CN105703082A - 一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线 - Google Patents

一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线 Download PDF

Info

Publication number
CN105703082A
CN105703082A CN201610183614.7A CN201610183614A CN105703082A CN 105703082 A CN105703082 A CN 105703082A CN 201610183614 A CN201610183614 A CN 201610183614A CN 105703082 A CN105703082 A CN 105703082A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
paster
transmission array
base plate
quartz base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610183614.7A
Other languages
English (en)
Inventor
余晨
夏晓岳
王海明
无奇
洪伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201610183614.7A priority Critical patent/CN105703082A/zh
Publication of CN105703082A publication Critical patent/CN105703082A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线。首先提出一种新型的采用石墨烯贴片传输阵相移单元，并利用该单元设计了一种毫米波传输阵天线。传输阵天线主要包含两个部分：作为馈源的角锥喇叭天线和包含多个相移单元的传输阵面。喇叭天线波束对传输阵面进行照射，传输阵面将波束聚焦。根据本发明所公开的传输阵天线具有阵面透明和高增益特性。

Description

一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线
技术领域
本发明涉及一种采用石墨烯贴片单元的传输阵天线，属于天线技术领域。
背景技术
随着卫星通信、微波通信和航空航天技术的发展，高增益天线越来越受到重视。在高增益天线领域，传输阵天线具有抛物面天线和相控阵天线的优点，具体来说，具有以下优点：平面结构、易加工和高辐射效率。石墨烯作为一种新型材料由于其等离子表面波的谐振频率在太赫兹频段内，因此在太赫兹频段被广泛研究应用于激励体或辐射体，但是由于在毫米波频段下石墨烯的阻抗高，损耗大，因此研究研究甚少。。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供为了实现传输阵面透明，并保持传输阵高增益，良好方向图的特性；本发明提供了一种新型的传输阵天线相移单元，以石墨烯代替金属，并利用其设计了一种中心频率为260GHz的传输阵天线。
技术方案：一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，包括一个作为馈源的角锥喇叭天线和多个石墨烯贴片单元组成的传输阵列；所述传输阵列包括11层，从上至下依次为第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板；其中多个第一石墨烯贴片均匀排列、并设在第一石英基板上，第一石英基板设在第一空气层上，第一空气层设在多个第二石墨烯贴片，多个第二石墨烯贴片均匀排列、并设在第二石英基板上，第二石英基板设在第二空气层上，第二空气层设在多个第三石墨烯贴片上，多个第三石墨烯贴片均匀排列、并设在第三石英基板，第三石英基板设在第三空气层上，第三空气层设在多个第四石墨烯贴片，多个第四石墨烯贴片均匀排列、并设在第四石英基板上；
第一石墨烯贴片和第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片、第四石墨烯贴片的位置上下对应；以一个第一石墨烯贴片所占方形面为基本单元，从上之下，第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板构成传输阵列的一个石墨烯贴片单元；传输阵列包括多个大小一致且排列均匀的石墨烯贴片单元。
所述传输阵列包括1024个石墨烯贴片单元，石墨烯贴片单元呈32×32矩阵排列，第一石墨烯贴片、第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片和第四石墨烯贴片大小形状相同，其形状均为“耶路撒冷十字”，即其形状为正十字，正十字四个顶端分别设有与其中一横或一竖垂直的贴片，通过改变石墨烯贴片尺寸的变化能够实现传输波相位的变化；根据馈源角锥喇叭天线的入射波在传输阵表面的相位分布，可得到各个石墨烯贴片的大小，从而设计出传输阵列。
其中，石墨烯贴片单元的石墨烯的化学势采用μc＝2.0eV。
角锥喇叭天线对传输阵面进行的照射，传输阵面将波束聚焦，提高了增益。
整个传输阵列的尺寸为18.5mm*18.5mm*0.6mm，整个传输阵天线的焦径比为f/D＝0.55。
有益效果：与现有天线相比，本发明提供的采用石墨烯贴片单元的传输阵面具有透明的特性，因此可集成于透明的物体上，比如：车窗、屏幕等。
附图说明
图1为本发明实施例的原理图；
图2为石墨烯贴片单元的结构示意图；
图3为石墨烯贴片单元截面示意图；
图4为传输阵单元的相移曲线；
图5为传输阵单元的损耗曲线；
图6为在频率240-290GHz的E面方向图；
图7为在频率240-290GHz的H面方向图；
图8为传输阵天线的增益曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，采用石墨烯贴片单元的宽带传输阵天线，包括一个作为馈源的角锥喇叭天线1和1024个石墨烯贴片单元组成的传输阵列2，传输阵列2包括11层，分别为：从上至下依次为第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板；其中多个第一石墨烯贴片均匀排列、并设在第一石英基板上，第一石英基板设在第一空气层上，第一空气层设在多个第二石墨烯贴片，多个第二石墨烯贴片均匀排列、并设在第二石英基板上，第二石英基板设在第二空气层上，第二空气层设在多个第三石墨烯贴片上，多个第三石墨烯贴片均匀排列、并设在第三石英基板，第三石英基板设在第三空气层上，第三空气层设在多个第四石墨烯贴片，多个第四石墨烯贴片均匀排列、并设在第四石英基板上，其中，石墨烯的化学势采用μc＝2.0eV。
传输阵列2包含石墨烯贴片、石英基板、空气层，是透明的。
第一石墨烯贴片和第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片、第四石墨烯贴片的位置上下对应；以一个第一石墨烯贴片所占方形面为基本单元，从上之下，第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板构成传输阵列的一个石墨烯贴片单元；传输阵列包括多个大小一致且排列均匀的石墨烯贴片单元。
1024个石墨烯贴片单元呈32×32矩阵排列，第一石墨烯贴片、第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片和第四石墨烯贴片大小形状相同，且位于石英基板上的位置相同，其形状均为“耶路撒冷十字”，即其形状为正十字，正十字四个顶端分别设有与其中一横或一竖垂直的贴片，通过改变石墨烯贴片尺寸的变化能够实现传输波相位的变化；根据馈源角锥喇叭天线的入射波在传输阵表面的相位分布，可得到各个石墨烯贴片的大小，从而设计出传输阵列2。
角锥喇叭天线1对传输阵面进行照射，传输阵面将波束聚焦。
整个传输阵列2的尺寸为18.5mm*18.5mm*0.6mm，整个传输阵天线的焦径比为f/D＝0.55。
如图2所示，每个石墨烯贴片单元的边长为p＝0.578mm，石墨烯贴片的形状为“耶路撒冷十字”，其长度与宽度分别为b＝0.4mm,a＝0.03mm，通过改变臂长c实现传输相移的变化。
如图3所示，石墨烯贴片单元截面图，石英基板的厚度为h1＝0.024mm，空气层的厚度为h2＝0.169mm。
当c从0.04mm变化至0.32mm，石墨烯贴片单元相应的相位响应曲线如图4所示。根据馈源角锥喇叭天线1的入射波在传输阵表面的相位分布，结合图4可得到各个单元贴片的大小，从而设计出传输阵。
图5和图6给出了天线的辐射方向图，可以看出天线在Q波段内，H面的第一副瓣电平为-18.2dB，E面的第一副瓣电平为-17.8dB。图7给出了该传输阵天线的增益曲线，可以看出，天线在260GHz时达到最大增益28.2dBi，1dB增益带宽的范围为245至290GHz，相对带宽为17.3％。

Claims (6)

1.一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，其特征在于：包括一个作为馈源的角锥喇叭天线和多个石墨烯贴片单元组成的传输阵列；所述传输阵列包括11层，从上至下依次为第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板；其中多个第一石墨烯贴片均匀排列、并设在第一石英基板上，第一石英基板设在第一空气层上，第一空气层设在多个第二石墨烯贴片，多个第二石墨烯贴片均匀排列、并设在第二石英基板上，第二石英基板设在第二空气层上，第二空气层设在多个第三石墨烯贴片上，多个第三石墨烯贴片均匀排列、并设在第三石英基板，第三石英基板设在第三空气层上，第三空气层设在多个第四石墨烯贴片，多个第四石墨烯贴片均匀排列、并设在第四石英基板上。
2.如权利要求1所述的采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，其特征在于：第一石墨烯贴片和第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片、第四石墨烯贴片的位置上下对应；以一个第一石墨烯贴片所占方形面为基本单元，从上之下，第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板构成传输阵列的一个石墨烯贴片单元；传输阵列包括多个大小一致且排列均匀的石墨烯贴片单元。
3.如权利要求1所述的采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，其特征在于：所述传输阵列包括1024个石墨烯贴片单元，石墨烯贴片单元呈32×32矩阵排列，第一石墨烯贴片、第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片和第四石墨烯贴片大小形状相同，其形状均为“耶路撒冷十字”，即其形状为正十字，正十字四个顶端分别设有与其中一横或一竖垂直的贴片，通过改变石墨烯贴片尺寸的变化能够实现传输波相位的变化；根据馈源角锥喇叭天线的入射波在传输阵表面的相位分布，可得到各个石墨烯贴片的大小，从而设计出传输阵列。
4.如权利要求1所述的采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，其特征在于：石墨烯贴片单元的石墨烯的化学势采用μc＝2.0eV。
5.如权利要求1所述的采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，其特征在于：整个传输阵列的尺寸为18.5mm*18.5mm*0.6mm，整个传输阵天线的焦径比为f/D＝0.55。
6.如权利要求1所述的采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，其特征在于：传输阵列包含石墨烯贴片、石英基板、空气层，是透明的。
CN201610183614.7A 2016-03-28 2016-03-28 一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线 Pending CN105703082A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610183614.7A CN105703082A (zh) 2016-03-28 2016-03-28 一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610183614.7A CN105703082A (zh) 2016-03-28 2016-03-28 一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105703082A true CN105703082A (zh) 2016-06-22

Family

ID=56231820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610183614.7A Pending CN105703082A (zh) 2016-03-28 2016-03-28 一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105703082A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108631056A (zh) * 2018-04-18 2018-10-09 中国科学院国家空间科学中心 一种双焦点可重构传输阵列天线及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103811862A (zh) * 2014-02-17 2014-05-21 东莞劲胜精密组件股份有限公司 一种透明天线的制作方法
CN105119046A (zh) * 2015-09-10 2015-12-02 合肥工业大学 一种紧凑型2.45GHz柔性可穿戴石墨烯天线

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103811862A (zh) * 2014-02-17 2014-05-21 东莞劲胜精密组件股份有限公司 一种透明天线的制作方法
CN105119046A (zh) * 2015-09-10 2015-12-02 合肥工业大学 一种紧凑型2.45GHz柔性可穿戴石墨烯天线

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AHMED H. ABDELRAHMAN ET AL: "Transmission Phase Limit of Multilayer Frequency-Selective Surfaces for Transmitarray Designs", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
EDUARDO CARRASCO ET AL: "Reflectarray Antenna at Terahertz Using Graphene", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》 *
夏晓岳: "毫米波反射阵与传输阵天线研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108631056A (zh) * 2018-04-18 2018-10-09 中国科学院国家空间科学中心 一种双焦点可重构传输阵列天线及其制备方法
CN108631056B (zh) * 2018-04-18 2020-06-16 中国科学院国家空间科学中心 一种双焦点可重构传输阵列天线及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105742795A (zh) 一种采用石墨烯单元的透明反射阵天线
Abadi et al. Ultra-wideband, true-time-delay reflectarray antennas using ground-plane-backed, miniaturized-element frequency selective surfaces
TWI610492B (zh) 雙槽孔基板導波天線單元及其陣列模組
Abadi et al. Design of wideband, FSS-based multibeam antennas using the effective medium approach
Dhouibi et al. Compact metamaterial-based substrate-integrated Luneburg lens antenna
CN105356066B (zh) 一种X/Ku频段双频双极化微带平板反射阵列天线
Li et al. Wide-angle beam steering based on an active conformal metasurface lens
CN112310649B (zh) 基于电磁超材料加载的超低剖面低散射超宽带相控阵
CN112701495B (zh) 基于强耦合效应的锥台载二维共形低散射超宽带相控阵
CN105514622B (zh) 一种四频微带反射阵列天线
CN108631056B (zh) 一种双焦点可重构传输阵列天线及其制备方法
CN105261836A (zh) 一种有源微带反射阵单元及微带反射阵列天线
Honari et al. Miniaturized-element frequency selective surface metamaterials: A solution to enhance radiation of RFICs
CN105742807B (zh) 一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置
CN210443662U (zh) 新型k波段高增益超材料微带天线
CN105428819B (zh) 一种可控副瓣电平的反射阵天线及方法
CN105703082A (zh) 一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线
CN109742535A (zh) 使用溅射板馈源的平面反射阵天线
CN109950706B (zh) 用于x波段的圆锥共形相控阵天线
Elmahraoui et al. A new endfire phased array based on Vivaldi antenna for 5G applications
CN110600884A (zh) 基于带有凹形臂的单层开槽贴片单元的宽带反射阵列天线
CN202871960U (zh) 全向赋形微带阵列天线
CN105470658B (zh) 双极化波导缝隙馈源非对称介质填充柱透镜天线
CN207338631U (zh) 一种基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线
Peng et al. Single layer optically transparent reflectarray based on indium tin oxide

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160622

RJ01 Rejection of invention patent application after publication