CN109560377A - 基于石墨烯的可调频率微带贴片天线 - Google Patents

基于石墨烯的可调频率微带贴片天线 Download PDF

Info

Publication number
CN109560377A
CN109560377A CN201811447372.3A CN201811447372A CN109560377A CN 109560377 A CN109560377 A CN 109560377A CN 201811447372 A CN201811447372 A CN 201811447372A CN 109560377 A CN109560377 A CN 109560377A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
paster antenna
strip paster
adjustable frequency
metal
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
CN201811447372.3A
Other languages
English (en)
Inventor
荣兴帅
彭宏利
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.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong 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 Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201811447372.3A priority Critical patent/CN109560377A/zh
Publication of CN109560377A publication Critical patent/CN109560377A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • 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
    • H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
    • H01Q1/368—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor using carbon or carbon composite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，包括：金属辐射体、石墨烯贴片、介质基板、接地共面波导和直流偏置电路；所述金属辐射体与所述石墨烯贴片放置在所述介质基板上；所述接地共面波导包括信号线与地线，所述信号线与地线之间设置集中端口；所述直流偏置电路包括高阻线、两个金属片和多晶硅电极，所述高阻线一端与所述石墨烯贴片相连，另一端与所述金属片之一相连；所述多晶硅电极插入在所述介质基板中。本发明专利技术工作频段在太赫兹频段，能够实现天线谐振频率在高于初始谐振频率范围内线性可调。

Description

基于石墨烯的可调频率微带贴片天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线。
背景技术
石墨烯以其优异的电磁学性能、热性能和机械性能已被广泛应用于光电子，生物工程、储能等领域。在电磁学方面，人们已经认识到石墨烯的电导率可以受偏置电压所调控，这使得石墨烯在可调谐天线以及其他微波无源器件方面具有重要的用途。如把石墨烯做为天线辐射体，利用其表面电导率可受外加电压控制，可调节其表面阻抗呈正弦分布，从而可制成一种正弦调制的漏波天线；还可以把石墨烯做为天线反射衬底，通过调节其表面电导率控制反射相位，来实现天线的方向图可重构。相较于微波频段，太赫兹频段具有带宽宽，传输速度快，安全好等特点，已成为未来无线通信领域的研究热点。但在太赫兹频段，由于金属的电阻率急剧增大和趋肤效应的影响，限制了金属的应用。而石墨烯在太赫兹频段下并不存在这些问题，并且因其电导率可调的特点，使得石墨烯在太赫兹技术下的应用前景十分广阔。
发明内容
针对石墨烯电导率可调的特点，本发明提供了一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线。
根据本发明提供的一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，包括：金属辐射体、石墨烯贴片、介质基板、接地共面波导和直流偏置电路；
所述金属辐射体为工作在300GHz的微带贴片天线；
所述石墨烯贴片为40um宽的方形薄片；
所述介质基板为厚20um的二氧化硅；
所述接地共面波导包括信号线与地线，所述信号线与地线之间设置集中端口；
所述直流偏置电路包括高阻线、两个金属片和多晶硅电极；
优选的，所述金属辐射体与所述石墨烯贴片有部分重合，使天线与石墨烯良好接触。
优选的，石墨烯贴片通过其下的金属孔与地相连，以实现谐振频率右边线性可调。
优选的，所述接地共面波导通过金属孔连接上下两层地，方便以后应用高频探针测试。
优选的，所述高阻线是具有高特性阻抗的细金属线,阻碍高频信号通过，以减少偏置电路对天线输入阻抗的影响。
优选的，所述高阻线一端与所述石墨烯贴片部分重合，为了保证能够给石墨烯施加偏置电压。
优选的，所述两个金属片位于天线顶层，一个连接到高阻线，另一个从所述介质基板顶层刻蚀在所述多晶硅电极上，为了方便施加偏置电压。
优选的，所述多晶硅插入到距所述介质基板顶层下10nm处，为了能够在所述多晶硅电极和石墨烯之间形成偏置电场。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明能够实现微带贴片天线的谐振频率在高于其初始谐振频率的范围内线性可调，并且本发明充分考虑了石墨烯天线的加工因素，所设计的天线可以在现有基础上直接进行加工测试。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明基于石墨烯的可调频率微带贴片天线结构示意图；
图2为本发明基于石墨烯的可调频率微带贴片天线结构的侧视图；
图3为本发明基于石墨烯的可调频率微带贴片天线的反射特性曲线图。
图中示出：
金属辐射体1
石墨烯贴片2
直流偏置电路3
二氧化硅介质4
多晶硅5
金属孔6
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明提供的一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，包括：金属辐射体1、石墨烯贴片2、直流偏置电路3、介质基板4、多晶硅5和金属化孔6。
金属辐射体1是工作在300GHz的微带贴片天线，采用侧边开槽的馈电方式与50欧姆微带线实现匹配。为了满足以后高频探针测试的需要和实现单向辐射，天线采用接地共面波导馈电，并通过一排金属孔将上下两层地相连，如图1左边部分。本实施例中贴片天线的长为243.3um，宽为327.3um，馈电部分的槽深度为67.2um，宽度为37.9um；馈电信号线宽37.8um，共面波导上层地尺寸为100um*100um。
石墨烯贴片2是宽为40um的方形薄片，为保证能与天线良好接触，与天线的一个辐射边有部分重合。并且在其下方通过直径为20um的金属孔将其与地相连，如图2数字6所示。
直流偏置电路3包括高阻线，两个金属片和多晶硅介质。高阻线是宽为2um的细金属线，这是为了能够阻止高频信号流过从而影响天线的输入阻抗；两个金属片中一个与高阻线相接，另一个被刻蚀到介质基板4下10nm处的多晶硅5上，多晶硅的厚度为20nm。于是，当两个金属片分别接到外加电压的正负极上时，可以在石墨烯和多晶硅之间形成偏置电场，从而可以调节石墨烯的电导率，实现天线的谐振频率可调。
介质基板4采用表面粗糙度很小的二氧化硅材料，其介电常数为4，损耗角正切为0.0001，厚度为20um。
本实施例采用电磁仿真软件HFSS15进行仿真计算，采用阻抗边界条件来模拟石墨烯，并将石墨烯的化学势设置为变量来仿真偏置电压对石墨烯的调控作用。图3所示是当石墨烯的化学势从0到1变化时，天线的反射特性曲线，可以看出本发明提出的天线结构很好的实现了其谐振频率线性可调的特性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，其特征在于，包括：金属辐射体、石墨烯贴片、介质基板、接地共面波导以及直流偏置电路，其中：
所述金属辐射体与所述石墨烯贴片放置在所述介质基板上；
所述接地共面波导包括信号线与地线，所述信号线与地线之间设置集中端口；
所述直流偏置电路包括高阻线、两个金属片以及多晶硅电极，所述高阻线一端与所述石墨烯贴片相连，另一端与其中一个金属片相连；所述多晶硅电极插入在所述介质基板中。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，其特征在于，所述金属辐射体为微带贴片天线，工作频率为300GHz。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，其特征在于，所述石墨烯贴片与所述金属辐射体有部分重合。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，其特征在于，所述石墨烯贴片通过其下方的金属孔与地相连。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，其特征在于，所述接地共面波导的地线包括上下两层，通过金属孔相连。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，其特征在于，所述高阻线是具有高特性阻抗的细金属线。
7.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，其特征在于，所述金属片都位于天线顶层，以便于施加偏置电压。
8.根据权利要求7所述的基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，其特征在于，所述两个金属片的其中一个与所述高阻线相连，另一个刻蚀在所述多晶硅电极上。
CN201811447372.3A 2018-11-29 2018-11-29 基于石墨烯的可调频率微带贴片天线 Pending CN109560377A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811447372.3A CN109560377A (zh) 2018-11-29 2018-11-29 基于石墨烯的可调频率微带贴片天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811447372.3A CN109560377A (zh) 2018-11-29 2018-11-29 基于石墨烯的可调频率微带贴片天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109560377A true CN109560377A (zh) 2019-04-02

Family

ID=65868058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811447372.3A Pending CN109560377A (zh) 2018-11-29 2018-11-29 基于石墨烯的可调频率微带贴片天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109560377A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110336122A (zh) * 2019-04-18 2019-10-15 中天宽带技术有限公司 一种贴片天线及电子设备
CN112490644A (zh) * 2020-11-26 2021-03-12 长江师范学院 一种基于石墨烯的光载微波天线
CN112768879A (zh) * 2019-11-06 2021-05-07 北京石墨烯研究院 一种微带天线
CN113488777A (zh) * 2021-06-10 2021-10-08 上海交通大学 石墨烯贴片型太赫兹法布里-珀罗谐振天线及其实现方法
CN114914651A (zh) * 2022-06-01 2022-08-16 华侨大学 一种应用于5g通信的石墨烯微带可调谐衰减器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101533948A (zh) * 2009-02-19 2009-09-16 上海大学 一种gps和蓝牙双频微带天线
CN102780092A (zh) * 2012-07-31 2012-11-14 电子科技大学 一种基片集成波导频率可调缝隙天线
CN105006652A (zh) * 2015-08-05 2015-10-28 西安电子科技大学 基于石墨烯复合结构频率选择表面的方向图可重构天线
CN106025563A (zh) * 2016-05-30 2016-10-12 电子科技大学 一种用于方向图可重构天线的石墨烯高阻抗面
CN107623180A (zh) * 2017-08-02 2018-01-23 广东曼克维通信科技有限公司 毫米波频率可调天线

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101533948A (zh) * 2009-02-19 2009-09-16 上海大学 一种gps和蓝牙双频微带天线
CN102780092A (zh) * 2012-07-31 2012-11-14 电子科技大学 一种基片集成波导频率可调缝隙天线
CN105006652A (zh) * 2015-08-05 2015-10-28 西安电子科技大学 基于石墨烯复合结构频率选择表面的方向图可重构天线
CN106025563A (zh) * 2016-05-30 2016-10-12 电子科技大学 一种用于方向图可重构天线的石墨烯高阻抗面
CN107623180A (zh) * 2017-08-02 2018-01-23 广东曼克维通信科技有限公司 毫米波频率可调天线

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.YI等: "Graphene-silicon diode loaded patch antenna", 《2015 IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE WORKSHOP SERIES ON ADVANCED MATERIALS AND PROCESSES FOR RF AND THZ APPLICATIONS (IMWS-AMP)》 *
MUHAMMAD YASIR等: "A Planar Antenna With Voltage-Controlled Frequency Tuning Based on Few-Layer Graphene", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》 *
潘钦旭: "石墨烯在太赫兹天线中的应用研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
苏东林等: "《有源集成天线技术》", 31 August 2011 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110336122A (zh) * 2019-04-18 2019-10-15 中天宽带技术有限公司 一种贴片天线及电子设备
CN110336122B (zh) * 2019-04-18 2021-07-23 中天宽带技术有限公司 一种贴片天线及电子设备
CN112768879A (zh) * 2019-11-06 2021-05-07 北京石墨烯研究院 一种微带天线
CN112490644A (zh) * 2020-11-26 2021-03-12 长江师范学院 一种基于石墨烯的光载微波天线
CN112490644B (zh) * 2020-11-26 2022-06-03 长江师范学院 一种基于石墨烯的光载微波天线
CN113488777A (zh) * 2021-06-10 2021-10-08 上海交通大学 石墨烯贴片型太赫兹法布里-珀罗谐振天线及其实现方法
CN114914651A (zh) * 2022-06-01 2022-08-16 华侨大学 一种应用于5g通信的石墨烯微带可调谐衰减器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109560377A (zh) 基于石墨烯的可调频率微带贴片天线
CN109449588A (zh) 一种基于石墨烯加载的太赫兹频率可调微带贴片天线
CN209516005U (zh) 一种基于液晶聚合物基片的柔性多频天线
CN110265787A (zh) 基于基片集成波导siw的背腔缝隙圆极化毫米波天线
CN206059652U (zh) 一种小型化超宽带高增益Vivaldi天线
CN108539393B (zh) 一种高口径效率笔形波束的水平极化全息天线
CN105161847B (zh) 宽带高增益圆极化天线
CN107317101A (zh) 一种基于寄生贴片加载技术的对踵Vivaldi天线
CN203503788U (zh) 微带天线
CN109546348A (zh) 一种新型小型化宽带sw-siw喇叭天线及其设计方法
CN106876971B (zh) 小型化超宽带天线
CN102842755A (zh) 适用于无线局域网的双极化天线及其制作方法
CN109742529A (zh) 一种应用于探地雷达系统的超宽带异形槽天线
CN106571519A (zh) 一种加载梯型基板的对跖Vivaldi天线
CN110165401A (zh) 集成基片间隙波导馈电缝隙耦合超表面圆极化天线
CN108232467A (zh) 微带准八木天线
CN107978853A (zh) 一种端射圆极化毫米波天线
CN104900996A (zh) 具有带陷特性的超宽带单极子天线
CN201985241U (zh) 适用于金属表面的射频识别标签天线
CN211700561U (zh) 一种太赫兹双频天线
CN104466383B (zh) 一种多频段、高增益准分形天线
CN109411881A (zh) 一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线
CN205429156U (zh) 一种新型小型化Vivaldi天线
CN208336515U (zh) 一种宽频带印刷贴片天线
CN206962009U (zh) 一种加载梯型基板的对跖Vivaldi天线

Legal Events

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

Application publication date: 20190402