基于石墨烯的频率可重构天线制造技术

本发明专利技术公开一种基于石墨烯的频率可重构天线，包括天线本体，所述天线本体包括馈电端口、上部的石墨烯层、中部的非导电介质层和下部的导电介质层；其中非导电介质层与石墨烯层的相交面形成上界面，非导电介质层与导电介质层的相交面形成下界面。馈电端口设置在石墨烯层的一端，且上下界面之间的垂直距离从馈电端口的正下方处向另一侧渐变；或馈电端口设置在石墨烯的中间，上下界面之间的垂直距离从中间的馈电端口的正下方处，向两侧对称渐变。本发明专利技术可通过调节外加偏置电压来连续调控天线工作频率，克服了以往频率可重构天线对频率的调控上不能连续调谐的缺点。

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯的频率可重构天线
本专利技术涉及天线领域，具体涉及一种基于石墨烯的频率可重构天线。
技术介绍
随着电子科学技术的发展和进步，用户数量和需求的剧增使得电磁频谱出现拥 挤，通信、雷达等需求迫使频带向高频、宽频扩展。因此天线数量也必然随之增加。而在单 个的系统中集成数量众多的天线，将使得各个子系统之间的电磁干扰严重，难以实现相互 兼容，导致天线的工作性能恶化。为了实现减轻集成天线的通信平台的重量，降低大规模商 业化生产的成本，同时达到良好电磁兼容特性等目的，希望可以在一个天线或天线阵上，通 过自动的改变天线的部分参数，例如天线尺寸、结构等，使其能够实现天线的频率可控，这 种新颖的天线就是频率可重构天线。 改变天线谐振长度或其电抗值是目前实现天线频率重构特性的两种主要方式。例 如利用开关元件的开与关两种状态，改变天线结构，得到不同的谐振长度对应的物 理尺寸，实现对工作频率的调节，或在天线的表面电流所在路径上加载开关，随着开关的通 断，原先的天线电流路径将会被导通或截断，从而得到频率可重构天线。还有利用某些方法 实现对天线电抗值的控制，例如加载电容、电阻等电抗元件，同样可以得到频率的可重构特 性。这些方法能够实现天线的频率可控，但是只能够为天线增加较少几个工作频率或者为 天线增加很窄的可用频段，对其频率的调控上不能连续。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是现有天线的频率调控无法实现连续的不足，提供一种基于石 墨烯的频率可重构天线。 为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的： 一种基于石墨烯的频率可重构天线，包括天线本体，所述天线本体包括馈电端口、 上部的石墨烯层、中部的非导电介质层和下部的导电介质层；其中非导电介质层与石墨烯 层的相交面形成上界面，非导电介质层与导电介质层的相交面形成下界面；馈电端口设置 在石墨烯层的端部；上界面与下界面之间的垂直距离从馈电端口的正下方处，向另一侧渐 变，即垂直距离从馈电端口正下方一侧向另一侧逐渐增大或减小。 上述方案中，所述上界面为水平面、连续变化的倾斜面或阶梯变化的阶梯面。 上述方案中，所述下界面为水平面、连续变化的倾斜面或阶梯变化的阶梯面。 上述方案中，所述非导电介质层为氧化铝介质层或氧化硅介质层；所述导电介质 层为娃介质层。 上述方案中，所述天线本体呈长方体。 一种基于石墨烯的频率可重构天线，包括天线本体，所述天线本体包括馈电端口、 上部的石墨烯层、中部的非导电介质层和下部的导电介质层；其中非导电介质层与石墨烯 层的相交面形成上界面，非导电介质层与导电介质层的相交面形成下界面；馈电端口设置 在石墨烯层的中间；上界面与下界面之间的垂直距离从中间的馈电端口的正下方处，向两 侧对称渐变，即垂直距离从中间向两侧呈对称地逐渐增大或减小。 上述方案中，所述上界面为水平面、从中间向两侧连续变化的倾斜面或从中间向 两侧阶梯变化的阶梯面。 上述方案中，所述下界面为水平面、从中间向两侧连续变化的倾斜面或从中间向 两侧阶梯变化的阶梯面。 上述方案中，所述非导电介质层为氧化铝介质层或氧化硅介质层；所述导电介质 层为娃介质层。 上述方案中，所述天线本体呈长方体。 与现有技术相比，本专利技术具有如下特点： 1、石墨烯具有较高的载流子密度，从而导致其优良的导电性能，使得基于石墨烯 的频率可重构天线具有损耗小、效率商等优点； 2、天线底部渐变式倾斜结构，这使得它能够通过外加偏置电场方便、连续地控制 天线谐振频率，实现天线频率的连续可重构； 3、可通过调节外加偏置电场来连续调控天线工作频率，克服了以往频率可重构天 线对频率的调控上不能连续调谐的缺点。 4、具有很强的实用性，可广泛用于微波频段、太赫兹频段、红外及光波段。 【附图说明】 图1为第一种基于石墨烯的频率可重构天线的主视图； 图2为图1的俯视图及等效不意图； 图3为第二种基于石墨烯的频率可重构天线的主视图； 图4为第三种基于石墨烯的频率可重构天线的立体结构图； 图5为图4的主视图； 图6为图4的俯视图及等效不意图； 图7为第四种基于石墨烯的频率可重构天线的主视图。 图中标号：1、石墨烯层；2、非导电介质层；3、导电介质层；4、上界面；5、下界面； 6、馈电端口。 【具体实施方式】 石墨烯具有独特的二维平面结构和电导率及电可调特性。根据Kubo公式可知在 微波、太赫兹波段或红外波段，化学势对石墨烯电导率有明显的影响，化学势大小的改变将 影响其电导率虚部的正负性。随着石墨烯的化学势变大，其电导率的虚部可变为正值，此时 它将可以传导交流电。随着石墨烯的化学势减小，其电导率的虚部可变为负值，此时它将不 能传导交流电。而石墨烯的化学势与其外加偏置电场成正比，外加偏置电场又由其外加偏 置电压控制，所以给石墨烯外加偏置电压将可以控制其对交变电流的传导（影响关系简式 如下，外加偏置电压U-偏置电场E-化学势u。一电导率 〇 -能否传导交流电）。利用上 述关系，通过外加偏置电压可以控制石墨烯的传导交变电流的长度，使其有效地辐射不同 谐振频率的电磁波，从而在保证方向图和增益稳定的同时实现天线的频率可重构。 一种基于石墨烯的频率可重构天线，包括天线本体。所述天线本体包括馈电端口 6、上部的石墨烯层1、中部的非导电介质层2和下部的导电介质层3 ;其中非导电介质层2 与石墨烯层1的相交面形成上界面4,非导电介质层2与导电介质层3的相交面形成下界面 5 ;馈电端口 6设置在石墨烯层1的端部；上界面4与下界面5之间的垂直距离从馈电端口 6的正下方处，向另一侧渐变，即垂直距离从馈电端口 6正下方一侧向另一侧逐渐增大或减 小。此时，该基于石墨烯的频率可重构天线则等效为单极子天线，如图2所示。 在本专利技术中，所述天线本体的形状可以根据用户需求进行设定，但最好能够保证 该六面体的四个侧面与水平面垂直，且这4个侧面两两垂直相交。如可以为正方体，长方 体，上下为斜面、左右为垂直平面的梯形体，或者为其他的六面体。在本专利技术优选实施例中， 所述天线本体为长方体。 对于非导电介质层2和导电介质层3的材质选择，只要能适于制作天线的材质即 可。如在本专利技术中，所述非导电介质层2为氧化铝介质层或氧化硅介质层。在本专利技术优选 实施例中，所述非导电介质层2为氧化铝介质层。在本专利技术中，所述导电介质层3为硅介质 层。 非导电介质层2与石墨烯层1的相交面形成上界面4,非导电介质层2与导电介质 层3的相交面形成下界面5。上界面4和下界面5之间的垂直距离的渐变性，是本专利技术最重 要的改进点之一，当这一渐变的结构特点与石墨烯的特性相结合，便能够保证天线的频率 连续可调。 上界面4和下界面5本身的结构，只要能够形成相对倾斜的结构即能保证上界面4 和下界面5之间的垂直距离的渐变性。也就是说，在本专利技术中，所述上界面4为水平面、连 续变化的倾斜面或阶梯变化的阶梯面。所述下界面5为连续变化的倾斜面或阶梯变化的阶 梯面。在专利技术的一种优选实施例中，所述上界面4为水平面，所述下界面5为倾斜面，这样 的上界面4和下界面5的结构，能够实现天线工作频率的连续可调，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于石墨烯的频率可重构天线，包括天线本体，其特征在于：所述天线本体包括馈电端口(6)、上部的石墨烯层(1)、中部的非导电介质层(2)和下部的导电介质层(3)；其中非导电介质层(2)与石墨烯层(1)的相交面形成上界面(4)，非导电介质层(2)与导电介质层(3)的相交面形成下界面(5)；馈电端口(6)设置在石墨烯层(1)的端部；上界面(4)与下界面(5)之间的垂直距离从馈电端口(6)的正下方处，向另一侧渐变，即垂直距离从馈电端口(6)正下方一侧向另一侧逐渐增大或减小。

【技术特征摘要】
1. 基于石墨烯的频率可重构天线，包括天线本体，其特征在于：所述天线本体包括馈 电端口（6)、上部的石墨烯层（1)、中部的非导电介质层⑵和下部的导电介质层（3);其中 非导电介质层（2)与石墨烯层（1)的相交面形成上界面（4)，非导电介质层（2)与导电介质 层（3)的相交面形成下界面（5);馈电端口（6)设置在石墨烯层（1)的端部；上界面（4)与 下界面（5)之间的垂直距离从馈电端口（6)的正下方处，向另一侧渐变，即垂直距离从馈电 端口（6)正下方一侧向另一侧逐渐增大或减小。2. 根据权利要求1所述基于石墨烯的频率可重构天线，其特征在于：所述上界面（4) 为水平面、连续变化的倾斜面或阶梯变化的阶梯面。3. 根据权利要求1所述基于石墨烯的频率可重构天线，其特征在于：所述下界面（5) 为水平面、连续变化的倾斜面或阶梯变化的阶梯面。4. 根据权利要求1所述基于石墨烯的频率可重构天线，其特征在于：所述非导电介质 层（2)为氧化铝介质层或氧化硅介质层；所述导电介质层（3)为硅介质层。5. 根据权利要求1所述基于石墨烯的频率可重构天线，其特征在于：所述天线本体呈 长方体。6. 基于石墨烯的频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彦南，袁锐，王扬，曹卫平，王娇，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45