CN113381195B - 基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线及方法 - Google Patents

基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线及方法。本发明天线采用一种石墨烯三维相位可调谐透镜，并将其放置在缝隙天线的前端，使得缝隙天线可以通过不同偏置电压下石墨烯的可重构特性对透镜单元进行调谐。不同偏置电压可以改变石墨烯材料的表面电阻，从而可以改变透镜的特性，进而改变缝隙天线孔径内的能量和相位分布，提高天线的增益并消除天线方向图畸变。同时，透镜加载的缝隙天线为新型的混合石墨烯‑金属结构缝隙天线，该天线的辐射缝隙结构采用石墨烯结构代替，这一结构进一步增强了天线孔径内能量的控制，并为缝隙天线带来了频率可重构特性。

Description

基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线及方法
技术领域
本发明属于太赫兹天线领域，涉及一种基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线及方法。
背景技术
在大范围电子对抗、大容量数据传输、高分辨率遥感等实际应用场景中，对超宽带运行的微波频率系统需求日益增长。高增益、宽频带的天线是此类微波系统的重要组成部分。
自Gibson首次提出Vivaldi天线以来，因其结构简单、制造成本低、带宽宽等而被广泛采用。然而，Vivaldi天线存在几个基本问题，限制了其实际应用。最明显的问题之一是Vivaldi天线实际工作频率带宽的减少。具体来说，增益带宽和模式带宽都比回波损耗带宽窄。而在天线的实际应用中，只有当这三个带宽协调时，实际的工作频带才会超宽。
对于Vivaldi天线，由于天线的辐射场的幅值和相位在孔径内随频率的分布是可变的，所以很难在整个回波损耗带宽内调整电磁波。到目前为止，还没有有效的方法同时扩展辐射增益带宽和模式带宽。为了解决这一问题，本发明利用了石墨烯和相位调节平行线单元的互补性质，对辐射天线的增益进行了提升。该方法不仅提高了天线在整个工作频段的增益，而且解决了高频段的图形失真问题。通过对回波损耗带宽、增益带宽和模式带宽进行协调，使实际工作频带得到显著扩展。
针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。因此，提出了一种基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线。
发明内容
本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线。
本发明一种基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，包括：
缝隙辐射天线，采用石墨烯-金属结构的频率可调谐天线；
石墨烯三维相位可调谐透镜，位于缝隙辐射天线的前端，对缝隙辐射天线起到提高增益的同时消除辐射图畸变；
其中，所述缝隙辐射天线包括石墨烯-金属辐射层、介质板、微带馈电层；所述石墨烯-金属辐射层设置在介质板的顶层，包括石墨烯调谐部分、金属贴片；石墨烯调谐部分的结构为类“V”字形；类“V”字形石墨烯调谐部分内侧形成喇叭状缝隙；石墨烯调谐部分的尖端内侧开有一缺口的圆形槽，该圆形槽与喇叭状缝隙连通，对天线的馈电起到阻抗匹配作用；金属贴片位于石墨烯调谐部分的外侧，且与石墨烯调谐部分无缝接触，以保存天线最大的辐射效率；
作为优选，所述微带馈电层在介质板的底层，包括馈电结构、微带传输线；馈电结构位于石墨烯调谐部分内喇叭状缝隙最窄部分的下方，用以实现缝隙耦合馈电。馈电结构可以为扇形结构，主要起到终端负载匹配作用；微带传输线的一端与馈电结构连接，另一端延伸至介质板边缘。
作为优选，圆形槽的直径为1/8工作频率波长；
作为优选，喇叭状缝隙宽度为指数渐变，最窄宽度为1/2最高工作频率波长，最大宽度为1/2最低工作频率波长。
所述石墨烯三维相位可调谐透镜由三层上下设置的超表面构成，且相邻超表面间存在空气层；三层超表面组成的三维空间透镜可以更好的将辐射能量集中到所需辐射区域。中间层超表面与缝隙辐射天线的喇叭状缝隙较大开口端连接。三层超表面结构相同，每层超表面包括介质层，以及设置在介质层上的若干周期性排布的超表面单元。每个超表面单元为平行线单元，由多条石墨烯微带线平行设置，且相邻石墨烯微带线间存在缝隙。
作为优选，中间层超表面内所有超表面单元位于喇叭状缝隙较大开口所对应的区域内，即超表面单元不超出喇叭状缝隙较大开口两端点所在的x轴向直线间区域。
作为优选，喇叭状缝隙较大开口端的长度为最低工作频率波长的1/2。
作为优选，平行线单元的谐振频率与平行线单元的长度相关，平行线长度为缝隙辐射天线工作频率波长的1/10。
作为优选，相邻超表面间空气层的厚度为天线工作频率波长的1/4，平行线单元的相邻两石墨烯微带线的间隙与平行线单元的谐振频率相关，较优取值一般为平行线长度的1/8。
中间层超表面单元的介质板与喇叭状缝隙较大开口处介质板相连。
作为优选，所述石墨烯三维相位可调谐透镜以及缝隙辐射天线的介质层的材质均为SiO2，介质层厚度为12.5μm。
所述超表面单元采用平行线单元，该结构可以在不降低通用性的前提下，实现对缝隙辐射天线辐射能量的控制。
所述平行线单元与传统超表面单元的不同之处在于平行线的工作频率谐振效应。当平行线单元在加载天线的工作频率发生谐振时，超表面单元表现为负介电常数和负磁导率，而在其他频段展现为正介电常数和正磁导率。
所述平行线单元的谐振结构所用材料为石墨烯，石墨烯自身的特性使其能够在不同的偏置电压下展现出不同的表面电阻，因此石墨烯平行线可以通过改变偏置电压天线，从而改变平行线单元的谐振频率，进而改变整个超表面的特性。
所述缝隙辐射天线为频率可调谐天线，当改变加载天线的石墨烯结构的偏置电压时，天线的工作频率发生改变。此时相应的改变石墨烯三维相位可调谐透镜的偏置电压，可以改变其平行线单元的电长度，从而相应的改变平行线单元的谐振频率，使得整个天线能够在不同的工作频率同样实现天线增益的增强。
本发明的另一个目的是一种基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的调谐方法，具体是：
1)通过改变超表面单元石墨烯微带线的化学势，从而改变平行线单元的表面阻抗，进而调节介质层与石墨烯微带线之间等效电容的值，从而等效于改变石墨烯三维相位可调谐透镜中平行线单元的电长度，而电长度又与平行线单元的谐振频率相关，最终实现石墨烯三维相位可调谐透镜对缝隙辐射天线增益增强频段的可协调。
2)加载天线的“V”型石墨烯结构能够以相同的原理实现天线相应的频率可调谐通过缝隙辐射天线辐射层石墨烯调谐部分的化学势，从而改变辐射层的表面阻抗，进而调节介质层与石墨烯调谐部分之间等效电容的值，从而等效于改变天线的喇叭状缝隙开口大小，而开口大小与天线的工作频率相关，实现天线的频率可调谐，最终完成对回波损耗带宽、增益带宽和模式带宽进行协调。
作为优选，通过改变石墨烯调谐部分的偏置电压，进而改变石墨烯的化学势。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过改变石墨烯三维相位可调谐透镜的石墨烯平行线单元上施加的偏置电压，从而改变石墨烯材料的化学势，改变辐射贴片的表面阻抗。由于石墨烯是印刷在SiO2衬底上的，衬底与石墨烯之间的界面可以用二极管电容很好地近似。因此，通过改变加载在石墨烯上的偏置电压，可以调节等效电容的值，从而等效于改变石墨烯三维相位可调谐透镜中平行线单元的的电长度，而电长度又与平行线单元的谐振频率相关，最终实现石墨烯三维相位可调谐透镜对加载天线增益增强频段的可协调。同时，加载天线的“V”型石墨烯结构能够以相同的原理实现天线相应的频率可调谐，最终完成对回波损耗带宽、增益带宽和模式带宽进行协调，使整个天线实际工作频带得到显著扩展。
不同偏置电压可以改变石墨烯材料的表面电阻，从而可以改变透镜的特性，进而改变缝隙天线孔径内的能量和相位分布，提高天线的增益并消除天线方向图畸变。同时，透镜加载的缝隙天线为新型的混合石墨烯-金属结构缝隙天线，该天线的辐射缝隙结构采用石墨烯结构代替，这一结构进一步增强了天线孔径内能量的控制，并为缝隙天线带来了频率可重构特性。结果表明，所提出的发明缝隙天线通过提高天线增益从而提高了天线的实际工作频率带宽，且具有较低的反射系数。提出的混合石墨烯-金属可重构天线有望使天线在更高频段使用，并使石墨烯为太赫兹天线的设计和应用带来更多的可能性和扩展空间。
附图说明
图1为本发明实施例的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的3D结构图；
图2为本发明实施例的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的正面结构图；
图3为本发明实施例的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的表面电流仿真结果；
图4为本发明实施例的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的石墨烯材料表面阻抗仿真结果图；
图5为本发明实施例的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的不同化学势下S11参数仿真结果图；
图6为本发明实施例的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的有无石墨烯透镜结构增益参数仿真结果对比；
图7为本发明实施例的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的3D辐射方向图仿真结果图；
图8为本发明实施例的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的2D辐射方向图仿真结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参见图1，本发明一种基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，包括石墨烯三维相位可调谐透镜01以及缝隙辐射天线02，其中，
石墨烯三维相位可调谐透镜01位于缝隙辐射天线02的前端，对缝隙辐射天线起到提高增益的同时消除辐射图畸变。
参见图2，所述石墨烯三维相位可调谐透镜01由三层超表面构成，三层超表面组成的三维空间透镜可以更好的将辐射能量集中到所需辐射区域。每层超表面结构相同，每层超表面均有若干个相同的超表面单元03有序排列组成。
所述超表面单元均为平行线单元03，该结构下的超表面单元可以在不降低通用性的前提下，实现对缝隙辐射天线辐射能量的控制。
所述平行线单元03与传统超表面单元的不同之处在于平行线的工作频率谐振效应。当平行线单元03在加载天线的工作频率发生谐振时，超表面单元表现为负介电常数和负磁导率，而在其他频段展现为正介电常数和正磁导率。
所述平行线单元的谐振频率与平行线单元的长度相关，平行线长度取加载天线的工作频率波长的1/10。
所述平行线单元03的谐振结构所用材料为石墨烯，石墨烯自身的特性使其能够在不同的偏置电压下展现出不同的表面电阻，因此石墨烯平行线可以通过改变偏置电压天线，从而改变平行线单元03的谐振频率，进而改变整个超表面的特性。
所述缝隙辐射天线02为石墨烯-金属结构的频率可调谐天线，石墨烯结构04位于缝隙辐射天线电流最大的辐射缝隙边缘，使得加载的缝隙辐射天线的谐振频率得到最大的调谐。
所述缝隙辐射天线除去缝隙辐射边缘的“V”型石墨烯结构04外，其余部分均采用金属金钩以保存天线最大的辐射效率。
参见图3，为本发明实施例的缝隙辐射天线02的表面电流图，可以看到加载天线的电流主要集中在天线的辐射缝隙边缘，与传统金属天线相似。
所述石墨烯三维相位可调谐透镜01以及缝隙辐射天线02的介质层的材质均为SiO2，介质基板厚度为12.5μm。
针对现有技术存在的缺陷，对现有技术中天线进行了深入的研究，并提出了一种基于石墨烯-金属的可重构太赫兹天线，该天线由石墨烯和金属组成。
工作过程是，通过改变石墨烯调谐部分03的化学势，从而改变平行线单元03的表面阻抗，进而调节介质层与石墨烯调谐部分之间等效电容的值，从而等效于改变石墨烯三维相位可调谐透镜01中平行线单元03的的电长度，而电长度又与平行线单元03的谐振频率相关，最终实现石墨烯三维相位可调谐透镜01对加载天线02增益增强频段的可协调。同时，加载天线的“V”型石墨烯结构04能够以相同的原理实现天线相应的频率可调谐，最终完成对回波损耗带宽、增益带宽和模式带宽进行协调。
参见图4，所示为不同化学势下石墨烯表面阻抗图。实验表明，在尺寸大于100nm的结构中，可以忽略边缘效应对石墨烯电导率的影响，将电导率建模为无限石墨烯薄膜。无限石墨烯薄膜可采用等效表面电导率建模，等效表面电导率可采用Kubo形式计算。表面电导率可以用局部的形式表示：
Figure BDA0003087510580000071
式中T为温度，设T为室温300K，τ为弛豫时间，设τ为1ps，μc为化学势，设为零静电偏置μc＝0，kB是玻尔兹曼常数，ω为角频率，
Figure BDA0003087510580000072
为普朗克常数，i表示虚数。
在一定的频率下，化学势μc的增大会导致表面电导率的实部增大，表面电导率的虚部减小。因此可以通过改变石墨烯三维相位可调谐透镜01中平行线单元03上的偏置电压，从而改变石墨烯材料的化学势，改变石墨烯的表面阻抗。因此，通过改变加载在石墨烯上的偏置电压，可以调节等效电容的值，从而等效于改变石墨烯三维相位可调谐透镜01中平行线单元03的电长度，而电长度又与平行线单元03的谐振频率相关，最终实现石墨烯三维相位可调谐透镜01对加载天线02增益增强频段的可协调。同时，加载天线的“V”型石墨烯结构04能够以相同的原理实现天线相应的频率可调谐，最终完成对回波损耗带宽、增益带宽和模式带宽进行协调。
参见图5，所示为本发明天线不同化学势下S11参数仿真结果图，本发明天线采用CST微波工作室进行仿真。通过改变石墨烯的化学势(0.13-0.50eV)，可以得到天线的不同参数S11。在实际应用中，可以从外加直流偏压中得到不同的化学势。天线的工作频率随化学势的增大而增大。因此本发明天线具有频率可调谐的性能。石墨烯结构04不仅使得本发明天线具备了石墨烯的可重构特性，同时石墨烯的等离子激元作用于天线的辐射渐变结构，也为本发明天线带来了更低的反射系数。
参见图6，所示为本发明天线有无石墨烯透镜结构的发明天线增益结果对比，结果表明在添加石墨烯透镜后，本发明天线在其工作频段内增益均有明显的提升。使得本发明天线不仅具有石墨烯天线的可调谐性能，同时保留了天线的辐射性能。
参见图7，所示为本发明基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的3D辐射方向图，正如预期的那样，其辐射模式与传统金属实现的辐射模式相当。结果表明，该天线在不同的化学势下具有几乎相同的辐射方向图，因此，在本发明实例中只展示了化学势为0.50eV的辐射模式。
参见图8，所示为本发明天线2D辐射方向图仿真结果，结果表明，发明天线在辐射方向具有较低的交叉极化比，天线在其工作频段实现了良好的辐射效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于包括：
缝隙辐射天线，采用石墨烯-金属结构的频率可调谐天线；
石墨烯三维相位可调谐透镜，位于缝隙辐射天线的前端；
其中：
所述缝隙辐射天线包括石墨烯-金属辐射层、介质板、微带馈电层；
所述石墨烯-金属辐射层设置在介质板的顶层，包括石墨烯调谐部分、金属贴片；石墨烯调谐部分的结构为类“V”字形；类“V”字形石墨烯调谐部分内侧形成喇叭状缝隙；石墨烯调谐部分的尖端内侧开有一缺口的圆形槽，该圆形槽与喇叭状缝隙连通；金属贴片位于石墨烯调谐部分的外侧，且与石墨烯调谐部分无缝接触；
所述石墨烯三维相位可调谐透镜由三层上下设置的超表面构成，且相邻超表面间存在空气层；中间层超表面与缝隙辐射天线的喇叭状缝隙较大开口端连接；三层超表面结构相同，每层超表面包括介质层，以及设置在介质层上的若干周期性排布的超表面单元；每个超表面单元为平行线单元，由多条石墨烯微带线平行设置，且相邻石墨烯微带线间存在缝隙。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于所述微带馈电层在介质板的底层，包括馈电结构、微带传输线；馈电结构位于石墨烯调谐部分内喇叭状缝隙最窄部分的下方，用以实现缝隙耦合馈电；微带传输线的一端与馈电结构连接，另一端延伸至介质板边缘。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于圆形槽的直径为1/8工作频率波长。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于喇叭状缝隙宽度为指数渐变，最窄宽度为1/2最高工作频率波长，最大宽度为1/2最低工作频率波长。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于中间层超表面内所有超表面单元位于喇叭状缝隙较大开口所对应的区域内。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于喇叭状缝隙较大开口端的长度为最低工作频率波长的1/2。
7.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于平行线长度为缝隙辐射天线工作频率波长的1/10。
8.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于相邻超表面间空气层的厚度为天线工作频率波长的1/4，平行线单元的相邻两石墨烯微带线的间隙为平行线长度的1/8。
9.基于权利要求1-8任一所述的一种基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的调谐方法，具体是：
1)通过改变超表面单元石墨烯微带线的化学势，从而改变平行线单元的表面阻抗，进而调节介质层与石墨烯微带线之间等效电容的值，从而等效于改变石墨烯三维相位可调谐透镜中平行线单元的电长度，而电长度又与平行线单元的谐振频率相关，最终实现石墨烯三维相位可调谐透镜对缝隙辐射天线增益增强频段的可协调；
2)通过改变石墨烯-金属辐射层中石墨烯调谐部分的化学势，从而改变辐射层的表面阻抗，进而调节介质层与石墨烯调谐部分之间等效电容的值，从而等效于改变天线的喇叭状缝隙开口大小，实现天线的频率可调谐，最终完成对回波损耗带宽、增益带宽和模式带宽进行协调。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于通过改变石墨烯调谐部分的偏置电压，进而改变石墨烯的化学势。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114069240A (zh) * 2021-10-20 2022-02-18 西南交通大学 一种用于放电检测的宽带小型化Vivaldi天线

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107331972A (zh) * 2017-06-30 2017-11-07 西安电子科技大学 基于石墨烯的人工超表面电磁波幅度调制器
CN109728446A (zh) * 2018-12-28 2019-05-07 浙江大学 二维扫描变容管有源超表面带孔介质透镜天线
CN110444874A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 西安电子科技大学 基于石墨烯的毫米波方向图可重构天线
CN210516997U (zh) * 2019-11-21 2020-05-12 中铁二院工程集团有限责任公司 一种圆柱面共形超表面透镜天线
WO2021044258A1 (en) * 2019-09-03 2021-03-11 National Research Council Of Canada 3d printed antenna
CN112768910A (zh) * 2020-12-29 2021-05-07 杭州电子科技大学 基于石墨烯-金属结构的可重构太赫兹天线及调频方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107331972A (zh) * 2017-06-30 2017-11-07 西安电子科技大学 基于石墨烯的人工超表面电磁波幅度调制器
CN109728446A (zh) * 2018-12-28 2019-05-07 浙江大学 二维扫描变容管有源超表面带孔介质透镜天线
CN110444874A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 西安电子科技大学 基于石墨烯的毫米波方向图可重构天线
WO2021044258A1 (en) * 2019-09-03 2021-03-11 National Research Council Of Canada 3d printed antenna
CN210516997U (zh) * 2019-11-21 2020-05-12 中铁二院工程集团有限责任公司 一种圆柱面共形超表面透镜天线
CN112768910A (zh) * 2020-12-29 2021-05-07 杭州电子科技大学 基于石墨烯-金属结构的可重构太赫兹天线及调频方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Reconfigurable terahertz Vivaldi antenna based on a hybrid graphene-metal structure;Jiangliang Jin et al;《INTERNATIONAL OF RF AND MICROWAVE COMPUTER-AIDED ENGINEERING》;20200208;全文 *
基于石墨烯的小型化和可重构天线的研究;王健;《中国优秀硕士学位论文全文库》;20200615(第6期);全文 *
太赫兹可调石墨烯超材料设计与研究;张银;《中国优秀博士学位论文全文库》;20190415(第4期);全文 *

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