[发明专利]石墨烯贴片型太赫兹法布里-珀罗谐振天线及其实现方法

说明书

一种石墨烯贴片型太赫兹法布里‑珀罗谐振天线及其实现方法，包括：由上而下依次设置的固定夹具、法布里‑珀罗谐振结构以及加脊馈源喇叭，其中：固定夹具与加脊馈源喇叭相连，法布里‑珀罗谐振结构固定设置于加脊馈源喇叭上方并与加脊馈源喇叭的金属上表面共同构成法布里‑珀罗谐振腔，加脊馈源喇叭辐射出的电磁波在法布里‑珀罗谐振结构中振荡并经调控后在主方向形成所需要的窄波束电磁辐射。本发明将图形化的石墨烯贴片结构应用于太赫兹天线可以提供优良的性能，引入了丰富的设计自由度，该天线工作于太赫兹频段，具有波束宽度易于设计与调控的优点。

技术领域

本发明涉及的是一种微波通信领域的技术，具体是一种基于石墨烯贴片型结构的太赫兹法布里-珀罗谐振天线及其实现方法。

背景技术

法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振结构是现有实现窄波束天线的常用方法，其工作原理是当入射电磁波频率满足谐振条件时，对应频率的方向性系数会有很高的峰值，而不满足谐振条件的频率对应的方向性系数幅度较小。法布里-珀罗谐振(FPR)天线由法布里-珀罗谐振腔以及天线馈源组成，谐振腔由两个反射面组成，其中一个反射面通常为具有全反射特性的金属反射面，另一个反射面为具有部分反射特性的部分反射面，通常由频率选择表面(FSS)组成，两个反射面之间的距离与部分反射面的反射系数面共同决定了谐振频率。当电磁波从天线馈源发出后，在部分反射面发生部分反射和部分透射，在金属反射面全反射，在谐振腔中来回振荡。当满足谐振条件时，天线前向辐射增加，波束宽度减小，方向性增强。

现有大部分法布里-珀罗谐振天线均工作于微波和毫米波低频段，工作于太赫兹频段的FPR天线较为少见。首先，随着工作频率的提高，对加工工艺精度提出了更高的要求。其次，对于太赫兹频段的FPR天线而言，由于充当谐振腔体的中间层介质厚度存在限制，可供太赫兹频段使用的规格较少。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种石墨烯贴片型太赫兹法布里-珀罗谐振天线及其实现方法，将图形化的石墨烯贴片结构应用于太赫兹天线可以提供优良的性能，引入了丰富的设计自由度，该天线工作于太赫兹频段，具有波束宽度易于设计与调控的优点。所提出的图形化金属-石墨烯混合结构工艺可用于加工实现出所设计的太赫兹天线。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于金属-石墨烯混合结构的太赫兹窄波束法布里-珀罗谐振天线，包括：由上而下依次设置的固定夹具、法布里-珀罗谐振结构以及加脊馈源喇叭，其中：固定夹具与加脊馈源喇叭相连，法布里-珀罗谐振结构固定设置于加脊馈源喇叭上方并与加脊馈源喇叭的金属上表面共同构成法布里-珀罗谐振腔，加脊馈源喇叭辐射出的电磁波在法布里-珀罗谐振结构中振荡并经调控后在主方向形成所需要的窄波束电磁辐射。

所述的固定夹具为低介电常数、低损耗的介质制成，具体介质包括：聚乳酸(PLA)；

所述的法布里-珀罗谐振结构包括：依次位于介质层上的金属图案和石墨烯图案，其中：石墨烯图案和金属图案具有导电性并形成反射面以实现对电磁波的部分反射。

所述的介质层不具有导电性，其用于分割①部分反射面与②作为金属反射面的加脊馈源喇叭上表面。

所述的加脊馈源喇叭包括：喇叭主体、分别设置于喇叭主体两端的金属脊和波导口，其中：喇叭主体的上方为金属上表面，金属脊位于喇叭主体靠近法布里-珀罗谐振结构一侧，用于外部连接馈电的波导口位于喇叭底部远离法布里-珀罗谐振结构一侧。

所述的法布里-珀罗谐振结构，通过金属-石墨烯混合结构工艺实现，包括以下步骤：

步骤1、准备一片基片，该基片可以耐受1000℃的高温工艺。

步骤2、在基片上旋涂光刻胶并烘干，从而得到完整的均匀光刻胶层。

步骤3、将掩模版放置于覆有完整均匀光刻胶层的基片上，进行曝光、显影和刻蚀操作，形成图形化的光刻胶图层。