[发明专利]基于石墨烯的可调频率微带贴片天线

说明书

本发明提供了一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，包括：金属辐射体、石墨烯贴片、介质基板、接地共面波导和直流偏置电路；所述金属辐射体与所述石墨烯贴片放置在所述介质基板上；所述接地共面波导包括信号线与地线，所述信号线与地线之间设置集中端口；所述直流偏置电路包括高阻线、两个金属片和多晶硅电极，所述高阻线一端与所述石墨烯贴片相连，另一端与所述金属片之一相连；所述多晶硅电极插入在所述介质基板中。本发明专利技术工作频段在太赫兹频段，能够实现天线谐振频率在高于初始谐振频率范围内线性可调。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线。

背景技术

石墨烯以其优异的电磁学性能、热性能和机械性能已被广泛应用于光电子，生物工程、储能等领域。在电磁学方面，人们已经认识到石墨烯的电导率可以受偏置电压所调控，这使得石墨烯在可调谐天线以及其他微波无源器件方面具有重要的用途。如把石墨烯做为天线辐射体，利用其表面电导率可受外加电压控制，可调节其表面阻抗呈正弦分布，从而可制成一种正弦调制的漏波天线；还可以把石墨烯做为天线反射衬底，通过调节其表面电导率控制反射相位，来实现天线的方向图可重构。相较于微波频段，太赫兹频段具有带宽宽，传输速度快，安全好等特点，已成为未来无线通信领域的研究热点。但在太赫兹频段，由于金属的电阻率急剧增大和趋肤效应的影响，限制了金属的应用。而石墨烯在太赫兹频段下并不存在这些问题，并且因其电导率可调的特点，使得石墨烯在太赫兹技术下的应用前景十分广阔。

发明内容

针对石墨烯电导率可调的特点，本发明提供了一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线。

根据本发明提供的一种基于石墨烯的可调频率微带贴片天线，包括：金属辐射体、石墨烯贴片、介质基板、接地共面波导和直流偏置电路；

所述金属辐射体为工作在300GHz的微带贴片天线；

所述石墨烯贴片为40um宽的方形薄片；

所述介质基板为厚20um的二氧化硅；

所述接地共面波导包括信号线与地线，所述信号线与地线之间设置集中端口；

所述直流偏置电路包括高阻线、两个金属片和多晶硅电极；

优选的，所述金属辐射体与所述石墨烯贴片有部分重合，使天线与石墨烯良好接触。

优选的，石墨烯贴片通过其下的金属孔与地相连，以实现谐振频率右边线性可调。

优选的，所述接地共面波导通过金属孔连接上下两层地，方便以后应用高频探针测试。

优选的，所述高阻线是具有高特性阻抗的细金属线,阻碍高频信号通过，以减少偏置电路对天线输入阻抗的影响。

优选的，所述高阻线一端与所述石墨烯贴片部分重合，为了保证能够给石墨烯施加偏置电压。

优选的，所述两个金属片位于天线顶层，一个连接到高阻线，另一个从所述介质基板顶层刻蚀在所述多晶硅电极上，为了方便施加偏置电压。

优选的，所述多晶硅插入到距所述介质基板顶层下10nm处，为了能够在所述多晶硅电极和石墨烯之间形成偏置电场。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明能够实现微带贴片天线的谐振频率在高于其初始谐振频率的范围内线性可调，并且本发明充分考虑了石墨烯天线的加工因素，所设计的天线可以在现有基础上直接进行加工测试。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明基于石墨烯的可调频率微带贴片天线结构示意图；