石墨烯是一種由碳原子以蜂窩形狀聚集而成的只有一個(gè)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(chǎng)或者磁場(chǎng)調(diào)控,在可調(diào)諧天線、無(wú)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?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)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(shí)現(xiàn)正弦調(diào)制電感表面。通過(guò)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(shì)進(jìn)而改變天線表面阻抗大小,以此可以實(shí)現(xiàn)固定頻率點(diǎn)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(shì),來(lái)構(gòu)造Fabry-Perot諧振腔,通過(guò)調(diào)諧石墨烯化學(xué)勢(shì)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(guò)調(diào)節(jié)石墨烯的化學(xué)勢(shì)實(shí)現(xiàn)在不同的頻率點(diǎn)增強(qiáng)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(jiǎn)單,天線可調(diào)性良好,在未來(lái)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(jí)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(lái)說(shuō)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(gè)碳原子以 sp2方式進(jìn)行雜化，每個(gè)碳原子與三個(gè)碳原子相連，3 個(gè)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(wú)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(guò)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(méi)有得到單層碳原子厚度身也有很多理論物理學(xué)家認(rèn)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(rèn)的年，英國(guó)曼切斯特大學(xué)兩位科學(xué)家 Andre Geim 和 Konstantin No非常簡(jiǎn)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(diǎn)，從此石墨烯成為各界爭(zhēng)相研究的熱物理學(xué)獎(jiǎng)也因此授予兩位發(fā)現(xiàn)石墨烯的科學(xué)家。

1.2 國(guó)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(jī)械剝離之外，化學(xué)氣相沉積法、氧化還原、外延生長(zhǎng)等新技術(shù)也可用來(lái)制造石墨烯[7]。目前已經(jīng)可以在原子級(jí)別控制石墨烯的生長(zhǎng)形狀，獲得任意形狀的石墨烯條帶[8]。與此同時(shí)，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(dá) 100GHz的石墨烯射頻晶體管。IBM 公司認(rèn)為基于碳納米材料的芯片是未來(lái)重要的發(fā)展趨勢(shì)之一，是延續(xù)摩爾定律的重要解決途徑。美國(guó)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(qiáng)電池容量，增加電池循環(huán)使用次數(shù)[9]。與此同時(shí)，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(jì)出可調(diào)諧漏波天線[10]，通過(guò)給天線中條帶的變化周期，進(jìn)而使天線在固定的頻率點(diǎn)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(dá)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(jì)出一款寬頻帶吸波器，~22GHz 的寬頻帶內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)低于-10dB 的反射系數(shù)模值[12]。國(guó)內(nèi)黃一等利用石墨烯設(shè)計(jì)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(guò)外加偏置電壓調(diào)諧石墨烯的阻抗，實(shí)現(xiàn)了環(huán)形天線的方向圖可重構(gòu)。
【參考文獻(xiàn)】

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(hào)：2892893