[發明專利]基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線及方法

有效

• 申請號: 202110586109.8
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113381195B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 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;遲夢嬌;石仁剛;宋開新;陳科明
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/02
• 分類號: H01Q15/02;H01Q15/00;H01Q19/06;H01Q1/36;H01Q1/00;H01Q3/46;H01Q13/10
• 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

1.基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線，其特征在于包括：

縫隙輻射天線，采用石墨烯-金屬結構的頻率可調諧天線；

石墨烯三維相位可調諧透鏡，位于縫隙輻射天線的前端；

其中：

所述縫隙輻射天線包括石墨烯-金屬輻射層、介質板、微帶饋電層；

所述石墨烯-金屬輻射層設置在介質板的頂層，包括石墨烯調諧部分、金屬貼片；石墨烯調諧部分的結構為類“V”字形；類“V”字形石墨烯調諧部分內側形成喇叭狀縫隙；石墨烯調諧部分的尖端內側開有一缺口的圓形槽，該圓形槽與喇叭狀縫隙連通；金屬貼片位于石墨烯調諧部分的外側，且與石墨烯調諧部分無縫接觸；

所述石墨烯三維相位可調諧透鏡由三層上下設置的超表面構成，且相鄰超表面間存在空氣層；中間層超表面與縫隙輻射天線的喇叭狀縫隙較大開口端連接；三層超表面結構相同，每層超表面包括介質層，以及設置在介質層上的若干周期性排布的超表面單元；每個超表面單元為平行線單元，由多條石墨烯微帶線平行設置，且相鄰石墨烯微帶線間存在縫隙。

2.根據權利要求1所述的基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線，其特征在于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；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。

3.根據權利要求1所述的基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線，其特征在于圓形槽的直徑為1/8工作頻率波長。

4.根據權利要求1所述的基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線，其特征在于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。

5.根據權利要求1所述的基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線，其特征在于中間層超表面內所有超表面單元位于喇叭狀縫隙較大開口所對應的區域內。

6.根據權利要求1所述的基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線，其特征在于喇叭狀縫隙較大開口端的長度為最低工作頻率波長的1/2。

7.根據權利要求1所述的基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線，其特征在于平行線長度為縫隙輻射天線工作頻率波長的1/10。

8.根據權利要求1所述的基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線，其特征在于相鄰超表面間空氣層的厚度為天線工作頻率波長的1/4，平行線單元的相鄰兩石墨烯微帶線的間隙為平行線長度的1/8。

9.基于權利要求1-8任一所述的一種基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線的調諧方法，具體是：

1)通過改變超表面單元石墨烯微帶線的化學勢，從而改變平行線單元的表面阻抗，進而調節介質層與石墨烯微帶線之間等效電容的值，從而等效于改變石墨烯三維相位可調諧透鏡中平行線單元的電長度，而電長度又與平行線單元的諧振頻率相關，最終實現石墨烯三維相位可調諧透鏡對縫隙輻射天線增益增強頻段的可協調；

2)通過改變石墨烯-金屬輻射層中石墨烯調諧部分的化學勢，從而改變輻射層的表面阻抗，進而調節介質層與石墨烯調諧部分之間等效電容的值，從而等效于改變天線的喇叭狀縫隙開口大小，實現天線的頻率可調諧，最終完成對回波損耗帶寬、增益帶寬和模式帶寬進行協調。

10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于通過改變石墨烯調諧部分的偏置電壓，進而改變石墨烯的化學勢。