[发明专利]基于石墨烯的微波段波束控制及极化变换器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的微波段波束控制器及极化变换器，属于微波器件技术领域，由上至下依次设置的PVC衬底、FR4介质和金属底板，在PVC衬底上设置石墨烯条带；石墨烯条带包括单层石墨烯条带和多层石墨烯条带。本发明的基于石墨烯的微波段波束控制及极化变换器结构简单，石墨烯的方阻能够通过直流电压源对其施加不同的电压进行控制，本发明利用了静态方法，即直接生长出相应阻抗的石墨烯来对设计进行验证。本发明具体功能包括对反射波束进行方向控制及对反射波束的极化状态进行变换，可用于定向、隐身等应用，为石墨烯在微波段的应用铺展了道路。

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，涉及基于石墨烯的微波段波束控制及极化变换器。

背景技术

波束方向控制及波束极化态变换无论是在电磁学的基础研究还是在电磁器件技术方面都是很重要的课题，在诸如反射面天线、波束成形天线、卫星通信、手机通信等领域都有着重要的应用。从电磁学的角度来讲，波束方向控制及波束极化态变换，都是依赖于对电磁波相位的控制。

近年来，随着超材料及超表面的发展，人们对电磁波的相位控制有了全新的手段，基于相位控制的器件也相应的蓬勃发展。作为一种二维的超材料，超表面具有轻质、便捷的物理特性，更重要的是，人们可以通过对亚波长单元的形状、尺寸等参数的改变获得预期的反射或透射相位值，进而通过不同的阵列排布，形成各种功能性的器件。传统的基于金属贴片的超材料外形一旦固定，其功能也随之确定，缺乏可调特性及可重构特性。

为了解决此弊端，可调二极管被大量使用于超表面对电磁波的相位控制之中，并且应用到波束方向控制(T.J.Cui,M.Q.Qi,X.Wan,J.Zhao,and Q.Cheng,“Codingmetamaterials,digital metamaterials and programmable metamaterials,”LightSci.Appl.,vol.3,p.e218,2014.)、波束极化态变换(Fernández,O.,Gómez,Vegas,A.,Molina-Cuberos,G.J.,&Barba,I.“Diode switchable chiral metamaterial structureforpolarization manipulation,”2017IEEE MTT-S InternationalConference179，2017)等领域。然而，基于可调二极管的器件存在焊接复杂，馈线众多的缺点，给其实际应用造成不便。

石墨烯作为一种2004年开始发展的新兴材料，在力学、电学、光学、生物化学等等方面表现出杰出的性能，如具有最快的电子迁移率(15000cm2/v/cm)，不受温度控制的超高电荷载流子迁移率(200000cm2/v/s)和接近光速的高效的费米速度(106m/s)。石墨烯还有极好的机械性能，其杨氏模量为1.0TPa，此外，它还有极好的电子传导率及柔韧性。