[发明专利]基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线及方法

权利要求书

1.基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于包括：

缝隙辐射天线，采用石墨烯-金属结构的频率可调谐天线；

石墨烯三维相位可调谐透镜，位于缝隙辐射天线的前端；

其中：

所述缝隙辐射天线包括石墨烯-金属辐射层、介质板、微带馈电层；

所述石墨烯-金属辐射层设置在介质板的顶层，包括石墨烯调谐部分、金属贴片；石墨烯调谐部分的结构为类“V”字形；类“V”字形石墨烯调谐部分内侧形成喇叭状缝隙；石墨烯调谐部分的尖端内侧开有一缺口的圆形槽，该圆形槽与喇叭状缝隙连通；金属贴片位于石墨烯调谐部分的外侧，且与石墨烯调谐部分无缝接触；

所述石墨烯三维相位可调谐透镜由三层上下设置的超表面构成，且相邻超表面间存在空气层；中间层超表面与缝隙辐射天线的喇叭状缝隙较大开口端连接；三层超表面结构相同，每层超表面包括介质层，以及设置在介质层上的若干周期性排布的超表面单元；每个超表面单元为平行线单元，由多条石墨烯微带线平行设置，且相邻石墨烯微带线间存在缝隙。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于所述微带馈电层在介质板的底层，包括馈电结构、微带传输线；馈电结构位于石墨烯调谐部分内喇叭状缝隙最窄部分的下方，用以实现缝隙耦合馈电；微带传输线的一端与馈电结构连接，另一端延伸至介质板边缘。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于圆形槽的直径为1/8工作频率波长。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于喇叭状缝隙宽度为指数渐变，最窄宽度为1/2最高工作频率波长，最大宽度为1/2最低工作频率波长。

5.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于中间层超表面内所有超表面单元位于喇叭状缝隙较大开口所对应的区域内。

6.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于喇叭状缝隙较大开口端的长度为最低工作频率波长的1/2。

7.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于平行线长度为缝隙辐射天线工作频率波长的1/10。

8.根据权利要求1所述的基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线，其特征在于相邻超表面间空气层的厚度为天线工作频率波长的1/4，平行线单元的相邻两石墨烯微带线的间隙为平行线长度的1/8。

9.基于权利要求1-8任一所述的一种基于石墨烯三维相位可调谐透镜的高增益缝隙天线的调谐方法，具体是：

1)通过改变超表面单元石墨烯微带线的化学势，从而改变平行线单元的表面阻抗，进而调节介质层与石墨烯微带线之间等效电容的值，从而等效于改变石墨烯三维相位可调谐透镜中平行线单元的电长度，而电长度又与平行线单元的谐振频率相关，最终实现石墨烯三维相位可调谐透镜对缝隙辐射天线增益增强频段的可协调；

2)通过改变石墨烯-金属辐射层中石墨烯调谐部分的化学势，从而改变辐射层的表面阻抗，进而调节介质层与石墨烯调谐部分之间等效电容的值，从而等效于改变天线的喇叭状缝隙开口大小，实现天线的频率可调谐，最终完成对回波损耗带宽、增益带宽和模式带宽进行协调。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于通过改变石墨烯调谐部分的偏置电压，进而改变石墨烯的化学势。