一种频率可重构的石墨烯介质谐振的太赫兹片上天线制造技术

本发明专利技术公开一种基于石墨烯的高效率频率可重构天线。包括基于石墨烯的馈电结构和介质谐振器。所述馈电结构包括下部的硅材料层、中部的二氧化硅层和上部的石墨烯层。所述介质谐振器可由氧化铝制成。所述的硅层既作为天线基板，也作为电极用以调控石墨烯的电磁特性。本发明专利技术可以通过外加直流偏置对天线系统的工作频率和辐射效率进行连续调控的特性，同时具有体积小，效率高，容易集成等特性。

【技术实现步骤摘要】
一种频率可重构的石墨烯介质谐振的太赫兹片上天线
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的介质谐振器天线。
技术介绍
石墨烯是一种由碳六元环构成的单层二维材料，其厚度只有一个原子大小，是世界上最薄的材料。同时石墨烯也是世界上最早发现的二维材料，具有许多传统材料不具有的优越特性。例如，石墨烯的透光率是97.7%，是一种透明材料；因为石墨烯是一种二维材料，而且十分稳定，所以电子在石墨烯上的运动没有收到太多碳原子的影响从而发生散射作用；实验测量发现，石墨烯中电子的运动速度达到了1/300的光速。从宏观上来说，石墨烯的电子迁移率非常高，而且具有优异的可调控性质。因此，石墨烯在电子、光电、光子器件中具有非常广阔的应用前景。随着5G的推广，人工智能的普及，人们对无线通讯的需求越来越高。特别是近年来爆发的通讯设备和应用，迫切需求更大带宽，更小时延的天线系统。因此为了扩展带宽资源，开发毫米波甚至太赫兹的天线系统就显得十分必要。近年来，无线系统正在朝着多功能的方向发展。这种多功能性是为了给用户提供在不同的时间连接到不同的无线设备完成不同的功能。为了充分地发挥其潜力，这些无线系统不仅需要可捷变的电子设备和自适应信号处理的能力，还需要的就是可重构天线。可重构天线可以简单的有效的减少再达到预期系统功能的前提下所需的天线数量，但同时它们也可以用于设计服务于更复杂的目的。其中的一些目标包括利用可编程控制元器件和反馈系统，以提高系统的吞吐量，降低误码率和噪声，提高安全性，还可用作可重构硬件来延长整个系统的使用寿命。新兴应用的例子包括多输入多输出（MIMO）系统，多功能无线设备和高性能相控阵。合理有效地利用石墨烯材料的电磁特性，设计一个太赫兹的频率可重构天线是本专利技术的主要工作。
技术实现思路
本专利技术提供了一种简单、高效率、体积小并且容易集成的石墨烯频率可重构太赫兹片上天线。为了达到以上效果，本专利技术通过以下技术方案实现：包括基于石墨烯的馈电结构和一个介质谐振器。所述馈电结构包括下部的硅层、中部的二氧化硅层和上部的石墨烯层。所述的介质谐振器可由氧化铝制成。所述的硅层既作为天线的基底，也作为电极用以调控石墨烯的电磁特性。上述方案中，石墨烯层是一个将能量馈入介质谐振器的馈电结构。上述方案中，介质谐振器可以由氧化铝制成，也可以用其他材料制成。上述方案中，硅层也作为电极，用以调控石墨烯电磁特性。上述方案中，天线基底是硅和二氧化硅，与集成电路工艺兼容。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：采用硅和二氧化硅基底，可以跟现有的集成电路工艺兼容。通过外加直流偏置可以方便地调节天线的工作频率和效率。硅层既作为天线的基板，也作为石墨烯调控的电极。效率高，具有很强的实用性，可以工作在太赫兹波段。附图说明图1为频率可重构石墨烯太赫兹片上天线的侧视图。图2为方向图E面和H面仿真效果示意图。图3为天线S11仿真结果图。图4为天线辐射效率仿真结果图。具体实施方式图1是本专利技术频率可重构石墨烯太赫兹片上天线的示意图。本专利技术中，馈电网络结构可以由用户需求来设定，但必须保证馈电结构均匀地覆盖在介质谐振器处，从而产生一个近似平行于石墨烯面的静电场。对于介质谐振器的非导电材料选择，只要是适用于太赫兹天线设计的材质即可。如在本专利技术优选实例中，所选的介质谐振器材料为氧化铝。石墨烯材料为单层石墨烯材料。本专利技术中，电磁能量从石墨烯曲槽馈入到介质谐振器中，因为介质谐振器的介电特性和损耗特性，电磁波在里面反复震荡，其中一部分电磁波发射出去形成天线。为了保证偏置电压加载的可靠性，需要保证二氧化硅的厚度并且工作在击穿电压以下，在改变其他结构参数时不能影响硅层和石墨烯层的绝缘。石墨烯具有独特的二维平面结构以及电可调特性。根据Kubo公式，可知石墨烯具有电可调的特性，尤其是在红外波段以下，石墨烯介电常数稳定为负值，同时受到外加电场的调控。具体的控制机理是：给石墨烯材料和电极加上直流电压U，产生一个强度为E的电场，电场方向垂直于石墨烯片，这个电场强度和石墨烯的化学势成正相关，而根据石墨烯化学势跟电导率、介电常数的关系，可以知道外加直流偏置电压和石墨烯电磁特性的关系。石墨烯的介电常数又影响了天线的谐振频率。从而达到频率可重构的效果。图2是本专利技术频率可重构石墨烯太赫兹片上天线通过电磁仿真软件仿真时E面和H面方向图。图3是本专利技术频率可重构石墨烯太赫兹片上天线通过电磁仿真软件仿真时的S参数结果示意图。图4是本专利技术频率可重构石墨烯太赫兹片上天线通过电磁仿真软件仿真时的可调辐射效率图。具体地说，在调控石墨烯的化学势时，天线的辐射方向图变化比较小，但是天线的工作中心频率会有比较明显的变化。实现了天线的频率可重构功能。具有便捷性，可调性。具体地说，天线的辐射效率也可以通过调控石墨烯的化学势来实现可调；同时，辐射效率最高可达80%，满足了太赫兹天线的性能要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率可重构的石墨烯介质谐振的太赫兹片上天线，其特征在于，包括作为介质基板的单面氧化的硅、石墨烯馈电网络以及置于石墨烯馈电网络其上的介质谐振器，构成一个频率可重构的石墨烯介质谐振的太赫兹片上天线，所述的石墨烯馈电网络与硅通过直流偏置电压连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种频率可重构的石墨烯介质谐振的太赫兹片上天线，其特征在于，包括作为介质基板的单面氧化的硅、石墨烯馈电网络以及置于石墨烯馈电网络其上的介质谐振器，构成一个频率可重构的石墨烯介质谐振的太赫兹片上天线，所述的石墨烯馈电网络与硅通过直流偏置电压连接。


2.如权利要求1所述的一种频率可重构的石墨烯介质谐振的太赫兹片上天线，其特征在于：石墨烯馈电网络结构由用户需求来设定，但需要均匀地覆盖在介质谐振器处，电磁能量从石墨烯曲槽馈入到介质谐振器中，因为介质谐振器的介电特性和损耗特性，电磁波在里面反复震荡，其中一部分电磁波发射出去形成天线。


3.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱正芳，梁豪，周灿钦，
申请(专利权)人：深圳华梦通讯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44