[发明专利]一种碳纳米管太赫兹天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的碳纳米管太赫兹天线。

技术背景

随着社会的发展，通信技术成为人类进步的巨大推动力量之一。碳纳米管是一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多优越的力学、电学和化学性能，是纳米技术领域中非常重要的材料之一。碳纳米管的制备工艺相对成熟，为研究碳纳米管天线提供了物质条件。现在越来越多的通信采用更高的发射和接收频率，尤其在国际通讯联盟指定200GHz的频段为下一步卫星间通讯之用后。实际上这个波段就已经是在太赫兹(0.1THz-10THz)波段范围内。频率越高，就意味着传输的电磁波波长越短。这时候碳纳米管这个特殊的材料就变成了研究太赫兹天线的理想材料。

现在已有研究指出，只要入射波长与碳纳米管天线成一定对应比例，碳纳米管在太赫兹波段可以辐射和吸收电磁波。本发明中。在碳纳米管中掺杂铜线，将碳纳米管做成天线阵列可以进一步增强辐射强度，使天线获得更高的增益。因此，研究碳纳米管太赫兹天线具有很好的实用意义。

发明内容

本发明针对上述技术分析，提供了一种碳纳米管太赫兹天线，该碳纳米管太赫兹天线适用于接收和发射频率高于0.01THz的电磁波，可以制作对应长度在纳米、毫米甚至厘米级别的天线。

本发明的技术方案：

一种碳纳米管太赫兹天线，采用硅基底上碳纳米管嵌套结构，由硅基底、碳纳米管、嵌套材料铜线和交流电源组成，碳纳米管构成阵列设置于硅基底上，碳纳米管的半径为入射波长的0.0001倍，两段碳纳米管之间的缝隙宽度为入射波长的0.01倍，交流电源位于两段碳纳米管之间的缝隙处，并与两边的嵌套材料铜线连接，整个天线的长度为入射波波长的0.5倍。

所述碳纳米管-嵌套材料铜线形状为线形、工字形、Y字形或环形。

该碳纳米管太赫兹天线模型中，由于碳纳米管与铜线之间的耦合效应和碳纳米管之间的辐射叠加效应，使天线的辐射增益提高。

本发明的优点是：

该碳纳米管太赫兹天线模型中，由于碳纳米管与铜线之间的耦合效应和碳纳米管之间的辐射叠加效应，使天线的辐射增益提高。该碳纳米管太赫兹天线由于入射波频率为太赫兹、铜线的添加以及阵列结构，其增益较普通的碳纳米管天线有显著提高；结合太赫兹技术，碳纳米管太赫兹天线能够更好的应用在如国防系统的设备研究上。

附图说明

图1为该碳纳米管太赫兹天线结构示意图

图2为碳纳米管太赫兹偶极天线模型中线型碳纳米管嵌套铜线示意图

图3为碳纳米管太赫兹偶极天线模型中“Y”字型碳纳米管嵌套铜线示意图

图4为碳纳米管太赫兹环形天线模型碳纳米管嵌套铜线示意图

图中：1.硅基底 2.碳纳米管 3.嵌套材料铜线 4.交流电源。

具体实施方式

以下将通过实施例详细描述本发明所提供的一种新型的碳纳米管太赫兹天线。但本领域的技术人员应该认识到，在权利要求的范围内，可以做出形式上和细节上的多种变型。因此本发明绝不仅限于以下所述的实施例。

实施例1：

一种碳纳米管太赫兹天线，如图1所示，采用硅基底上碳纳米管嵌套结构，由硅基底1、碳纳米管2、嵌套材料铜线3和交流电源4组成，碳纳米管2构成阵列垂直设置于硅基底1上并平行排列，碳纳米管2-嵌套材料铜线3的形状为线形，碳纳米管2的半径为入射波长的0.0001倍，两段碳纳米管2之间的缝隙宽度为入射波长的0.01倍，交流电源4位于两段碳纳米管2之间的缝隙处，并与两边的嵌套材料铜线3连接，整个天线的长度为入射波波长的0.5倍。

实施例2：

一种碳纳米管太赫兹天线，如图2所示，结构特征与实施例1基本相同，不同之处在于：碳纳米管2-嵌套材料铜线3的形状为工字形。

实施例3：

一种碳纳米管太赫兹天线，如图3所示，结构特征与实施例1基本相同，不同之处在于：碳纳米管2-嵌套材料铜线3的形状为Y字形。

实施例4：

一种碳纳米管太赫兹天线，如图4所示，结构特征与实施例1基本相同，不同之处在于：碳纳米管2-嵌套材料铜线3的形状为环形。

本模型模拟采用的设计软件为基于有限时域积分技术的全波分析软件CST微波工作室，这个软件可以模拟全电磁频段的天线辐射特性，其中就包括太赫兹波。电路模型采用材料为碳纳米管嵌套铜线的射频电路。首先，从以下四个方面-动态电感、静电电容、量子电容、电子自旋建立碳纳米管太赫兹天线的等效电路。然后得到碳纳米管嵌套铜线的表面电流分布和局域电场分布。然后利用模型分别计算电场分布，辐射功率、强度、电阻，方向性，有效面积等参数。结果显示，由于碳纳米管的等离子共振频率处于太赫兹波段，所以当天线长度等于0.5倍入射波长，每根天线的两端碳纳米管半径与间隙比为100:1时，辐射增益能达到最大值.此时碳纳米管太赫兹天线具有最好的相对带宽和增益，由于基底的添加，对此碳纳米管太赫兹天线的方向性和增益幅度也很有帮助。