CN208580832U - 一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，属于衰减器技术领域，包括同轴线，同轴线包括同轴外导体，在同轴外导体内设置同轴介质层，在同轴介质层中心轴向设置同轴内导体，在同轴介质层中嵌入设置石墨烯三明治结构。本实用新型的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，该衰减器由同轴线和石墨烯三明治结构构成，具有可动态调节的衰减量、较低的回波损耗、频带内较高的衰减平坦度；衰减器可以通过调节石墨烯的电导率、石墨烯的长度来调节衰减器的衰减量和衰减量的动态调控范围。

Description

一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器

技术领域

本发明属于衰减器技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器。

背景技术

衰减器是一种在不引起信号失真并可以增强阻抗匹配的前提下控制信号传输能量的重要元件，其广泛地应用于电子设备中，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。

石墨烯是一种由碳原子形成的新型二维材料。近年来由于它的优良的机械、热学、光学、电学属性起了广泛关注度，一些基于石墨烯的微波器件被提出。在微波频段，最关注的是它的电调特性，基于此特性，一些应用于微波频段的可调衰减器被提出。

已被提出的应用于微波段的衰减器普遍存在可调衰减范围较小、回波损耗较大等问题。当衰减器级联到微波系统中，回波损耗较大会引起整个微波系统性能下降。该同轴衰减器可以解决回波损耗较大的问题，并因体积较小，便于集成于微波器件中。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，通过外加电压改变石墨烯的电导率来控制衰减器的衰减量。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，包括同轴线，同轴线包括同轴外导体，在同轴外导体内设置同轴介质层，在同轴介质层中心轴向设置同轴内导体，在同轴介质层中嵌入设置石墨烯三明治结构。

所述的石墨烯三明治结构包括两个单层石墨烯和隔膜纸，隔膜纸设置在两个单层石墨烯之间，隔膜纸浸透离子液。

在所述的隔膜纸的一端的两面涂有导电碳浆，导电碳浆连接偏置电压；石墨烯一端接触涂在纸上的导电碳浆，以调节石墨烯三明治结构的电导率。

所述的石墨烯的宽度小于同轴介质层的半径。

所述的同轴外导体和同轴内导体为无耗金属材质，无耗金属选自金、银、铜。

所述的同轴外导体直径11.35mm，所述的同轴介质层直径10.4mm；所述的同轴内导体的直径为3.8mm。

所述的同轴线长度为65mm-130mm，所述的同轴介质层相对介电常数1.4-1.5。

所述的石墨烯三明治结构长度为60mm-115mm。

所述的同轴线特性阻抗为50Ω。

有益效果：与现有技术相比，本发明的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，该衰减器由同轴线和石墨烯三明治结构构成，具有可动态调节的衰减量、较低的回波损耗、频带内较高的衰减平坦度；衰减器可以通过调节石墨烯的电导率、石墨烯的长度来调节衰减器的衰减量和衰减量的动态调控范围。

附图说明

图1是衰减器的左视图；

图2是衰减器的正面剖视图；

图3是实施例的石墨烯表面阻抗随偏置电压变化的曲线；

图4是实施例的衰减器S₂₁参数；

图5是实施例的衰减器S₁₁参数。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明进一步说明。

如图1-2所示，附图标记如下：同轴外导体1、同轴介质层2、同轴内导体3、隔膜纸4、石墨烯5、石墨烯三明治结构6、导电碳浆7和同轴线8。同轴外导体1直径11.35mm，同轴线8长度为65mm-130mm，同轴线8特性阻抗为50Ω；同轴介质层2直径10.4mm；同轴介质层2相对介电常数1.4-1.5；同轴内导体3.8mm；所述的石墨烯三明治结构6长度为60mm-115mm。

其中，同轴外导体1和同轴内导体3为无耗金属材质，无耗金属选自金、银、铜。

如图1-2所示，一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，包括同轴线8，同轴线8包括同轴外导体1，在同轴外导体1内设置同轴介质层2，在同轴介质层2中心轴向设置同轴内导体3，在同轴介质层2中嵌入设置石墨烯三明治结构6。

石墨烯三明治结构6包括两个单层石墨烯5和隔膜纸4，隔膜纸4设置在两个单层石墨烯5之间；为调节石墨烯电导率，隔膜纸4浸透离子液，如图2所示，在隔膜纸4的一端的两面涂有导电碳浆7，导电碳浆7连接偏置电压。石墨烯5一端接触涂在纸上的导电碳浆7，以调节石墨烯三明治结构6的电导率。其中，离子液为N-甲氧基乙基-N-甲基二乙基铵双(三氟甲磺酰)亚胺盐。

为了给隔膜纸4两侧的单层石墨烯5加偏置电压，石墨烯5的宽度应该略小于同轴介质层2的半径，以避免石墨烯5接触到同轴外导体1和同轴内导体3。

石墨烯5在同轴线8中可以实现阻抗损耗，因此在衰减器的输出端口信号会有所衰减。

如图3所示，石墨烯5表面阻抗随加在导电碳浆7上偏置电压变化的曲线。曲线通过实验测量得到。调节偏置电压可以动态连续调节石墨烯5的电导率。由于石墨烯在介质层中引起阻抗损耗，石墨烯的表面电阻和阻抗损耗的大小有关，阻抗损耗引起衰减器的衰减。因此石墨烯表面电阻随着偏置电压变化会引起衰减器衰减量的变化。

如图4-5所示，为实施例的衰减器性能参数，曲线通过电磁仿真软件CST得到。

图4是衰减器S₂₁随频率的变化。图4示出的仿真结果表明，石墨烯表面阻抗降低会导致衰减器衰减量的增加，在2GHz-4GHz范围内衰减器的衰减量可以从3dB增加到15dB。

图5是衰减器S₁₁随频率的变化。设计参数为：介质相对介电常数为1.45、直径为10.4mm的低密度PTFE，石墨烯三明治结构6长度为115mm，同轴线8长度为130mm，同轴内导体直径为3.8mm，同轴外导体直径为11.35mm。图5表明，在2GHz-4GHz范围内衰减器的S₁₁参数始终低于-18dB。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，其特征在于：包括同轴线(8)，同轴线(8)包括同轴外导体(1)，在同轴外导体(1)内设置同轴介质层(2)，在同轴介质层(2)中心轴向设置同轴内导体(3)，在同轴介质层(2)中嵌入设置石墨烯三明治结构(6)。

2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，其特征在于：所述的石墨烯三明治结构(6)包括两个单层石墨烯(5)和隔膜纸(4)，隔膜纸(4)设置在两个单层石墨烯(5)之间，隔膜纸(4)浸透离子液。

3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，其特征在于：在所述的隔膜纸(4)的一端的两面涂有导电碳浆(7)，导电碳浆(7)连接偏置电压；石墨烯(5)一端接触涂在纸上的导电碳浆(7)，以调节石墨烯三明治结构(6)的电导率。

4.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，其特征在于：所述的石墨烯(5)的宽度小于同轴介质层(2)的半径。

5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，其特征在于：所述的同轴外导体(1)和同轴内导体(3)为无耗金属材质，无耗金属选自金、银、铜。

6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，其特征在于：所述的同轴外导体(1)直径11.35mm，所述的同轴介质层(2)直径10.4mm；所述的同轴内导体(3)的直径为3.8mm。

7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，其特征在于：所述的同轴线(8)长度为65mm-130mm，所述的同轴介质层(2)相对介电常数1.4-1.5。

8.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，其特征在于：所述的石墨烯三明治结构(6)长度为60mm-115mm。

9.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的同轴动态可调衰减器，其特征在于：所述的同轴线(8)特性阻抗为50Ω。