【摘 要】
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无线通信技术的高速发展使得微波频段的频谱利用趋于饱和,加紧对毫米波甚至太赫兹频段的研究和部署变得尤为重要,而新一代的无线通信系统往往要实现更多的功能,也对天线提出了更高的要求。为了使天线满足多变的系统要求、灵活应对各种环境,毫米波与太赫兹可重构天线的研究已经迫在眉睫。石墨烯作为一种新型碳基材料,自发现以来就由于其独特的性能受到极大关注。它是目前为止发现的最薄而且强度最高的材料之一,具有高透光性和高
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无线通信技术的高速发展使得微波频段的频谱利用趋于饱和,加紧对毫米波甚至太赫兹频段的研究和部署变得尤为重要,而新一代的无线通信系统往往要实现更多的功能,也对天线提出了更高的要求。为了使天线满足多变的系统要求、灵活应对各种环境,毫米波与太赫兹可重构天线的研究已经迫在眉睫。石墨烯作为一种新型碳基材料,自发现以来就由于其独特的性能受到极大关注。它是目前为止发现的最薄而且强度最高的材料之一,具有高透光性和高导热性,最重要的是它不仅具有超高的载流子迁移率而且电导率可随外部偏置电压改变。这使得石墨烯可以弥补传统可调器件(PIN二极管、变容二极管)无法用于毫米波和太赫兹频段的缺陷,为可重构天线设计提供了新的途径。本文的主要研究内容如下:1.介绍了石墨烯及国内外方向图可重构天线的研究现状。阐述了石墨烯的特性及其电导率模型,为后续工作提供了理论支撑。2.提出了一种工作于5.9GHz的开关可切换天线。该天线以微带准八木天线为基本单元,将四个单元通过一个一分四的功分结构相连。每一路微带线上都设计有石墨烯接地结构,通过调节石墨烯的方阻从3000Ω/sq变化到300Ω/sq,天线可以实现全向辐射与不辐射两种状态之间的动态切换。3.提出了一种基于石墨烯的毫米波方向图可重构Vivaldi天线。该天线以Vivalid天线为基本单元,基本结构为两天线单元的背靠背结构,通过一个一分二的功分馈电,每个分支馈线均与石墨烯接地结构相连。调节石墨烯的方阻,当两片石墨烯的方阻都为1000Ω/sq时,天线辐射方向为90°和270°;当其中一片为1000Ω/sq,另一片为100Ω/sq时,天线辐射方向为90°或270°4.提出了一种基于石墨烯-金复合结构的太赫兹可调频率选择表面。该频率选择表面由正方形单层石墨烯和金组成图案,并设计有馈线结构。通过对石墨烯施加直流偏压将石墨烯的化学势从0eV调节到0.5eV时,该频率选择表面可以在1.44THz时实现反射到透射之间的转换。5.设计了一款太赫兹大角度扫描的方向图可重构天线。该天线由外围的可调天线罩和位于中心作为辐射源的微带天线组成。通过调节天线罩每一个面的反射/透射状态和不同组合,天线可以实现覆盖360°范围的六个方向的可调并且每个方向上天线的增益可调。此外,天线还可以实现多向辐射和全向辐射。
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