CN210430054U - 基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，属于微波器件技术领域，包括人工表面等离激元传输线，在人工表面等离激元传输线两侧对称设置与之相连接的导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构，导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构均与槽线过度部分、槽线馈电传输线依次相连；在人工表面等离激元传输线上放置石墨烯三明治结构。该柔性衰减器利用电压控制石墨烯的方阻，从而实现人工表面等离激元的衰减量动态可调功能，设计简单，具有较低的回波损耗，可不使用波模式转换器直接集成到人工表面等离子激元器件和系统中。而且具有柔性特性，可弯折且可扭曲，适合集成于柔性于微波器件和系统中，具备很好的工程应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于微波器件技术领域，涉及基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器。
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。目前，基于石墨烯的衰减器都是非柔性衰减器，不利于集成到柔性微波器件和系统中，比如可穿戴设备、可折叠设备等。
由于局域场增强、弯曲损耗低和柔性等优势，人工表面等离子激元被广泛地应用在微波器件和系统中。在基于人工表面等离子激元的微波系统中，如果使用传统的衰减器，需要使用模式转换器在传统衰减器中的导行波和人工表面等离子激元波之间进行多次转换，这会造成系统结构复杂和模式转换损耗等问题。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的在于提供基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，结构简单，衰减值动态可调和柔性等优点，可以替换人工表面等离子激元系统中使用的传统衰减器，避免了系统中模式转换所造成损耗和结构复杂问题，并且由于衰减器具有柔性的特点，利于集成到柔性微波器件和系统中。
技术方案：为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：
基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器件，包括人工表面等离激元传输线，在所述的人工表面等离激元传输线两侧对称设置与之相连接的导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构，所述的导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构均与槽线过度部分、槽线馈电传输线依次相连；其中，在所述的人工表面等离激元传输线上放置石墨烯三明治结构。
进一步地，所述的槽线馈电传输线为两层结构，上层是刻蚀槽缝的金属条带，下层是介质基板。
进一步地，所述的槽线过渡部分为两层结构，上层是刻蚀槽缝的金属条带，下层是介质基板。
进一步地，所述的导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构为两层结构，上层是刻蚀槽缝的金属条带，下层是介质基板；导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构由12个深度渐变的沟槽构成，沟槽宽度均为1mm，最浅沟槽深度为0.5mm，依次增长0.5mm，最深沟槽深度为6mm；其中，靠近人工表面等离激元传输线一侧的沟槽最深，远离人工表面等离激元传输线一侧的沟槽最浅。
进一步地，所述的人工表面等离激元传输线为两层结构，上层是刻蚀槽缝的金属条带，下层是介质基板；人工表面等离激元传输线由11个深度相同的沟槽周期排列构成，沟槽宽度1mm，深度6.5mm。
进一步地，所述的石墨烯三明治结构为三层结构，自上而下分别是单层石墨烯方片、浸泡离子液的隔膜纸、单层石墨烯方片；所述的上下两层单层石墨烯方片由隔膜纸隔开，隔膜纸的厚度为0.05mm。
进一步地，所述的刻蚀槽缝的金属条带由铜材质构成，厚度是0.018mm；所述的介质基板由相对介电常数为2.65的F4B材料构成，其厚度为0.17mm。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，该柔性衰减器利用电压控制石墨烯的方阻，从而实现人工表面等离激元的衰减量动态可调功能，本实用新型结构设计简单，具有较低的回波损耗，可不使用波模式转换器直接集成到人工表面等离子激元器件和系统中。而且具有柔性特性，可弯折且可扭曲，适合集成于柔性于微波器件和系统中，具备很好的工程应用前景。
附图说明
图1是基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器的结构图；
图2是石墨烯三明治结构的示意图；
图3是基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器在3GHz时S21随石墨烯方阻的变化曲线；
图4是基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器在伸直状态下的S21参数；
图5是基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器在伸直状态下的S11参数；
图6是基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器在弯曲90°状态下的S21参数；
图7是基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器在弯曲90°状态下的S11参数。
具体实施方式
本实用新型提供了基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，下面结合说明书附图和具体实施实例对本实用新型作进一步说明。
基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器件从左至右依次分别由槽线馈电传输线1、槽线过度部分2、导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构3、人工表面等离激元传输线4、导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构3、槽线过度部分2和槽线馈电传输线1。
在人工表面等离激元传输线4两侧对称设置与之相连接的导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构3，导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构3均与槽线过度部分2、槽线馈电传输线1依次相连；其中，在人工表面等离激元传输线4上放置石墨烯三明治结构7，用来吸收人工表面等离激元传输线4上深度相同的沟槽中的电磁场。
槽线馈电传输线1用于信号的馈入和传输信号的提取，槽线过度部分2用来提升槽线和人工表面等离子激元传输线的阻抗匹配，导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构3用于提升导行波和人工表面等离子激元波之间的转换效率，人工表面等离激元传输线4用于传输人工表面等离子激元波。
馈电传输线1的结构自上而下依次由开槽的金属条带5和介质基板6构成。槽线过度部分2的结构自上而下依次由开槽的金属条带5和介质基板6构成。导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构3的结构自上而下依次由开槽的金属条带5和介质基板6构成，导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构3由12个深度渐变的沟槽构成，沟槽宽度均为1mm，最浅沟槽深度为0.5mm，依次增长0.5mm，最深沟槽深度为6mm；其中，靠近人工表面等离激元传输线4一侧的沟槽最深，远离人工表面等离激元传输线4一侧的沟槽最浅。人工表面等离激元传输线4的结构自上而下依次由开槽的金属条带5和介质基板6构成，人工表面等离激元传输线4由11个深度相同的沟槽周期排列构成，沟槽宽度1mm，深度6.5mm。
金属条带5的厚度为0.018mm，介质板6的厚度为0.17mm。
如图2所示，石墨烯三明治结构7有三层结构组成，自上而下分别是单层石墨烯方片8、浸泡离子液的隔膜纸9、单层石墨烯方片8。上下两层单层石墨烯方片加偏置电压，通过调节偏置电压的大小，石墨烯三明治结构7的方阻在600Ω/sq-3000Ω/sq范围间变化。石墨烯方阻的变化导致石墨烯吸收电磁场的强度发生改变，从而使得基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器件产生不同的衰减量。如图3所示，柔性衰减器工作在3GHz频段处，随着石墨烯的方阻从600Ω/sq变化到3000Ω/sq，衰减器的衰减量从-12dB变化到-4dB。实现了基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器衰减量动态可调的性能。
如图4-5所示，是基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器在伸直状态下的性能参数。图4结果表明在工作频率2GHz到4GHz中，随着石墨烯方阻的增加，衰减器的衰减量变小。图5结果表明在工作频率2GHz到4GHz中，在石墨烯方阻分别是600Ω/sq和3000Ω/sq的情况下，衰减器的反射系数均小于-10dB,因此基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器具有较小的回波损耗。
如图6-7所示，是基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器在弯曲状态下的性能参数。图6-7结果表明，基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器在弯曲状态下的性能参数与伸直状态下的性能参数相对比差异较小，说明基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器实现了柔性性能。
Claims (7)
1.基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，其特征在于：包括人工表面等离激元传输线(4)，在所述的人工表面等离激元传输线(4)两侧对称设置与之相连接的导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构(3)，所述的导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构(3)均与槽线过度部分(2)、槽线馈电传输线(1)依次相连；其中，在所述的人工表面等离激元传输线(4)上放置石墨烯三明治结构(7)。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，其特征在于：所述的槽线馈电传输线(1)为两层结构，上层是刻蚀槽缝的金属条带(5)，下层是介质基板(6)。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，其特征在于：所述的槽线过渡部分(2)为两层结构，上层是刻蚀槽缝的金属条带(5)，下层是介质基板(6)。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，其特征在于：所述的导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构(3)为两层结构，上层是刻蚀槽缝的金属条带(5)，下层是介质基板(6)；导行波转换人工表面等离子激元波过渡结构(3)由12个深度渐变的沟槽构成，沟槽宽度均为1mm，最浅沟槽深度为0.5mm，依次增长0.5mm，最深沟槽深度为6mm；其中，靠近人工表面等离激元传输线(4)一侧的沟槽最深，远离人工表面等离激元传输线(4)一侧的沟槽最浅。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，其特征在于：所述的人工表面等离激元传输线(4)为两层结构，上层是刻蚀槽缝的金属条带(5)，下层是介质基板(6)；人工表面等离激元传输线(4)由11个深度相同的沟槽周期排列构成，沟槽宽度1mm，深度6.5mm。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，其特征在于：所述的石墨烯三明治结构(7)为三层结构，自上而下分别是单层石墨烯方片(8)、浸泡离子液的隔膜纸(9)、单层石墨烯方片(8)；上下两层所述的单层石墨烯方片(8)由隔膜纸(9)隔开，隔膜纸(9)的厚度为0.05mm。
7.根据权利要求2-5中任意一项所述的基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器，其特征在于：所述的刻蚀槽缝的金属条带(5)由铜材质构成，厚度是0.018mm；所述的介质基板(6)由相对介电常数为2.65的F4B材料构成，其厚度为0.17mm。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022042318A1 (zh) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | 华为技术有限公司 | 一种人工表面等离激元传输线结构、电路板及电子设备 |
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2019
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