基于石墨烯材料的可调谐天线研究
发布时间：2020-11-21 10:43
石墨烯是一种由碳原子以蜂窝形状聚集而成的只有一个原子厚度的平面薄膜。其作为一种新型碳纳米材料,拥有诸多优良的性质,在许多领域已经备受学者关注。在微波技术领域,石墨烯表面电导率可以受到电场或者磁场调控,在可调谐天线、无源器件中有广泛的应用前景。本文主要研究基于石墨烯材料的可调谐天线,具体工作及主要创新点归纳如下:1.提出一种基于石墨烯材料的可调谐漏波天线。石墨烯条带宽度以及之间间距呈现周期性分布,以实现正弦调制电感表面。通过给石墨烯条带施加不同的直流电压,调谐石墨烯化学势进而改变天线表面阻抗大小,以此可以实现固定频率点下天线的方向图可调谐。2.提出一种基于石墨烯材料的Fabry-Perot谐振天线。利用石墨烯可作为一层可调谐部分反射表面的优势,来构造Fabry-Perot谐振腔,通过调谐石墨烯化学势改变谐振腔的谐振频率。然后将基于石墨烯的Fabry-Perot谐振腔覆盖到天线上方,通过调节石墨烯的化学势实现在不同的频率点增强天线的方向性。本论文提出两种基于石墨烯材料的可调谐天线,结构简单,天线可调性良好,在未来太赫兹电子系统中有巨大的应用潜力。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ127.11;TN826
【部分图文】：
第一章 绪论背景烯本质上来说就是一层由蜂窝形状碳原子重复排列分布而构成材料。石墨烯中每个碳原子以 sp2方式进行杂化，每个碳原子与三个碳原子相连，3 个杂化轨道形成 键，所有碳原子剩余 2p 键。自然界中的石墨就是无数层的单层石墨烯叠加在一起多形以前，有很多学者也尝试过将石墨一层层剥离以得到单原子层多层（三层或以上）碳原子层，却都没有得到单层碳原子厚度身也有很多理论物理学家认为诸如石墨烯一样的二维晶体在有在，单层碳原子结构的石墨烯不可能存在似乎成了一件默认的年，英国曼切斯特大学两位科学家 Andre Geim 和 Konstantin No非常简单的剥离方法得到了单层石墨烯[1]，便立即震惊了物理多领域均呈现出诸多优点，从此石墨烯成为各界争相研究的热物理学奖也因此授予两位发现石墨烯的科学家。
1.2 国内外研究现状在石墨烯诞生至现在短短十余年间，关于石墨烯研究层出不穷。首先在石墨烯制备方面，石墨烯制造工艺已经日趋成熟，除了最基本的机械剥离之外，化学气相沉积法、氧化还原、外延生长等新技术也可用来制造石墨烯[7]。目前已经可以在原子级别控制石墨烯的生长形状，获得任意形状的石墨烯条带[8]。与此同时，关于石墨烯应用也有了大面积的突破。2010 年，IBM 制造出截止频率高达 100GHz的石墨烯射频晶体管。IBM 公司认为基于碳纳米材料的芯片是未来重要的发展趋势之一，是延续摩尔定律的重要解决途径。美国斯坦福大学的研究学者研究表明：在锂离子电池中加入石墨烯，可以增强电池容量，增加电池循环使用次数[9]。与此同时，石墨烯在微波技术领域的也有了比较充分的研究。瑞士洛桑理工学院 Julien Perruisseau-Carrier 基于石墨烯支持表面等离子激元波传播特性设计出可调谐漏波天线[10]，通过给天线中条带的变化周期，进而使天线在固定的频率点方向图可调谐。但是此天线中为了调谐石墨烯阻抗，给单元中不同石墨烯条带施加不同的偏置电压，造成石墨烯电压偏置系统比较繁琐。
上海交通大学硕士学位论文单元，在 1.1~1.5THz 之间，反射波相位最大可调范围达到 290°[11]。A. G. loia 利用石墨烯在微波频段损耗较大的特性设计出一款宽频带吸波器，~22GHz 的宽频带内可以实现低于-10dB 的反射系数模值[12]。国内黄一等利用石墨烯设计出一种高阻表面（High impedance surface, HIS13]，将 HIS 置于环形天线下方作为衬底，并且通过外加偏置电压调谐石墨烯的阻抗，实现了环形天线的方向图可重构。
【参考文献】
本文编号：2892893
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ127.11;TN826
【部分图文】：
第一章 绪论背景烯本质上来说就是一层由蜂窝形状碳原子重复排列分布而构成材料。石墨烯中每个碳原子以 sp2方式进行杂化，每个碳原子与三个碳原子相连，3 个杂化轨道形成 键，所有碳原子剩余 2p 键。自然界中的石墨就是无数层的单层石墨烯叠加在一起多形以前，有很多学者也尝试过将石墨一层层剥离以得到单原子层多层（三层或以上）碳原子层，却都没有得到单层碳原子厚度身也有很多理论物理学家认为诸如石墨烯一样的二维晶体在有在，单层碳原子结构的石墨烯不可能存在似乎成了一件默认的年，英国曼切斯特大学两位科学家 Andre Geim 和 Konstantin No非常简单的剥离方法得到了单层石墨烯[1]，便立即震惊了物理多领域均呈现出诸多优点，从此石墨烯成为各界争相研究的热物理学奖也因此授予两位发现石墨烯的科学家。
1.2 国内外研究现状在石墨烯诞生至现在短短十余年间，关于石墨烯研究层出不穷。首先在石墨烯制备方面，石墨烯制造工艺已经日趋成熟，除了最基本的机械剥离之外，化学气相沉积法、氧化还原、外延生长等新技术也可用来制造石墨烯[7]。目前已经可以在原子级别控制石墨烯的生长形状，获得任意形状的石墨烯条带[8]。与此同时，关于石墨烯应用也有了大面积的突破。2010 年，IBM 制造出截止频率高达 100GHz的石墨烯射频晶体管。IBM 公司认为基于碳纳米材料的芯片是未来重要的发展趋势之一，是延续摩尔定律的重要解决途径。美国斯坦福大学的研究学者研究表明：在锂离子电池中加入石墨烯，可以增强电池容量，增加电池循环使用次数[9]。与此同时，石墨烯在微波技术领域的也有了比较充分的研究。瑞士洛桑理工学院 Julien Perruisseau-Carrier 基于石墨烯支持表面等离子激元波传播特性设计出可调谐漏波天线[10]，通过给天线中条带的变化周期，进而使天线在固定的频率点方向图可调谐。但是此天线中为了调谐石墨烯阻抗，给单元中不同石墨烯条带施加不同的偏置电压，造成石墨烯电压偏置系统比较繁琐。
上海交通大学硕士学位论文单元，在 1.1~1.5THz 之间，反射波相位最大可调范围达到 290°[11]。A. G. loia 利用石墨烯在微波频段损耗较大的特性设计出一款宽频带吸波器，~22GHz 的宽频带内可以实现低于-10dB 的反射系数模值[12]。国内黄一等利用石墨烯设计出一种高阻表面（High impedance surface, HIS13]，将 HIS 置于环形天线下方作为衬底，并且通过外加偏置电压调谐石墨烯的阻抗，实现了环形天线的方向图可重构。
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 黄一;基于碳纳米材料的谐振器与天线研究[D];上海交通大学;2013年
本文编号：2892893
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