CN114914651A - 一种应用于5g通信的石墨烯微带可调谐衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器,包括介质基片，所述介质基片上设有微带传输线、石墨烯电阻和接地导片，所述微带传输线覆盖在介质基板上，所述微带传输线为匹配50Ω输入输出阻抗传输线；所述石墨烯电阻位于微带传输线两侧，且与所述微带传输线直接连接，所述接地导片设置在石墨烯电阻外侧，且与石墨烯电阻相连，所述接地导片中心设有用于与地电极连接的金属过孔，所述金属过孔穿透接地导片与介质基片。本发明可调谐衰减器可以通过调节施加在信号端与地电极间的直流偏置电压从而调节石墨烯的电导率来调节衰减器的衰减量，使其能够应用在5G通信领域中。

Description

一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器

技术领域

本发明涉及微波器件技术领域，特别指一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器。

背景技术

5G即第五代移动通信技术，是具有高速率、低时延和大容量特点的新一代宽带移动通信技术，能够提供可靠高速的网络服务。5G设备的工作频段范围大，工作时对信号质量要求高，并且为了提高传输距离，需要更大、更多的射频元器件参与运作。在我国已经发布的运营商频段划分中，5G通信的主要频段分布在3300MHz-3600MHz以及4800MHz-4960MHz的区间，在这些区间内的5G通信器件拥有很大的需求与市场。为了满足以上需求，拥有更高的调谐性能、更便利的调谐方式并且能够用于前述频段的小型化衰减器就具有重要意义。

衰减器是一种能够控制输入信号传输能量的电子元器件，其被广泛的应用于各类电子设备中，它的主要用途是：调整电路中信号的大小；在比较法测量电路中，可用来直读被测网络的衰减值；改善阻抗匹配，若某些电路要求有一个比较稳定的负载阻抗时，则可在此电路与实际负载阻抗之间插入一个衰减器，能够缓冲阻抗的变化。

随着材料研究的不断推进，纳米材料逐渐被运用到了各行各业中。其中，石墨烯材料由于其独特的电学、光学以及力学特性吸引到了许多研究人员的关注。它是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。随着这些年石墨烯大规模制备技术日趋成熟，其在微波器件上的应用也具备更为丰富的场景。石墨烯在受到偏置电压的影响下所表现出的可调谐性使其在微波射频领域有了创新性的应用前景。但现有的固定衰减器不能适用对衰减量有动态要求的通信应用场景。目前已公开的可调衰减器仍存在以下不足：衰减量调谐方式复杂，可调谐量较小。因此，需要研究一种可调谐衰减器，使其满足结构简单且能动态调整等要求，以便能应用于5G通信应用场景中。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其结构简单、体积小且能够实现对输入信号的衰减量的动态调整。

本发明是这样实现的：一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，包括介质基片，所述介质基片上设有微带传输线、石墨烯电阻和接地导片，所述微带传输线覆盖在介质基板上；所述石墨烯电阻位于微带传输线两侧，且与所述微带传输线直接连接，所述接地导片设置在石墨烯电阻外侧，且与石墨烯电阻相连，所述接地导片中心设有用于与地电极连接的金属过孔，所述金属过孔穿透接地导片与介质基片。

所述石墨烯电阻由层数为2至5的少层石墨烯电阻构成。

进一步的，所述石墨烯电阻在微带传输线两侧对称排列，且每侧设置5个。

进一步的，位于微带传输线同侧的石墨烯电阻间距离为5mm。

进一步的，所述微带传输线为匹配50Ω输入输出阻抗传输线。

进一步的，所述介质基片为有机陶瓷层压基板，介电常数6.15，厚度0.64mm。

进一步的，每一所述石墨烯电阻的长度为1.4mm，宽度为0.66mm。

进一步的，所述接地导片为边长1.4mm的方形金属导片。

进一步的，所述接地导片的金属过孔半径为0.4mm。

进一步的，所述微带传输线、接地导片和金属过孔均为无耗金属材质，所述无耗金属材质包括金、银或铜。

本发明的有益效果：本发明提供的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，可通过控制外部的偏置电压调整石墨烯电阻的电导率，从而起到动态改变输入信号的衰减量的功能，其主要工作频段在3GHz至7GHz之间，具有结构简单、体积小、易于调节和可调谐范围大的优点，在5G通信设备中具有良好的应用前景。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明石墨烯微带可调谐衰减器的结构示意图。

图2是本发明石墨烯微带可调谐衰减器的主视图。

图3是本发明一具体实施例中衰减器插入损耗S₂₁与频率关系曲线图。

图4是是本发明一具体实施例中衰减器回波损耗S₁₁与频率关系曲线图。

具体实施方式

参照图1至2所示，本发明提供的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，包括介质基片1，所述介质基片上设有微带传输线2、石墨烯电阻3和接地导片4，所述微带传输线2覆盖在介质基板上；所述石墨烯电阻3位于微带传输线2两侧，且与所述微带传输线2直接连接，所述接地导片4设置在石墨烯电阻3外侧，且与石墨烯电阻3相连，所述接地导片4中心设有用于与地电极连接的金属过孔5，所述金属过孔5穿透接地导片4与介质基片1。

较佳的，所述石墨烯电阻3由层数为2至5的少层石墨烯电阻构成。

较佳的，所述微带传输线2、接地导片4和金属过孔5均为无耗金属材质，该无耗金属选自金、银、铜。

在一具体实施例中，所述介质基片1为有机陶瓷层压基板，介电常数6.15，厚度0.64mm，微带传输线2设置在介质基片1的中心位置，两端为信号的输入输出端口，所述微带传输线2为50Ω，所述石墨烯电阻3在微带传输线2两侧对称排列，且每侧设置5个，每一所述石墨烯电阻3的长度为1.4mm，宽度为0.66mm，同侧的石墨烯电阻3间距离为5mm，且直接与微带传输线2相连，所述接地导片4为边长1.4mm的方形金属导片。接地导片中心的金属过孔5半径为0.4mm。工作时信号从微带传输线2的一端输入从另一端输出。通过在输入端口与地电极间施加直流偏置电压，可以改变石墨烯电阻3的电导率，使得其电阻值在20Ω-1200Ω之间变化，石墨烯电阻3阻值的变化导致经由石墨烯通过的信号量发生变化，从而起到动态调节输出信号的衰减的目的。

如图3至4所示，其为本实施例中衰减器的性能参数曲线，数据通过HFSS仿真软件得到。调节石墨烯电阻的电阻值可以直接影响石墨烯电阻对信号的阻抗，从而调节通过石墨烯电阻向接地导片耗散的信号量，以此改变衰减器的衰减量。从图中可以看出，在3-7GHz的频率范围之间，插入损耗最大获得从-2dB到-63dB的衰减量调节能力。并且衰减器在3-7GHz的频率范围之间展现出了较为优秀的回波损耗性能，在电阻值达到400Ω以上时，能够拥有-20dB以下的回波损耗，使其能够很好的应用于5G通信场景中。且本发明的石墨烯微带可调谐衰减器结构简单，易于实现，体积小，适用范围广。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：包括介质基片(1)，所述介质基片上设有微带传输线(2)、石墨烯电阻(3)和接地导片(4)，所述微带传输线(2)覆盖在介质基板上；所述石墨烯电阻(3)位于微带传输线(2)两侧，且与所述微带传输线(2)直接连接，所述接地导片(4)设置在石墨烯电阻(3)外侧，且与石墨烯电阻(3)相连，所述接地导片(4)中心设有用于与地电极连接的金属过孔(5)，所述金属过孔(5)穿透接地导片(4)与介质基片(1)。

2.如权利要求1所述的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：所述石墨烯电阻(3)由层数为2至5的少层石墨烯电阻构成。

3.如权利要求1所述的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：所述石墨烯电阻(3)在微带传输线(2)两侧对称排列，且每侧设置5个。

4.如权利要求3所述的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：位于微带传输线(2)同侧的石墨烯电阻(3)间距离为5mm。

5.如权利要求1所述的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：所述微带传输线(2)为匹配50Ω输入输出阻抗传输线。

6.如权利要求1所述的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：所述介质基片(1)为有机陶瓷层压基板，介电常数6.15，厚度0.64mm。

7.如权利要求1所述的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：每一所述石墨烯电阻(3)的长度为1.4mm，宽度为0.66mm。

8.如权利要求1所述的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：所述接地导片(4)为边长1.4mm的方形金属导片。

9.如权利要求1所述的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：所述接地导片(4)的金属过孔(5)半径为0.4mm。

10.如权利要求1所述的一种应用于5G通信的石墨烯微带可调谐衰减器，其特征在于：所述微带传输线(2)、接地导片(4)和金属过孔(5)均为无耗金属材质，所述无耗金属材质包括金、银或铜。

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