BR102017025620A2

BR102017025620A2 - INTELLIGENT GRAPHENE ANTENNA OPERATING IN TERAHERTZ

Info

Publication number: BR102017025620A2
Application number: BR102017025620-0A
Authority: BR
Inventors: Victor Dmitriev; Rodrigo Melo E Silva De Oliveira; Nilton Rodolfo Nascimento Melo Rodrigues
Original assignee: Universidade Federal Do Pará
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-06-25

Abstract

resumo antena inteligente de grafeno que opera em terahertz a presente invenção consiste em uma antena de grafeno com controle dinâmico do diagrama de radiação. o dispositivo é composto por quatro elementos de grafeno: um dipolo, formado por duas folhas de grafeno, e dois parasitas, posicionados no mesmo plano do dipolo. na faixa de frequências de funcionamento do dispositivo, a antena tem quatro estados de operação de radiação que podem ser selecionados via modificação de potenciais químicos nos elementos de grafeno, os quais são controlados através da aplicação de campo elétrico externo.Abstract Graphene Smart Antenna Operating at Terahertz The present invention consists of a graphene antenna with dynamic control of the radiation diagram. The device consists of four graphene elements: a dipole, formed by two graphene sheets, and two parasites, positioned in the same plane as the dipole. In the device's operating frequency range, the antenna has four radiation operating states that can be selected via modification of chemical potentials in the graphene elements, which are controlled by applying an external electric field.

Description

ANTENA INTELIGENTE DE GRAFENO QUE OPERA EM TERAHERTZINTELLIGENT GRAPHENE ANTENNA OPERATING IN TERAHERTZ

[001] A presente invenção está relacionada ao campo de antenas, mais especificamente a antenas de grafeno com mudança do padrão direcional do sistema de radiação de ondas destes dispositivos.The present invention relates to the field of antennas, more specifically to graphene antennas with changing the directional pattern of the wave radiation system of these devices.

[002] O grafeno é um material bidimensional formado por átomos de carbono dispostos em rede de formato semelhante ao de “favo de mel” (em inglês, honeycomb lattice). Devido às propriedades físicas específicas que apresenta, o grafeno vem sendo intensamente estudado para uso em tecnologias inovadoras, especialmente na faixa de frequências de terahertz (THz). Tal parcela do espectro eletromagnético compreende as frequências de 0,1 a 10 THz. Uma das principais propriedades elétricas do grafeno é que a condutividade superficial deste material pode ser ajustada pela mudança do seu potencial químico (em inglês, chemical potential).[002] Graphene is a two-dimensional material made up of carbon atoms arranged in a honeycomb lattice-like network. Due to its specific physical properties, graphene has been extensively studied for use in innovative technologies, especially in the terahertz (THz) frequency range. Such a portion of the electromagnetic spectrum comprises the frequencies of 0.1 to 10 THz. One of the main electrical properties of graphene is that the surface conductivity of this material can be adjusted by changing its chemical potential.

[003] O ajuste do potencial químico pode ser efetuado aplicando-se um campo elétrico externo à folha de grafeno, produzindo uma tensão de polarização (em inglês, bias voltage). Este mecanismo permite o controle dinâmico da frequência de operação de antenas baseadas em grafeno, devido à alteração das propriedades de radiação destes dispositivos, tais como resistência e reatância, em função do valor da condutividade dos elementos de grafeno destas antenas. Neste contexto, o grafeno tem sido usado como elemento de chaveamento em antenas predominantemente metálicas com diagramas de radiação reconfiguráveis, os quais são selecionados pela mudança do estado elétrico do elemento de grafeno. Antenas baseadas em grafeno também podem exibir feixe direcional tal como em arranjos refletores (em inglês, reflectarrays) construídos com grande número de células unitárias.The chemical potential adjustment can be made by applying an external electric field to the graphene sheet, producing a bias voltage. This mechanism allows the dynamic control of the frequency of operation of graphene based antennas due to the change in the radiation properties of these devices, such as resistance and reactance, as a function of the conductivity value of the graphene elements of these antennas. In this context, graphene has been used as a switching element in predominantly metallic antennas with reconfigurable radiation patterns, which are selected by changing the electrical state of the graphene element. Graphene-based antennas may also display directional beams such as reflector arrays constructed with large numbers of unit cells.

[004] Antenas com diagramas de radiação tanto direcionais quanto reconfiguráveis são requisitadas em campos tais como medicina e comunicações. Na banda de terahertz, antenas de grafeno baseadas em ondas vazantes (em inglês, leaky-waves') e antenas híbridas, constituídas de metal de pequenas peças de grafeno, são alguns projetos concebidos para atender a tais propriedades.[004] Antennas with both directional and reconfigurable radiation patterns are required in fields such as medicine and communications. In the terahertz band, leaky-waves' graphene antennas and hybrid antennas, made of metal from small pieces of graphene, are some designs designed to serve such properties.

[005] Algumas patentes relacionadas a antenas em que há elementos de grafeno já foram depositadas. A seguir, citam-se alguns exemplos cujo escopo é próximo ao da presente invenção.[005] Some patents related to antennas in which graphene elements have already been deposited. The following are examples of which scope is close to that of the present invention.

[006] A patente CN204011707U divulga uma antena baseada em grafeno com controle da frequência de operação. Por meio da aplicação de tensão DC, é possível controlar continuamente a frequência de funcionamento do dispositivo. Este dispositivo baseado em grafeno pode ser utilizado nas seguintes faixas de frequência: micro-ondas, terahertz, infravermelho e ótica.The patent CN204011707U discloses a graphene-based antenna with frequency-of-operation control. By applying DC voltage, it is possible to continuously control the operating frequency of the device. This graphene-based device can be used in the following frequency ranges: microwave, terahertz, infrared and optics.

[007] A patente CN105742795A trata de uma antena transparente composta de arranjo refletivo com uso de elementos de grafeno, em micro-ondas. O arranjo refletivo é formado por 2808 unidades de grafeno, dispostas no formato matricial de 54*52. Pela mudança da fase de cada um destes elementos, o diagrama de radiação da antena é direcionado de acordo com os elementos de grafeno refletivos.The patent CN105742795A deals with a transparent antenna composed of a reflective arrangement with the use of graphene elements in microwaves. The reflective arrangement consists of 2808 units of graphene, arranged in the 54 * 52 matrix format. By changing the phase of each of these elements, the radiation pattern of the antenna is directed according to the reflective graphene elements.

[008] A patente CN106025563A descreve o uso de superfície de grafeno de alta impedância para antena com reconfigurabilidade da direção do diagrama de radiação. A superfície de alta impedância é formada por múltiplos elementos de grafeno de alta impedância dispostos em uma estrutura periódica.Patent CN106025563A describes the use of high impedance graphene surface for antenna with reconfigurability of the direction of the radiation pattern. The high impedance surface is formed by multiple high impedance graphene elements arranged in a periodic structure.

Sumário da invenção [009] A presente invenção refere-se a uma antena inteligente projetada apenas com elementos de grafeno e um substrato dielétrico. O dispositivo apresentado é constituído de um elemento ativo (dipolo) e dois elementos passivos (parasitas), todos de grafeno, e opera em quatro estados de operação distintos na faixa de terahertz.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an intelligent antenna designed only with graphene elements and a dielectric substrate. The device presented consists of an active element (dipole) and two passive elements (parasites), all of graphene, and operates in four different states of operation in the terahertz range.

[010] O irradiador de grafeno pode apresentar diagrama de radiação omnidirecional ou direcional (com possibilidade de girar por 180 graus o lóbulo principal). Além disso, a radiação do dispositivo pode ser desligada. O controle do padrão de radiação deste dispositivo de geometria fixa, e relativamente de fácil construção, é feito por meio de mudanças nos potenciais químicos de seus elementos. A excitação do dispositivo pode ser realizada através do uso materiais fotossensíveis, tais como fotodiodo (em inglês, photodiode) e fotomixer (em inglês, photomixer), em contato com eletrodos metálicos ligados aos elementos de grafeno que formam o dipolo. (As curvas apresentadas nas Figuras 3(a), 3(b) e 3(c) foram obtidas considerando-se um fotodiodo de 25 Ω.) [011] A seguir, estas e outras características da presente invenção ficarão mais claras pela descrição detalhada de seu funcionamento e das figuras que a acompanham.[010] The graphene irradiator can have an omnidirectional or directional radiation pattern (with the possibility of rotating the main lobe by 180 degrees). In addition, the radiation from the device can be switched off. The control of the radiation pattern of this fixed geometry device is relatively easy to construct by means of changes in the chemical potentials of its elements. The excitation of the device can be accomplished by using photosensitive materials, such as photodiode and photomixer, in contact with metal electrodes connected to the graphene elements that form the dipole. (The curves shown in Figures 3 (a), 3 (b) and 3 (c) were obtained considering a 25 Ω photodiode.) These and other features of the present invention will become more apparent from the description detailed description of its operation and the accompanying figures.

Breve descrição das figuras [012] Na descrição detalhada da invenção, as figuras destacadas abaixo serão utilizadas.Brief Description of the Figures [012] In the detailed description of the invention, the figures outlined below will be used.

[013] A Fig. 1 ilustra uma vista em perspectiva de um substrato com os quatro elementos de grafeno, os dois eletrodos metálicos e a fonte de alimentação da antena.Fig. 1 shows a perspective view of a substrate with the four graphene elements, the two metal electrodes and the antenna power supply.

[014] A Fig. 2 indica a curva de relação frente-costa (RFC) da antena, obtida quando esta opera nos estados 2 e 3, os únicos estados diretivos do dispositivo, em função da frequência.Fig. 2 shows the front-coast ratio (RFC) curve of the antenna, obtained when it operates in states 2 and 3, the only directional states of the device, as a function of frequency.

[015] A Fig. 3(a) representa a curva de perda de retorno da antena no estado de operação 1 da antena, em função da frequência.Fig. 3 (a) shows the return loss curve of the antenna in the operating state 1 of the antenna, as a function of frequency.

[016] A Fig. 3(b) representa a curva de perda de retorno da antena nos estados 2 e 3.[016] Fig. 3 (b) represents the return loss curve of the antenna in states 2 and 3.

[017] A Fig. 3(c) representa a curva de perda de retorno da antena em seu estado desligado (em inglês, off).[017] Fig. 3 (c) represents the return loss curve of the antenna in its off state (in English, off).

[018] A Fig. 4(a) apresenta o diagrama de radiação da antena no estado 1 no plano z = 0, com variação do ângulo φ, relacionado ao plano azimutal do sistema de coordenadas esféricas.Fig. 4 (a) shows the radiation pattern of the antenna in state 1 in the z = 0 plane, with variation of the angle φ, related to the azimuthal plane of the spherical coordinate system.

[019] A Fig. 4(b) apresenta o diagrama de radiação da antena no estado 2 no plano z = 0, com variação do ângulo φ, relacionado ao plano azimutal do sistema de coordenadas esféricas.Fig. 4 (b) shows the radiation pattern of the antenna in state 2 in the z = 0 plane, with variation of the angle φ, related to the azimuthal plane of the spherical coordinate system.

[020] A Fig. 4(c) apresenta o diagrama de radiação da antena no estado 3 no plano z = 0, com variação do ângulo φ, relacionado ao plano azimutal do sistema de coordenadas esféricas.Fig. 4 (c) shows the radiation pattern of the antenna in state 3 in the z = 0 plane, with variation of the angle φ, related to the azimuthal plane of the spherical coordinate system.

[021] A Fig. 5(a) ilustra o diagrama de radiação da antena no estado 1 no plano x = 0, com variação do ângulo Θ, relacionado ao plano de elevação do sistema de coordenadas esféricas.Fig. 5 (a) shows the radiation pattern of the antenna in state 1 in the x = 0 plane, with variation of the angle Θ, related to the plane of elevation of the spherical coordinate system.

[022] A Fig. 5(b) ilustra o diagrama de radiação da antena no estado 2 no plano x = 0, com variação do ângulo Θ, relacionado ao plano de elevação do sistema de coordenadas esféricas.Fig. 5 (b) shows the radiation pattern of the antenna in state 2 in the x = 0 plane, with variation of angle Θ, related to the plane of elevation of the spherical coordinate system.

[023] A Fig. 5(c) ilustra o diagrama de radiação da antena no estado 3 no plano x = 0, com variação do ângulo Θ, relacionado ao plano de elevação do sistema de coordenadas esféricas.Fig. 5 (c) shows the radiation pattern of the antenna in state 3 in the x = 0 plane, with variation of angle Θ, related to the plane of elevation of the spherical coordinate system.

[024] A Fig. 6(a) representa a distribuição de densidade de corrente superficial da antena no estado 1.[024] Fig. 6 (a) represents the surface current density distribution of the antenna in state 1.

[025] A Fig. 6(b) representa a distribuição de densidade de corrente superficial da antena no estado 2.[025] Fig. 6 (b) represents the surface current density distribution of the antenna in state 2.

[026] A Fig. 6(c) representa a distribuição de densidade de corrente superficial da antena no estado 3.[026] Fig. 6 (c) represents the surface current density distribution of the antenna in state 3.

[027] A Fig. 7(a) indica a curva de resistência da antena no estado 1.[027] Fig. 7 (a) indicates the resistance curve of the antenna in state 1.

[028] A Fig. 7(b) indica a curva de resistência da antena nos estados 2 e 3.[028] Fig. 7 (b) indicates the resistance curve of the antenna in states 2 and 3.

[029] A Fig. 7(c) indica a curva de resistência da antena no estado 4.[029] Fig. 7 (c) shows the resistance curve of the antenna in state 4.

[030] A Fig. 8(a) ilustra a curva de reatância da antena no estado 1.[030] Fig. 8 (a) shows the antenna reactance curve in state 1.

[031] A Fig. 8(b) ilustra a curva de reatância da antena nos estados 2 e 3.[031] Fig. 8 (b) shows the antenna reactance curve in states 2 and 3.

[032] A Fig. 8(c) ilustra a curva de reatância da antena no estado 4.[032] Fig. 8 (c) shows the antenna reactance curve at state 4.

Descrição detalhada da invenção [033] Com referência à Fig. 1, a presente invenção consiste em uma antena de grafeno com controle dinâmico do diagrama de radiação. A antena é formada por: um elemento ativo (dipolo), cujos braços 103 e 105 possuem potencial químico 740; e por dois elementos passivos (parasitas) 101 e 106 com potenciais químicos μα e 742, respectivamente. O estado de funcionamento da antena depende da seleção de um dos quatro possíveis conjuntos de valores de 74o, 74i e 742. Os elementos parasitas têm as mesmas dimensões geométricas 110 e 108 e estão simetricamente posicionados a uma distância 114 (indicada como d) em relação ao dipolo de grafeno. Os valores numéricos das dimensões dos parasitas são: comprimento (110) de 26 7/m e largura (108) de 25 7/m. A distância d (114) é 1,75 7/m.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Referring to Fig. 1, the present invention consists of a graphene antenna with dynamic radiation pattern control. The antenna consists of: an active element (dipole), whose arms 103 and 105 have chemical potential 740; and by two passive elements (parasites) 101 and 106 with chemical potential μα and 742, respectively. The operating state of the antenna depends on the selection of one of the four possible sets of values 74o, 74i and 742. The parasitic elements have the same geometrical dimensions 110 and 108 and are symmetrically positioned at a distance 114 (denoted d) relative to the graphene dipole. The numerical values of the parasite dimensions are: length (110) of 26 7 / m and width (108) of 25 7 / m. The distance d (114) is 1.75 æm.

[034] Ainda em relação à Fig. 1, as dimensões geométricas 113 e 109 do dipolo de grafeno são iguais e possuem o valor numérico de 23 7/m. Em contato com os braços do elemento dipolo, posicionam-se os elementos metálicos 102 e 104 cujos comprimentos são 0,5 τ/m, os quais são utilizados como eletrodos de interface entre estes braços de grafeno (103 e 105) e a fonte de excitação. Na Fig. 1, destaca-se o gap 112 do dipolo de grafeno, o qual possui 3 τ/m de comprimento. Além disso, indica-se a região 116 com comprimento 111 de 2 τ/m para inserção do fotodiodo: elemento utilizado para excitar a antena por injeção de densidade de corrente J. A antena de grafeno está sobre um substrato 107 de S1O2 cuja espessura é de 1 τ/m. A dimensão 115 (indicada como d) relacionada ao comprimento e à largura do substrato é igual a 5 τ/m. Por fim, 117 é o sistema de eixos cartesianos adotado para descrição da antena e de seu funcionamento.Still referring to Fig. 1, the geometrical dimensions 113 and 109 of the graphene dipole are the same and have the numerical value of 23 7 / m. In contact with the arms of the dipole element, the metal elements 102 and 104 whose lengths are 0.5 τ / m are positioned, which are used as interface electrodes between these graphene arms (103 and 105) and the source of excitement. In Fig. 1, we highlight the gap 112 of the graphene dipole, which has 3 τ / m in length. In addition, region 116 with length 111 of 2 τ / m for insertion of the photodiode is indicated: element used to excite the antenna by injection of current density J. The graphene antenna is on a substrate 107 of S1O2 whose thickness is of 1 τ / m. Dimension 115 (denoted d) related to the length and width of the substrate is equal to 5 τ / m. Finally, 117 is the system of Cartesian axes adopted to describe the antenna and its operation.

[035] Referindo-se às Figs. 2 e 3, a faixa de operação da antena é definida de 1,9 a 2,13 THz, pois nesta banda de frequências, o parâmetro relação frente-costa (dado pela relação entre a amplitude do lóbulo principal da antena e a do lóbulo oposto a este) assume valores maiores ou iguais a 10 nos estados de operação diretivos (Fig. 2); e os valores do parâmetro perda de retorno estão abaixo de -3 dB, nos estados de operação 1 (Fig. 3(a)), 2 e 3 (Fig. 3(b)). Observa-se que, nos estados de operação diretivos (estados 2 e 3), 2,01 THz é a frequência de máxima relação frente-costa. Além disso, a perda de retorno da antena no estado desligado (Fig. 3(c)) está acima de -1 dB em toda a faixa de operação. Ou seja, no estado desligado, a potência elétrica radiada pelo dispositivo é desprezível na banda de frequências de interesse. Este estado de operação é definido por /μ0 //c1 /μ2 0 eV.Referring to Figs. 2 and 3, the antenna operating range is defined as 1.9 to 2.13 THz, because in this frequency band, the front-to-coast ratio parameter (given by the ratio between the amplitude of the antenna's main lobe and that of the lobe opposite to this) assumes values greater than or equal to 10 in the directive operating states (Fig. 2); and the values of the return loss parameter are below -3 dB, in operating states 1 (Fig. 3 (a)), 2 and 3 (Fig. 3 (b)). It is observed that, in the directive states of operation (states 2 and 3), 2.01 THz is the frequency of the maximum coast-to-coast ratio. In addition, the return loss of the antenna in the off state (Fig. 3 (c)) is above -1 dB over the entire operating range. That is, in the off state, the electrical power radiated by the device is negligible in the frequency band of interest. This operating state is defined by / μ0 // c1 / μ2 0 eV.

[036] Referindo-se às Figs. 4 e 5 (as quais indicam o diagrama de radiação da antena na frequência em que a RFC é máxima nos estados diretivos), no primeiro estado de operação da antena, em que ,/μ0 0,435 eV e μ01 μ,·2 0 eV, o diagrama de radiação apresentado (Fig. 4(a)) é semelhante ao de uma antena dipolo. No estado 2, a antena exibe diagrama unidirecional cujo sentido do lóbulo principal direciona-se para -y (Fig. 4(b)), em que as variáveis direcionais do sistema esférico de coordenadas são θ= 90° e φ= 270°. Este efeito é obtido por meio do aumento da condutividade do parasita 101 (aumentando-se μα) e por meio da redução da condutividade do parasita 106 (definindo-se μ2=0). Tal estado é configurado por μ0=0,9 eV, μ^ 0,96 eV e μ2=0 eV. Semelhantemente, no estado 3, obtém-se caso simétrico ao estado 2. Ou seja, a antena apresenta diagrama de radiação unidirecional no sentido +y (Fig. 4(c)). A configuração deste estado é: μ0=0,9 eV, μΒ1=0 eV e μ2=0,96 eV. Ademais, no estado desligado, o diagrama de radiação da antena é desprezível.Referring to Figs. 4 and 5 (which indicate the radiation pattern of the antenna at the frequency at which the RFC is maximum in the directive states), in the first antenna operating state, where / μ0 0.435 eV and μ01 μ, · 20 eV, the radiation pattern shown (Fig. 4 (a)) is similar to that of a dipole antenna. In state 2, the antenna exhibits a one-way diagram whose main lobe direction is directed to -y (Fig. 4 (b)), where the directional variables of the spherical coordinate system are θ = 90 ° and φ = 270 °. This effect is obtained by increasing the conductivity of parasite 101 (increasing μα) and by reducing the conductivity of parasite 106 (defined as μ2 = 0). Such a state is formed by μ0 = 0.9 eV, μ = 0.96 eV and μ2 = 0 eV. Similarly, in state 3, a symmetrical case is obtained in state 2. In other words, the antenna has a unidirectional radiation pattern in the + y direction (Fig. 4 (c)). The configuration of this state is: μ0 = 0.9 eV, μΒ1 = 0 eV and μ2 = 0.96 eV. In addition, in the off state, the radiation pattern of the antenna is negligible.

[037] Ainda em relação às Figs. 4 e 5, observa-se que os gráficos apresentados nestas figuras estão normalizados. Assim, pode-se notar que os diagramas de radiação da antena apresentam ganho máximo no plano xy, conforme exibidos nas Figs. 4 e 5. Isto significa que o substrato utilizado não gera assimetria no padrão de radiação da antena, no plano de elevação.[037] Still referring to Figs. 4 and 5, it is observed that the graphs shown in these figures are normalized. Thus, it can be noted that the antenna radiation patterns show maximum gain in the xy plane, as shown in Figs. 4 and 5. This means that the substrate used does not generate asymmetry in the antenna radiation pattern in the elevation plane.

[038] Com referência à Fig. 6 (a qual ilustra a distribuição de densidade de corrente superficial da antena na frequência em que a RFC é máxima nos estados diretivos), os padrões de correntes induzidas em cada elemento de grafeno são característicos de cada estado de operação da antena. No estado 1, as correntes induzidas nos parasitas 101 e 106 são desprezíveis (Fig. 6(a)). No estado 2, as correntes induzidas são desprezíveis apenas no elemento parasita 106 (Fig. 6(b)), pois a alta resistividade desta folha de grafeno, obtida por μ2=0, reduz drasticamente sua refletividade. A Fig. 6(b) indica, também, que correntes de direções opostas em relação às correntes no dipolo (modo anti-fase) são induzidas no elemento parasita 101, ocasionadas principalmente pela lei de Lenz. Por fim, neste estado de operação, ocorre gradação do nível de corrente tanto nos braços do dipolo (103 e 105) quanto no parasita 101. Semelhantemente, há indução de modos anti-fase no parasita 106 e de correntes desprezíveis no parasita 101 (Fig. 6(c)), pela seleção do conjunto de valores de ^c0, pc1 e qc2 que define o estado de operação 3 da antena.Referring to Fig. 6 (which illustrates the antenna surface current density distribution at the frequency where the RFC is maximum in the directional states), the patterns of induced currents in each graphene element are characteristic of each state antenna operation. In state 1, the currents induced in parasites 101 and 106 are negligible (Fig. 6 (a)). In state 2, the induced currents are negligible only in the parasite element 106 (Fig. 6 (b)), because the high resistivity of this graphene sheet, obtained by μ2 = 0, drastically reduces its reflectivity. Fig. 6 (b) also indicates that opposite direction currents in the dipole currents (anti-phase mode) are induced in the parasite element 101, mainly caused by the Lenz law. Finally, in this state of operation, current level gradation occurs both in the dipole arms (103 and 105) and in the parasite 101. Similarly, there is induction of anti-phase modes in parasite 106 and negligible currents in parasite 101 (Fig. 6 (c)), by selecting the set of values of c0, pc1 and qc2 which defines the operating state 3 of the antenna.

[039] Referindo-se à Figs. 7 e 8, na faixa de operação (de 1,9 a 2,1 THz), a antena possui valores de resistência próximos de 50 Ω (Fig. 7), o que facilita o casamento de impedâncias com o fotodiodo de 25 Ω. Nesta mesma faixa de frequências, a antena é pouco reativa nos estados 1 (Fig. 8(a)), 2 e 3 (Fig. 8(b)). Porém, no estado desligado, a antena apresenta reatância capacitiva abaixo de -100 Ω em toda a faixa de interesse, ratificando que ela não irradia energia eletromagnética efetivamente neste estado de operação.Referring to Figs. 7 and 8, in the operating range (from 1.9 to 2.1 THz), the antenna has resistance values close to 50 Ω (Fig. 7), which facilitates the matching of impedances with the 25 Ω photodiode. In this same frequency range, the antenna is little reactive in states 1 (Fig. 8 (a)), 2 and 3 (Fig. 8 (b)). However, in the off state, the antenna has capacitive reactance below -100 Ω across the entire range of interest, confirming that it does not radiate electromagnetic energy effectively in this state of operation.

REIVINDICAÇÕES

Claims

An intelligent graphene antenna operating in terahertz, characterized by a substrate; four sheets of graphene positioned on the substrate; and two metal sheets positioned on the substrate, which form metallic electrodes at the edges of the dipole element of graphene, which are used as electrical contacts for excitation of the graphene dipole, so that electromagnetic radiation in terahertz is generated by use of a photodiode.

An intelligent graphene antenna operating in terahertz according to claim 1, characterized by two sheets of graphene forming an electric dipole and two others acting as parasitic elements coplanar to the dipole.

An intelligent graphene antenna operating in terahertz according to claim 1, characterized in that two metal sheets forming metal electrodes are used for the excitation of the graphene dipole.

An intelligent graphene antenna operating in terahertz according to claim 1, characterized by control of the radiation diagram, effected dynamically by selecting the chemical potential values of the graphene elements, wherein the radiation patterns generated by the claimed device are omnidirectional pattern, two directional patterns in opposition of 180 ° and negligible radiation pattern (off state).