[发明专利]一种基于石墨烯加载的太赫兹频率可调微带贴片天线

说明书

本发明提供了一种基于石墨烯加载的太赫兹频率可调微带贴片天线，包括：金属辐射体、石墨烯贴片、介质基板、接地共面波导和直流偏置电路；金属辐射体与石墨烯贴片放置在介质基板上；接地共面波导包括信号线与地线，信号线与地线之间设置集中端口；直流偏置电路包括高阻线、扇形面、两个金属片和多晶硅电极，高阻线为四分之一波长具有高特性阻抗的细微带线，扇形面为四分之一波长的开路微带线，金属片一个放置在介质基板上并与石墨烯贴片相连，另一个刻蚀在介质基板下的多晶硅上，多晶硅电极插入在介质基板中。本发明专利技术工作频段在太赫兹频段，能够实现天线谐振频率在低于初始谐振频率范围内线性可调。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种基于石墨烯加载的太赫兹频率可调微带贴片天线。

背景技术

石墨烯材料在电磁、热、力学方面拥有诸多优异特性。电特性：高频时趋肤效应小，电流承载能力强，当其用于构成小型化无源器件时，相比传统电磁材料能提供更高的品质因数和工作效率以及较低的损耗和较强的抗干扰能力；热特性：热导率高，散热快，适合高功率密度场景；力学特性：密度低，杨氏弹性模量大，极其适合高切换速度的纳机电系统。石墨烯正是凭借其众多的优良特性，已经被广泛应用于如光电子、生物工程、能量存储等领域。在微波技术领域，石墨烯因其表面电导率能够受外加电场以及磁场调谐，可以作为一种出色的可调谐材料应用到天线以及其他无源器件中。随着微波器件工作频率的不断升高，尤其是到太赫兹频段，传统金属材料的趋肤效应将更加明显，并且电阻率也会增大，这也会导致包括尺度效应、可靠性降低、热稳定性下降等严重的系统问题。而石墨烯因其本身的诸多优异特性可以很好的避免上述问题，这使得石墨烯在太赫兹可调谐天线及其它无源器件的研究具有重要的发展前景。

发明内容

针对石墨烯电导率可调的特点，本发明提供了一种基于石墨烯加载的太赫兹频率可调微带贴片天线。

根据本发明提供的一种基于石墨烯加载的太赫兹频率可调微带贴片天线，包括：金属辐射体、石墨烯贴片、介质基板、接地共面波导和直流偏置电路；

所述金属辐射体为工作在300GHz的微带贴片天线；

所述石墨烯贴片为40um宽的方形薄片；

所述介质基板为厚20um的二氧化硅；

所述接地共面波导包括信号线与地线，所述信号线与地线之间设置集中端口；

所述直流偏置电路包括高阻线、扇形面、两个金属片和多晶硅电极；

优选地，所述金属辐射体与所述石墨烯贴片有部分重合，使天线与石墨烯良好接触。

优选地，所述石墨烯贴片与所述高阻线一端有部分重合，以保证对石墨烯施加偏置电压。

优选地，所述接地共面波导通过金属孔连接上下两层地，方便以后应用高频探针测试。

优选地，所述高阻线为四分之一波长具有高特性阻抗的微带线，以达到对高频信号开路。

优选地，所述扇形面为四分之一波长的开路微带线，以达到对高频信号短路。

优选地，所述两个金属片位于天线顶层，一个连接到高阻线，一个从所述介质基板顶层刻蚀在所述多晶硅电极上，以便于施加偏置电压。

优选地，所述多晶硅插入到距所述介质基板顶层下10nm处，为了能够在所述多晶硅电极和石墨烯之间形成偏置电场。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明在对石墨烯施加直流电压控制其电导率的同时，设计了使高频信号与直流隔离的偏置电路，能够实现微带贴片天线的谐振频率在低于其初始谐振频率的范围内线性可调。本发明充分考虑了石墨烯天线的加工因素，所设计的天线可以在现有基础上直接进行加工测试。

附图说明