[发明专利]基于石墨烯的方向图及频率可重构微带天线及方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的方向图及频率可重构微带天线及方法。本发明天线采用一种新型的混合石墨烯‑金属结构辐射面以改进传统的纯金属天线，所述混合石墨烯‑金属结构辐射面包括石墨烯调谐部分以及金属辐射体。结果表明，所提出的发明天线可以通过改变天线辐射面的石墨烯调谐部分的电场偏置进行动态重构，且由于本发明偶极子天线的辐射贴片保留了传统的金属材料，又极大的平衡了传统金属天线的辐射性能。此外，基于石墨烯材料的特殊性质，本发明天线能够实现对发明天线中三对引向器结构的具体控制，通过控制不同引向器结构的引向效果，从而实现本发明微带偶极子天线方向图可重构。

技术领域

本发明属于可重构微带天线领域，涉及一种基于石墨烯的方向图及频率可重构微带天线及方法。

背景技术

自从第二次工业革命以来，汽车有了巨大的发展。如今，汽车已经成为不可或缺的，随着信息和通信技术的快速发展，人们对汽车的关注不再仅仅是质量。汽车革命的下一个前沿是在车辆上装备无线通讯设备。

随着汽车的飞速发展，汽车上的传感器越来越多。目前一辆汽车上的传感器大约有100个，随着汽车的智能化和自动化程度的提高，传感器的数量预计在未来几年将翻一番，因此，将纳米天线应用于汽车通信是非常必要的。在太赫兹频段，天线将被小型化，而传统的金属天线由于金属的低电子迁移率和的巨大衰减，使得小型化几乎不能实现。幸运的是，石墨烯基元件的发展表明石墨烯的高电子迁移率非常适合于超高频应用，并且石墨烯在天线结构中的应用还带来了其他卓越的性能，如高效的动态调谐、极度小型化，甚至是机械的灵活性和透明度。然而，石墨烯电导率在太赫兹波段存在巨大的虚部，导致石墨烯的大量内部电流转化为热能从而严重影响了天线的效率，这严重阻碍了石墨烯天线在车载天线上的应用。

针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。因此，提出了一种基于石墨烯的方向图及频率可重构微带天线。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种基于石墨烯的方向图及频率可重构微带天线。

一种基于石墨烯的方向图及频率可重构微带天线包括天线介质层、设置在天线介质层上层的天线石墨烯-金属辐射层；

所述天线石墨烯-金属辐射层包括一对构成微带偶极子天线的多边形辐射贴片，以及多个不同模式的引向器；

所述多边形辐射贴片由调谐结构以及辐射体构成。

所述调谐结构为靠近激励端口的石墨烯贴片；该结构靠近激励端口可以对微带天线的激励电流起到最大限度的调谐作用。

所述辐射体为与调谐结构相连的金属贴片，其材质为传统金属材料；辐射体结构采用金属材料能够使得天线保持传统天线的辐射性能。

调谐结构、辐射体共同构成1/2工作频率波长的多边形辐射贴片，调谐结构的长度越长则天线可调谐范围越大，但天线的辐射性能降低，当前为基于仿真的最优值，调谐结构长度为5μm。

作为优选，两个辐射贴片间的距离为5μm。

作为优选，调谐结构为三角形，其顶点靠近激励端口；辐射体结构为六边形；所述调谐结构以及辐射体结构共同构成五边形结构。

所述的引向器均由两个关于激励端口中心对称的引向贴片构成；每个引向器的两个引向贴片的一端与不同多边形辐射贴片的辐射体连接；

作为优选，每个引向贴片由多个平行设置的矩形引向贴片构成，且相邻引向贴片间留有缝隙。

所述引向贴片的材料为石墨烯材料，利用石墨烯材料的特殊性质可以实现对每一对引向器结构的具体控制，从而实现天线辐射方向图的可重构特性。

作为优选，所述介质层的材质为透明玻璃基板，介电常数为3.75，厚度为5μm。