[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

本發明公開了一種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。本發明天線采用一種石墨烯三維相位可調諧透鏡，并將其放置在縫隙天線的前端，使得縫隙天線可以通過不同偏置電壓下石墨烯的可重構特性對透鏡單元進行調諧。不同偏置電壓可以改變石墨烯材料的表面電阻，從而可以改變透鏡的特性，進而改變縫隙天線孔徑內的能量和相位分布，提高天線的增益并消除天線方向圖畸變。同時，透鏡加載的縫隙天線為新型的混合石墨烯?金屬結構縫隙天線，該天線的輻射縫隙結構采用石墨烯結構代替，這一結構進一步增強了天線孔徑內能量的控制，并為縫隙天線帶來了頻率可重構特性。

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三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線及方法。

背景技術

在大范圍電子對抗、大容量數據傳輸、高分辨率遙感等實際應用場景中，對超寬帶運行的微波頻率系統需求日益增長。高增益、寬頻帶的天線是此類微波系統的重要組成部分。

自Gibson首次提出Vivaldi天線以來，因其結構簡單、制造成本低、帶寬寬等而被廣泛采用。然而，Vivaldi天線存在幾個基本問題，限制了其實際應用。最明顯的問題之一是Vivaldi天線實際工作頻率帶寬的減少。具體來說，增益帶寬和模式帶寬都比回波損耗帶寬窄。而在天線的實際應用中，只有當這三個帶寬協調時，實際的工作頻帶才會超寬。

對于Vivaldi天線，由于天線的輻射場的幅值和相位在孔徑內隨頻率的分布是可變的，所以很難在整個回波損耗帶寬內調整電磁波。到目前為止，還沒有有效的方法同時擴展輻射增益帶寬和模式帶寬。為了解決這一問題，本發明利用了石墨烯和相位調節平行線單元的互補性質，對輻射天線的增益進行了提升。該方法不僅提高了天線在整個工作頻段的增益，而且解決了高頻段的圖形失真問題。通過對回波損耗帶寬、增益帶寬和模式帶寬進行協調，使實際工作頻帶得到顯著擴展。

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三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線。

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三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線。

本發明一種基于石墨烯三維相位可調諧透鏡的高增益縫隙天線，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，對縫隙輻射天線起到提高增益的同時消除輻射圖畸變；

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，對天線的饋電起到阻抗匹配作用；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，以保存天線最大的輻射效率；

作為優選，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。饋電結構可以為扇形結構，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，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。