石墨烯微带天线的特性研究及传感应用

发布时间：2022-11-11 19:11

　　随着物联网、电子通信等行业的迅猛发展,微电子学已经突破了摩尔定律来到了纳米时代。在这种情形下,为了满足高速发展的信息的需求,科学家们迫切需要纳米材料等领域的进一步发展。石墨烯作为纳米材料的一种,其优异的性能导致其一经发现就引起了全球范围内的广泛关注。本文采用理论建模与仿真计算相结合的方法分析了金属偶极子天线在单层石墨烯反射板结构上的辐射特性,在此基础上,创新性地将多层石墨烯薄膜引入到柔性天线压力传感器中,并对其传感性能进行了研究。论文研究工作和结果如下:首先,本文介绍了单层石墨烯和多层石墨烯的电导特性,将MATLAB仿真与理论公式相结合,对单层石墨烯的可调电导率进行了研究。通过改变化学势来调控石墨烯的电磁特性,同时还介绍了石墨烯表面等离子激元的传输特性。其次,利用单层石墨烯的可调谐性,结合理论计算与电磁仿真,介绍了一个金属偶极子天线在单层石墨烯复合介质衬底上的辐射特性。针对传统金属偶极子天线频率单一、方向性差、频带窄、增益低等缺点,本文提出的新型天线工作在35 GHz到45 GHz的范围内,与原有金属偶极子天线相比,方向性系数由0.42 dBi提升至3.75 dBi,天线增益由0.41... 

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 石墨烯的研究背景
        1.1.2 石墨烯柔性导电薄膜的研究背景
        1.1.3 柔性压力传感器的研究背景
    1.2 课题国内外研究现状
        1.2.1 石墨烯在天线领域的研究现状
        1.2.2 天线在柔性压力传感器中应用的研究现状
        1.2.3 石墨烯在柔性压力传感器中应用的研究现状
    1.3 本章小结及论文工作安排
第2章 基本理论概述
    2.1 石墨烯的理论基础
        2.1.1 石墨烯材料参数特性
        2.1.2 单层石墨烯可调性实现方法
        2.1.3 石墨烯表面等离子体激元理论分析
        2.1.4 多层石墨烯材料参数特性
    2.2 天线的基本理论
        2.2.1 偶极子天线的基本理论
        2.2.2 微带天线的基本理论
    2.3 本章小结
第3章 金属偶极子天线在单层石墨烯反射板结构上的辐射特性研究
    3.1 引言
    3.2 石墨烯基可调金属偶极子天线的设计
    3.3 石墨烯基可调金属偶极子天线的谐振频率特性
    3.4 石墨烯基可调金属偶极子天线的场强分布
    3.5 石墨烯基可调金属偶极子天线的远场辐射特性
        3.5.1 远场辐射方向图
        3.5.2 方向系数和增益
        3.5.3 辐射效率
    3.6 本章小结
第4章 基于多层石墨烯膜的柔性天线压力传感器的设计
    4.1 引言
    4.2 石墨烯膜柔性天线的设计
        4.2.1 同轴法测介质基板的介电常数
        4.2.2 矩形贴片天线的设计
        4.2.3 微带匹配线的设计
    4.3 石墨烯膜柔性天线的仿真结果分析
    4.4 石墨烯膜柔性天线压力传感器的测试
        4.4.1 辐射性能测试
        4.4.2 温度影响测试
        4.4.3 灵敏度测试
        4.4.4 稳定性测试
    4.5 本章小结
第5章 总结和展望
    5.1 总结
    5.2 创新点
    5.3 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间获得与学位论文相关的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/氮化硼/石墨烯三明治薄膜的制备和导热性能[J]. 王婷,潘成岭,虞锦洪,江南.  热加工工艺. 2017(04)
[2]基于L形谐振腔MIM波导结构滤波特性的研究[J]. 庞绍芳,屈世显,张永元,解忧,郝丽梅.  光学学报. 2015(06)
[3]新型低剖面石墨烯THz天线研究[J]. 王力,何丙发,孙庆锋.  微波学报. 2015(01)
[4]贵金属纳米材料的液相合成及其表面等离子体共振性质应用[J]. 刘惠玉,陈东,高继宁,唐芳琼,任湘菱.  化学进展. 2006(Z2)
[5]光学薄膜的市场动向[J]. 陶永详.  激光与光电子学进展. 1986(10)

博士论文
[1]太赫兹波段石墨烯可调电导特性与应用研究[D]. 周译玄.西北大学 2014
[2]基于光整流的太赫兹源与新型太赫兹导波结构研究[D]. 叶龙芳.电子科技大学 2013
[3]基于压力敏感导电橡胶的柔性多维阵列触觉传感器研究[D]. 黄英.合肥工业大学 2008

硕士论文
[1]天线远场测量系统的设计与分析[D]. 刘龙.西安电子科技大学 2014
[2]矩形微带天线设计与阻抗匹配网络[D]. 宋旭亮.大连海事大学 2008



本文编号：3705587