[发明专利]一种基于石墨烯的双频微带天线

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的双频微带天线，属于天线及超材料技术领域。该天线从下至上依次包括多晶硅层、金属接地板、二氧化硅层，所述二氧化硅层上表面设置有馈电传输线、辐射贴片以及石墨烯贴片；石墨烯贴片为三个矩形贴片组成的“工”字型结构，石墨烯贴片与外置直流偏置电压相连接，外置直流偏置电压的另一端与二氧化硅层连接。本发明的石墨烯双频天线应用于太赫兹频段，利用石墨烯贴片阵列作为引向振子，在保证天线良好辐射性能的情况下，产生双频带宽，并改善了天线的辐射性能。相比大多数双频天线来说：具有尺寸小、双频带宽宽、稳定性好、工艺简单的特点。

技术领域

本发明属于天线及超材料技术领域，具体涉及一种加载石墨烯的双频天线。

背景技术

太赫兹是电磁波领域的新秀，在目前的通信、雷达等领域有着不可估量的前景。近年来，新型天线及相关器件的设计逐步由射频、微波转向太赫兹方向。因此，我们也迫切地需要开发全新的高效率天线以及天线系统去满足太赫兹系统高频工作的要求。然而很多常用的天线在较高频率下工作性能并不是很好，因此为了得到良好的系统性能，整个天线系统的设计就相对要更加复杂，这直接导致了阻抗匹配困难，成本大大提高等一系列问题。

自从英国曼彻斯特大学的两位科学家制备出单层的石墨烯之后，其高电导率、热导率、高载流子迁移率迅速成为人们研究的热点。短短10多年的发展，石墨烯已经开始应用于生产生活的方方面面，应用包含了从射频到光波频段的多种传感器制作及集成，特别是太赫兹波段天线。由于石墨烯的能带结构的性质，其与太赫兹频段有着不可分割的联系。其特殊性质可以用表面电导率来表示，和普通材料大不相同的是，其表面电导率为复数，得到的表面阻抗有很强的电感特性，在天线参数的电调及可重构方面有着得天独厚的优势。

现有技术中，双频带天线大多都设计在微波频段下工作，如《微带双频滤波天线的研究与设计》(2017年全国微波毫米波会议论文集(下册))中所设计的双频天线，如图3所示：双频滤波天线包括一个方形贴片和一个T形双模谐振器，通过切角使得方形贴片中的简并模式分离，同时调节T形双模谐振器开路枝节线的长度，通过这种结构实现双频带特性。若是在太赫兹频段采用过于复杂的结构，由于工作频率过高，尺寸太小，会给加工造成更大的困难。因此，在新的频段采用结构简单的天线实现我们所需的工作性能还是很有必要的。

发明内容

针对背景技术中的不足，本发明提供了一种基于石墨烯超材料的双频微带天线。该天线采用金属作为辐射贴片，三块矩形石墨烯贴片组成“工”字型结构，引导电磁波辐射。该天线不仅可以工作在高频段，产生双频工作带宽，而且结构简单、易于加工。

为达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

一种基于石墨烯的双频带微带天线，从下至上依次包括多晶硅层、二氧化硅层，所述二氧化硅层上表面设置有馈电传输线、辐射贴片以及石墨烯贴片。

所述馈电传输线一端位于二氧化硅层的边，另一端连接辐射贴片；所述辐射贴片的另一侧设置有石墨烯贴片。

所述辐射贴片为矩形金属贴片。

所述石墨烯贴片为三个矩形贴片组成的“工”字型结构，其两侧的矩形贴片尺寸相同，中间的矩形贴片长度为两侧矩形贴片的一半，宽度相同。

所述石墨烯贴片与外置直流偏置电压相连接，外置直流偏置电压的另一端与二氧化硅层连接。

所述多晶硅层与二氧化硅层之间还设置有一接地板，三者为相同尺寸的矩形板。

本发明中，单个石墨烯贴片性能相当于等效二极管电容，可以等效为引向振子，采用三个石墨烯贴片构成石墨烯贴片阵列，对天线的辐射方向进行调控；加载石墨烯贴片有效的改善了天线的阻抗匹配，同时石墨烯贴片与金属辐射贴片之间的互耦效应，实现了双频带宽。