基于石墨烯的太赫茲天線輻射性能研究.pdf

1、太赫茲相比于微波毫米波頻段具有獨特的性能，它給雷達、通信（寬帶通信）、電子對抗、電磁武器、天文學、安全檢查、無損檢測、醫(yī)學成像等領域帶來了深遠的影響。隨著通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，太赫茲天線越來越受到人們的關注。近幾年來，太赫茲天線的設計從傳統(tǒng)的天線縮小尺寸到新材料天線的出現(xiàn)有了很大的進步。石墨烯具有優(yōu)秀的導電性能，在太赫茲頻段下的比金屬更具有優(yōu)勢。
　　本文研究了基于石墨烯的太赫茲天線的輻射特性，主要工作如下:
　　1、介紹了太

2、赫茲天線的研究現(xiàn)狀以及基于石墨烯太赫茲天線的研究進展，闡述了天線的基礎知識和石墨烯的電導率模型。
　　2、設計了以石墨烯-銅復合層為輻射體的貼片天線及其陣列（包括天線的測試電極與饋線系統(tǒng)的結構）。提出了兩種在工藝上容易實現(xiàn)的天線模型，仿真驗證了以石墨烯-銅復合層為輻射體的貼片天線在太赫茲頻段下也具有比較高的增益系數(shù)。根據(jù)工藝要求擬定天線的加工方案，利用半導體工藝縫隙耦合貼片天線進行加工。
　　3、研究了石墨烯對單個碟形天線的

3、開關作用及對陣列碟形天線的波束掃描作用。石墨烯的電導率隨其偏置電壓的變化可以從導體狀態(tài)變?yōu)榉菍w狀態(tài)，利用石墨烯作為碟形天線的接地板可以使偶極子天線的開關狀態(tài)發(fā)生變換。我們又將單個碟形天線組成陣列，仿真結果表明，陣列天線的方向性可以通過改變單元天線的開關狀態(tài)而發(fā)生顯著變化，從而實現(xiàn)波束可重構功能。
　　4、提出了一種基于石墨烯AMC的新型可調(diào)諧太赫茲天線。加載在石墨烯偏置電場的改變會引起石墨烯周期性單元之間等效電容的變化，從而實現(xiàn)

4、對AMC諧振頻率的調(diào)控。我們把碟形天線放置在15×15個石墨烯正方形單元組成的周期性結構上，可以發(fā)現(xiàn)天線的諧振頻率隨著加在石墨烯兩端的電壓的改變而達到動態(tài)調(diào)節(jié)的效果。這種調(diào)諧結構可以使天線的帶寬高達75％，同時天線的增益也由于AMC接地板的零相位反射特性而顯著提高。在諧振頻率附近的頻點，天線的增益可以高達9dB。相比于其他調(diào)諧方式，石墨烯AMC可以有效地應用于納米尺度的太赫茲器件設計中并且在工藝上容易實現(xiàn)。
　　5、提出了基于石墨