石墨烯是一種由碳原子以蜂窩形狀聚集而成的只有一個原子厚度的平面薄膜。其作為一種新型碳納米材料,擁有諸多優(yōu)良的性質(zhì),在許多領(lǐng)域已經(jīng)備受學(xué)者關(guān)注。在微波技術(shù)領(lǐng)域,石墨烯表面電導(dǎo)率可以受到電場或者磁場調(diào)控,在可調(diào)諧天線、無源器件中有廣泛的應(yīng)用前景。本文主要研究基于石墨烯材料的可調(diào)諧天線,具體工作及主要創(chuàng)新點歸納如下:1.提出一種基于石墨烯材料的可調(diào)諧漏波天線。石墨烯條帶寬度以及之間間距呈現(xiàn)周期性分布,以實現(xiàn)正弦調(diào)制電感表面。通過給石墨烯條帶施加不同的直流電壓,調(diào)諧石墨烯化學(xué)勢進而改變天線表面阻抗大小,以此可以實現(xiàn)固定頻率點下天線的方向圖可調(diào)諧。2.提出一種基于石墨烯材料的Fabry-Perot諧振天線。利用石墨烯可作為一層可調(diào)諧部分反射表面的優(yōu)勢,來構(gòu)造Fabry-Perot諧振腔,通過調(diào)諧石墨烯化學(xué)勢改變諧振腔的諧振頻率。然后將基于石墨烯的Fabry-Perot諧振腔覆蓋到天線上方,通過調(diào)節(jié)石墨烯的化學(xué)勢實現(xiàn)在不同的頻率點增強天線的方向性。本論文提出兩種基于石墨烯材料的可調(diào)諧天線,結(jié)構(gòu)簡單,天線可調(diào)性良好,在未來太赫茲電子系統(tǒng)中有巨大的應(yīng)用潛力。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.11;TN826
【部分圖文】：

第一章 緒論背景烯本質(zhì)上來說就是一層由蜂窩形狀碳原子重復(fù)排列分布而構(gòu)成材料。石墨烯中每個碳原子以 sp2方式進行雜化，每個碳原子與三個碳原子相連，3 個雜化軌道形成 鍵，所有碳原子剩余 2p 鍵。自然界中的石墨就是無數(shù)層的單層石墨烯疊加在一起多形以前，有很多學(xué)者也嘗試過將石墨一層層剝離以得到單原子層多層（三層或以上）碳原子層，卻都沒有得到單層碳原子厚度身也有很多理論物理學(xué)家認為諸如石墨烯一樣的二維晶體在有在，單層碳原子結(jié)構(gòu)的石墨烯不可能存在似乎成了一件默認的年，英國曼切斯特大學(xué)兩位科學(xué)家 Andre Geim 和 Konstantin No非常簡單的剝離方法得到了單層石墨烯[1]，便立即震驚了物理多領(lǐng)域均呈現(xiàn)出諸多優(yōu)點，從此石墨烯成為各界爭相研究的熱物理學(xué)獎也因此授予兩位發(fā)現(xiàn)石墨烯的科學(xué)家。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在石墨烯誕生至現(xiàn)在短短十余年間，關(guān)于石墨烯研究層出不窮。首先在石墨烯制備方面，石墨烯制造工藝已經(jīng)日趨成熟，除了最基本的機械剝離之外，化學(xué)氣相沉積法、氧化還原、外延生長等新技術(shù)也可用來制造石墨烯[7]。目前已經(jīng)可以在原子級別控制石墨烯的生長形狀，獲得任意形狀的石墨烯條帶[8]。與此同時，關(guān)于石墨烯應(yīng)用也有了大面積的突破。2010 年，IBM 制造出截止頻率高達 100GHz的石墨烯射頻晶體管。IBM 公司認為基于碳納米材料的芯片是未來重要的發(fā)展趨勢之一，是延續(xù)摩爾定律的重要解決途徑。美國斯坦福大學(xué)的研究學(xué)者研究表明：在鋰離子電池中加入石墨烯，可以增強電池容量，增加電池循環(huán)使用次數(shù)[9]。與此同時，石墨烯在微波技術(shù)領(lǐng)域的也有了比較充分的研究。瑞士洛桑理工學(xué)院 Julien Perruisseau-Carrier 基于石墨烯支持表面等離子激元波傳播特性設(shè)計出可調(diào)諧漏波天線[10]，通過給天線中條帶的變化周期，進而使天線在固定的頻率點方向圖可調(diào)諧。但是此天線中為了調(diào)諧石墨烯阻抗，給單元中不同石墨烯條帶施加不同的偏置電壓，造成石墨烯電壓偏置系統(tǒng)比較繁瑣。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文單元，在 1.1~1.5THz 之間，反射波相位最大可調(diào)范圍達到 290°[11]。A. G. loia 利用石墨烯在微波頻段損耗較大的特性設(shè)計出一款寬頻帶吸波器，~22GHz 的寬頻帶內(nèi)可以實現(xiàn)低于-10dB 的反射系數(shù)模值[12]。國內(nèi)黃一等利用石墨烯設(shè)計出一種高阻表面（High impedance surface, HIS13]，將 HIS 置于環(huán)形天線下方作為襯底，并且通過外加偏置電壓調(diào)諧石墨烯的阻抗，實現(xiàn)了環(huán)形天線的方向圖可重構(gòu)。
【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 黃一;基于碳納米材料的諧振器與天線研究[D];上海交通大學(xué);2013年

本文編號：2892893