[发明专利]基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹通信技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器。

背景技术

耦合器是微波与雷达馈线技术中广泛应用的元件之一。耦合器在通信系统间实现信号功率的传递，实现按比例对功率的分配等。现有技术的耦合器多为金属材质，在耦合器的结构和尺寸固定后，其工作频率和功率分配比(简称功分比)也已确定，不可动态调整。当耦合器的功率分配比需要调整的时候，只能更换耦合器，成本高，且操作复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器，旨在解决现有技术中的无法实现耦合器的功率分配比动态调整的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器，包括介质板、设置于所述介质板上表面的谐振环、第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，以及设置于所述介质板下表面的金属贴片，其中：

所述谐振环包括开口相对设置的U形上部和U型底部，所述U形上部和U型底部通过第一矩形部和第二矩形部连接；所述U形上部和U型底部的内壁上各贴合设置第一石墨烯贴片，所述第一矩形部和第二矩形部的内壁上各贴合设置第二石墨烯贴片；

所述U形上部和U型底部的开口端部两侧各连接一第一金属条，每个所述第一金属条的上下两侧对称设置一对第二金属条，每对所述第二金属条的外端部均连接一矩形金属片分别形成第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；

所述金属贴片覆盖所述介质板的下表面。

优选的，所述金属贴片的尺寸与所述介质板的尺寸相同；所述U形上部和U型底部的尺寸相同；所述第一矩形部和第二矩形部的尺寸相同。

优选的，所述U形上部和U型底部的厚度与所述第一石墨烯贴片的厚度相同；所述第一矩形部和第二矩形部的厚度与所述第二石墨烯贴片的厚度相同。

优选的，所述U形上部和U型底部的宽度为0.5微米，所述U形上部和U型底部的长度为4.55微米，所述U形上部和U型底部的高度为10微米，所述U形上部和U型底部的开口宽度为3.55微米；所述第一矩形部和第二矩形部的长度为3.15微米、所述第一矩形部和第二矩形部的高度为17微米，所述第一矩形部和第二矩形部的水平距离为1.35微米；所述第一金属条的长度为23微米，所述第一金属条的高度为0.7微米；所述第二金属条的长度为23微米，所述第二金属条的高度为0.2微米；所述第一金属条与其上下两侧对称设置的一对第二金属条的垂直距离均为0.2微米；所述第一金属条与其上下两侧对称设置的一对第二金属条的水平距离均为1.75微米；所述矩形金属片的长度为10微米，所述矩形金属片的高度为1.9微米。

优选的，所述第一石墨烯贴片的宽度为0.5微米，所述第二石墨烯贴片的宽度为0.55微米。

优选的，所述第一石墨烯贴片的化学势和所述第二石墨烯贴片的化学势的调整区间为0电子伏特至0.3电子伏特。

优选的，所述介质板为厚度为1微米，介电常数为3.8的二氧化硅基板。

相较于现有技术，本发明所述基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器通过在谐振环的内壁上贴合第一石墨烯贴片和第二石墨烯贴片，通过调节第一石墨烯贴片和第二石墨烯贴片上加载的化学势，运用石墨烯优异的电光效应，可以实现耦合器的功率分配比可动态调整。

附图说明

图1是本发明基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器优选实施例的结构示意图。

图2是本发明基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器优选实施例的介质板上表面的结构示意图。

图3是本发明基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器通过电磁仿真软件仿真时反射系数的S参数结果示意图。

图4是本发明基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器通过电磁仿真软件仿真时第一端口和第四端口之间的隔离度结果示意图。

图5是本发明基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器通过电磁仿真软件仿真时第二端口和第三端口之间的相位差结果示意图。

图6是本发明基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器通过电磁仿真软件仿真时第二端口和第三端口的功率分配比结果示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，本发明并不局限于以下实施例。

参考图1、图2所示，图1是本发明基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器优选实施例的结构示意图。图2是本发明基于石墨烯的宽带功分比可调耦合器优选实施例的介质板上表面的结构示意图。