利]基于石墨烯的方向圖及頻率可重構微帶天線及方法

有效

• 申請號: 202110586068.2
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113381191B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 周濤;金江亮;程知群;潘勉;董志華;李世琦;劉國華;劉杰;石仁剛;遲夢嬌;宋開新;陳科明
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04;H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/12;H01Q1/32;H01Q3/00
• 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

本發明公開了一種基于石墨烯的方向圖及頻率可重構微帶天線及方法。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。結果表明，所提出的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，且由于本發明偶極子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。此外，基于石墨烯材料的特殊性質，本發明天線能夠實現對發明天線中三對引向器結構的具體控制，通過控制不同引向器結構的引向效果，從而實現本發明微帶偶極子天線方向圖可重構。

技術領域

本發明屬于可重構微帶天線領域，涉及一種基于石墨烯的方向圖及頻率可重構微帶天線及方法。

背景技術

自從第二次工業革命以來，汽車有了巨大的發展。如今，汽車已經成為不可或缺的，隨著信息和通信技術的快速發展，人們對汽車的關注不再僅僅是質量。汽車革命的下一個前沿是在車輛上裝備無線通訊設備。

隨著汽車的飛速發展，汽車上的傳感器越來越多。目前一輛汽車上的傳感器大約有100個，隨著汽車的智能化和自動化程度的提高，傳感器的數量預計在未來幾年將翻一番，因此，將納米天線應用于汽車通信是非常必要的。在太赫茲頻段，天線將被小型化，而傳統的金屬天線由于金屬的低電子遷移率和的巨大衰減，使得小型化幾乎不能實現。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，石墨烯電導率在太赫茲波段存在巨大的虛部，導致石墨烯的大量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車載天線上的應用。

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的方向圖及頻率可重構微帶天線。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題，提供一種基于石墨烯的方向圖及頻率可重構微帶天線。

一種基于石墨烯的方向圖及頻率可重構微帶天線包括天線介質層、設置在天線介質層上層的天線石墨烯-金屬輻射層；

所述天線石墨烯-金屬輻射層包括一對構成微帶偶極子天線的多邊形輻射貼片，以及多個不同模式的引向器；

所述多邊形輻射貼片由調諧結構以及輻射體構成。

所述調諧結構為靠近激勵端口的石墨烯貼片；該結構靠近激勵端口可以對微帶天線的激勵電流起到最大限度的調諧作用。

所述輻射體為與調諧結構相連的金屬貼片，其材質為傳統金屬材料；輻射體結構采用金屬材料能夠使得天線保持傳統天線的輻射性能。

調諧結構、輻射體共同構成1/2工作頻率波長的多邊形輻射貼片，調諧結構的長度越長則天線可調諧范圍越大，但天線的輻射性能降低，當前為基于仿真的最優值，調諧結構長度為5μm。

作為優選，兩個輻射貼片間的距離為5μm。

作為優選，調諧結構為三角形，其頂點靠近激勵端口；輻射體結構為六邊形；所述調諧結構以及輻射體結構共同構成五邊形結構。

所述的引向器均由兩個關于激勵端口中心對稱的引向貼片構成；每個引向器的兩個引向貼片的一端與不同多邊形輻射貼片的輻射體連接；

作為優選，每個引向貼片由多個平行設置的矩形引向貼片構成，且相鄰引向貼片間留有縫隙。

所述引向貼片的材料為石墨烯材料，利用石墨烯材料的特殊性質可以實現對每一對引向器結構的具體控制，從而實現天線輻射方向圖的可重構特性。

作為優選，所述介質層的材質為透明玻璃基板，介電常數為3.75，厚度為5μm。