[发明专利]基于石墨烯的通带可开关频率选择表面及其实现方法

说明书

一种基于石墨烯的通带可开关频率选择表面及其实现方法，包括：由内而外对称设置于金属结构层两侧的介质层和金属‑石墨烯混合结构谐振器阵列层；金属‑石墨烯混合结构谐振器阵列层为若干采用金属‑石墨烯混合结构加工工艺得到的基本单元排列组成，具体为末端加载石墨烯矩形片的金属‑石墨烯混合十字形结构。本发明依据孔径耦合谐振器(ACR)基本理论，所设计的频率选择表面工作于太赫兹频段，且具有通带工作状态可开关的优点。

技术领域

本发明涉及的是一种太赫兹通信领域的技术，具体是一种基于孔径耦合石墨烯谐振器的通带可开关频率选择表面。

背景技术

在无线通信系统中，频率选择表面(FSS)可以用作雷达天线罩使用，允许特定频段电磁波的接收和发射，即特定频段的电磁波无法进行发射或接收，这种情况下需要使用通带可开关的频率选择表面作为天线罩。

然而，现有的可开关频率选择表面的缺陷和不足在于：现有的可开关频率选择表面大多基于二极管的正向导通和反向截止特性设计，且大多工作于微波频段。二极管的尺寸和截止频率限制了这种设计思路在高频段的应用，例如，在太赫兹频段，电磁波的波长较短，甚至小于二极管自身尺寸，无法使用二极管实现可开关的太赫兹频率选择表面。

另一方面，石墨烯是一种由碳原子构成的原子厚度蜂窝状二维材料，具有表面电导率可调谐的优越电磁特性。石墨烯的电化学势较低时呈现高阻状态，电化学势较高时则呈现低阻状态，通过对石墨烯施加直流电压偏置，可改变载流子浓度进而改变电化学势，实现电导率的变化。因此，可将石墨烯材料用于可开关频率选择表面的设计与实现当中，目前尚无石墨烯可开关频率选择表面的报导。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于石墨烯的通带可开关频率选择表面及其实现方法，依据孔径耦合谐振器(ACR)基本理论，所设计的频率选择表面工作于太赫兹频段，且具有通带工作状态可开关的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于孔径耦合石墨烯谐振器的太赫兹通带可开关频率选择表面，包括：由内而外对称设置于金属结构层两侧的介质层和金属-石墨烯混合结构谐振器阵列层。

所述的金属-石墨烯混合结构谐振器阵列层为若干采用金属-石墨烯混合结构加工工艺得到的基本单元排列组成，具体为末端加载石墨烯矩形片的金属-石墨烯混合十字形结构。

所述的金属结构层上周期性设置圆孔组，该圆孔组包括四个圆孔且圆孔的位置与金属-石墨烯混合结构谐振器阵列层中石墨烯矩形片的位置对应，当电磁波进入一侧金属-石墨烯混合结构谐振器阵列层后激发电磁谐振，电场分布在沿着极化方向的金属-石墨烯混合十字形结构谐振器的两端，十字形谐振器通过末端的石墨烯片产生耦合，电磁波透过中间层结构上的圆形孔径、上层和介质层到达另一侧金属-石墨烯混合结构谐振器阵列层，十字形谐振器辐射出电磁波。

所述的基于孔径耦合石墨烯谐振器的通带可开关频率选择表面，通过金属-石墨烯混合结构加工工艺实现，包括以下步骤：

步骤1、在作为临时载片的基片上旋涂临时键合胶并烘烤得到均匀涂层；

步骤2、在带有涂层上表面完成底层金属-石墨烯混合结构谐振器阵列中金属图案的加工；

步骤3、旋涂填充介质并烘烤，抛光打磨至露出金属图案表面；

步骤4、转移整层石墨烯，并完成底层金属-石墨烯混合结构谐振器阵列中石墨烯图案的加工；

步骤5、旋涂介质层薄膜并烘烤，从而得到介质层；

步骤6、在介质层上表面制备均匀的金属，并完成中间金属结构的图形化；

步骤7、旋涂介质层薄膜并烘烤，从而得到介质层；

步骤8、在介质层上表面完成顶层金属-石墨烯混合结构谐振器阵列中金属图案的加工；