CN207967317U - 应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元，该石墨烯反射单元是由三层结构组成的长方体结构，该石墨烯反射单元包括最上层的石墨烯贴片、中间层的石英介质板以及底层的金属地板，其中：所述石墨烯贴片设置在石英介质板的上表面，且石墨烯贴片设置在石英介质板上表面的旋转角度为θ，该旋转角度为θ为‑90°～90°范围内任意角度；所述金属地板设置在石英介质板的下表面，所述石墨烯贴片的中心点位置与石英介质板的中心点位置重合。本实用新型提出的石墨烯反射单元能够对辐射波束实现360°的全相位调控，从而能够准确地对太赫兹频段电磁波的波前和极化进行操控，而且结构简单，易于集成。

Description

应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元

技术领域

本实用新型涉及微波通信的技术领域，尤其涉及一种应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元。

背景技术

随着移动通信系统各项性能指标不断提升，通信速率逐渐提高，同时这也对系统收发端的设备指标提出了更高的要求。天线作为通信系统收发端重要的组成之一，它性能的优劣对整个系统具有较大影响。为了满足高速信息传输，平面天线阵列通常作收发天线使用，其具有高增益、低剖面、易集成等优点。平面天线阵列是由馈源喇叭和不同数量的反射单元组成的，反射单元作为天线阵列的重要组成部分，它的单元特性和对电磁波的电磁响应决定整个天线阵列的整体特性。

目前可用频谱资源越来越紧张，因此使用频段也逐渐扩展到更高的额定频段，太赫兹频段能提供更宽带宽，也更适合高速通信，因此设计一种面向太赫兹频段的平面天线阵列就非常必要。在设计天线阵列时，首先要设计的就是反射单元。目前，使用石墨烯材料设计的反射单元大多是通过改变单元贴片的大小或者调节石墨烯化学势参数实现的，这种方法能够提供的反射相位范围大约只有0～300°，无法实现360°的全相位范围内的调控，当使用它们设计反射阵天线进行波束偏转或聚焦等功能时，对于需要反射相位超过300°的位置，只能都用300°的反射单元代替，这样就会在一定程度上降低性能和控制准确性。

实用新型内容

为了解决上述技术缺陷，本实用新型的主要目的在于提供一种应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元，只需对石墨烯反射单元的石墨烯贴片旋转不同角度，实现的反射相位就能取到360°范围内的任意值，而且石墨烯反射单元的结构简单，易于集成。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元，该石墨烯反射单元是由三层结构组成的长方体结构，该石墨烯反射单元包括最上层的石墨烯贴片、中间层的石英介质板以及底层的金属地板，其中：所述石墨烯贴片设置在石英介质板的上表面，且石墨烯贴片设置在石英介质板上表面的旋转角度为θ，该旋转角度为θ为-90°～90°范围内任意角度；所述金属地板设置在石英介质板的下表面，所述石墨烯贴片的中心点位置与石英介质板的中心点位置重合。

优选地，所述石墨烯贴片为矩形。

优选地，所述石墨烯贴片的长度为13.39um、宽度为3.2um。

优选地，所述石英介质板和金属地板均为一种上下表面均为正方形的长方体结构。

优选地，所述石英介质板的边长为14um、厚度为26um。

优选地，所述金属地板的边长为14um、厚度为1um。

相较于现有技术，本实用新型所述应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元采用上述技术方案，达到了如下技术效果：本实用新型提出的石墨烯反射单元能够对辐射波束实现360°的全相位调控，从而能够准确的对太赫兹频段电磁波的波前和极化进行操控，而且结构简单，易于集成。

附图说明

图1是本实用新型应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元的立体结构示意图；

图2为每一个石墨烯反射单元中石墨烯贴片的角度旋转示意图；

图3是本实用新型应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元的反射相位和反射幅度的曲线示意图。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，将在具体实施方式部分一并参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参考图1所示，图1是本实用新型应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元的结构示意图。在本实施例中，在本实施例中，所述石墨烯反射单元1由三层结构组成的长方体结构，包括最上层的石墨烯贴片11、中间层的石英介质板12以及底层的金属地板13。所述石墨烯贴片11设置在石英介质板12上表面的中心点位置，且石墨烯贴片11设置在石英介质板12上表面的旋转角度为θ(即石墨烯贴片11的长边与三维空间坐标轴X轴之间的夹角为θ)，金属地板13设置在石英介质板12的下表面。其中，θ为-90°～90°范围内任意角度。石墨烯贴片11的中心点与石英介质板12的中心点重合，石墨烯贴片11设置在石英介质板12上表面的旋转角度θ都是围绕这个中心点进行旋转形成的。

作为优选实施例，所述石墨烯反射单元1的实际尺寸参数如下：石墨烯贴片11为矩形，该石墨烯贴片11的长度a为13.39um、宽度b为3.2um；石英介质板12为一种上下表面均为正方形的长方体结构，该石英介质板12的边长s为14um、厚度h为26um；金属地板13为一种上下表面均为正方形的长方体结构，该金属地板13的边长s为14um、厚度为1um，金属地板13为金属铜。本实用新型利用上述实际尺寸参数制成的石墨烯反射单元1能够对辐射波束实现0°～360°的全相位调控，从而能够准确的对太赫兹频段(THz频段)电磁波的波前(等相位面)和极化进行操控。

如图2所示，图2为石墨烯反射单元中石墨烯贴片11的角度旋转示意图。在本实施例中，所述的石墨烯反射单元1具有一定范围的反射相位，但是要想实现对辐射波束实现360°的全相位调控范围，就需要结合Pancharatnam-Berry(PB)相位原理对石墨烯反射单元1的石墨烯贴片11按照一定规律进行旋转，本实用新型利用PB相位法计算石墨烯贴片11设置在石英介质板12上表面的旋转角度θ，进而对辐射波束实现360°的全相位调控。PB相位法的优势在于，当石墨烯反射单元1对左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)这两种线极化波的反射相位差180°时，石墨烯贴片11旋转角度θ后，就能够实现2θ的反射相位。

参考图3所示，图3是本实用新型应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元的反射相位和反射幅度的曲线示意图。在本实施例中，利用上述石墨烯反射单元1的模型在HFSS仿真软件中进行电磁仿真，能够得到石墨烯反射单元1的电磁响应，即入射波的反射相位和反射幅度的仿真曲线。如图3所示，对于x极化波的反射相位曲线和对y极化波的反射相位曲线，在太赫兹频段(1.36～1.62THz频段)内具有大约180°的相位差，能够应用于太赫兹频段的电磁波反射性能要求。同时，对于x极化波的反射幅度曲线和对y极化波的反射幅度曲线，在此频段内的幅度值较大(均大于-0.3dB)，能够保证足够大反射波的幅度。

现有技术通常使用超表面对波束相位进行控制是利用改变单元贴片几何参数或单纯改变可调材料的某一项参数(如只改变石墨烯材料的化学势)来设计超表面，但是这样很难实现对辐射波束反射相位的360°调控，因此在实现各种功能时在一定程度上造成性能的下降和控制精度的降低。与现有技术相比，本实用新型具有以下技术优点：本实用新型提出的石墨烯反射单元1通过结合石墨烯和PB相位原理，能够对辐射波束实现360°的全相位调控，从而能够准确的对太赫兹频段(THz频段)电磁波的波前(等相位面)和极化进行操控。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元，其特征在于，该石墨烯反射单元是由三层结构组成的长方体结构，该石墨烯反射单元包括最上层的石墨烯贴片、中间层的石英介质板以及底层的金属地板，其中：

所述石墨烯贴片设置在石英介质板的上表面，且石墨烯贴片设置在石英介质板上表面的旋转角度为θ，该旋转角度为θ为-90°～90°范围内任意角度；

所述金属地板设置在石英介质板的下表面，所述石墨烯贴片的中心点位置与石英介质板的中心点位置重合。

2.如权利要求1所述的应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元，其特征在于，所述石墨烯贴片为矩形。

3.如权利要求2所述的应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元，其特征在于，所述石墨烯贴片的长度为13.39um、宽度为3.2um。

4.如权利要求2所述的应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元，其特征在于，所述石英介质板和金属地板均为一种上下表面均为正方形的长方体结构。

5.如权利要求4所述的应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元，其特征在于，所述石英介质板的边长为14um、厚度为26um。

6.如权利要求4所述的应用于太赫兹频段的石墨烯反射单元，其特征在于，所述金属地板的边长为14um、厚度为1um。