基于石墨烯覆層的可重構天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及天線技術領域，具體涉及一種基于石墨烯覆層的可重構天線。
【背景技術】
[0002]隨著電子科學與技術的發展和進步，對通信系統中起關鍵作用的天線終端提出了越來越高的要求，如要求天線既要具有寬頻帶或頻率可重構性能，又要具有方向圖可重構特性，這些性能的實現對減少天線數量、縮小通信系統體積、降低系統復雜度和通信系統成本等方面具有重要意義。為實現以上特性，可以在一個天線或者天線陣上，通過自主地調節天線的部分參數，例如天線的尺寸、結構或者給天線外加高阻抗表面等，使其實現頻率和輻射方向的可控。
[0003]改變天線諧振長度或其電抗值是目前實現天線頻率重構特性的兩種主要方式。例如利用開關元件的“開”與“關”兩種狀態，改變天線結構，得到不同的諧振頻率對應的幾何尺寸，實現對工作頻率的調節，或在天線的表面電流所在路徑上加載開關，隨著開關的通斷，原先的天線電流路徑將會被導通或截斷，從而得到頻率可重構天線。還有利用某些方法實現對天線電抗值的控制，例如加載電容、電阻等電抗元件，同樣可以得到頻率的可重構特性。雖然這些方法能夠實現天線的頻率可控，但是只能夠為天線增加較少幾個工作頻率或者為天線增加很窄的可用頻段，對其頻率上不能做到連續的調控。
[0004]方向圖可重構天線的主要特點是在保持工作頻率不變的條件下，實現對天線最大輻射方向的掃描。目前，文獻中報道的方向圖可重構天線具體實現形式有以下幾種:采用多個饋點饋電的方式，通過調整天線不同饋點的相位來改變天線的輻射方向圖；利用開關或電抗可調器件，加載在與八木天線陣類似的主輻射單元周邊的寄生單元上，以此得到不同的輻射方向圖；用各種開關元器件改變天線輻射體形狀，調節天線的輻射方向；加載開關或可變電容等電抗值可調的元件，調節天線表面電流分布，得到對應的不同方向圖；使用機械方式，例如馬達等，改變或者選擇天線形狀，得到不同形狀的天線所對應的輻射方向圖。然而這些改變方向圖的方法均需要額外增加多余的元件才能實現，因而實施起來相對麻煩。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種基于石墨烯覆層的可重構天線，其具有天線寬頻帶、頻率可重構和/或輻射方向圖可重構的特點。
[0006]為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的:
[0007]基于石墨烯覆層的可重構天線，包括天線本體，該天線本體包括接地板和直立于接地板上的單極子；所述天線本體還進一步包括一上下貫通、并呈中空柱狀的電介質套筒，電介質套筒位于接地板的上方且置于單極子的外圍；電介質套筒的內外側表面中的一側表面涂覆有石墨烯覆層，另一側表面涂覆有硅覆層；上述石墨烯覆層和硅覆層各與外置偏置電壓的一端相連，且與外置偏置電壓的正極相連的石墨烯覆層或硅覆層與接地板之間存在一定的間隙。
[0008]作為改進，所述硅覆層被縱向分隔成多個相互獨立且絕緣的等份，每一等份形成一個縱向延伸的硅片；每個硅片與一個外置偏置電壓的一端相連，所有外置偏置電壓的另一端均與石墨稀覆層相連。
[0009]作為進一步改進，每個硅片的延伸方向均與單極子的延伸方向平行。
[0010]作為改進，所述石墨烯覆層被縱向分隔成多個相互獨立且絕緣的等份，每一等份形成一個縱向延伸的石墨烯片；每個石墨烯片與一個外置偏置電壓的一端相連，所有外置偏置電壓的另一端均與硅覆層相連。
[0011]作為進一步改進，每個石墨烯片的延伸方向均與單極子的延伸方向平行。
[0012]作為改進，硅覆層被縱向分隔成多個相互獨立且絕緣的等份，每一等份形成一個縱向延伸的硅片；同時，石墨烯覆層被縱向分隔成多個相互獨立且絕緣的等份，每一等份形成一個縱向延伸的石墨烯片；電介質套筒的一側表面涂覆的硅片的份數和另一側表面涂覆的石墨烯片的份數的相等；每個硅片與一個外置偏置電壓的一端相連，該外置偏置電壓的另一端與對應的石墨烯片相連。
[0013]上述方案中，所述電介質套筒為圓柱體或多面柱體。
[0014]上述方案中，電介質套筒的半徑等于單極子與石墨烯覆層耦合頻率對應波長的1/2。
[0015]上述方案中，電介質套筒的高度等于或大于單極子的高度。
[0016]上述方案中，所述電介質套筒由電介質材料制成。
[0017]與現有技術相比，本發明具有如下特點:
[0018]1、在天線固有結構上，給其外圍套上石墨烯覆層的高阻抗表面，使得天線與外圍高阻抗表面發生電磁耦合，產生耦合諧振頻率，新產生的耦合諧振頻率與天線原諧振頻率組成基于石墨烯覆層天線系統的諧振頻段，使得石墨烯覆層天線實現寬帶或超寬帶；
[0019]2、通過調節石墨烯的外加偏置電壓來改變石墨烯阻抗分布以及阻抗值，調節基于石墨烯覆層天線系統的諧振頻率，實現頻率可重構，并通過調節外加偏置電壓實現天線工作頻率連續調控，克服了以往頻率可重構天線對頻率的調控上不能連續調諧的缺點。
[0020]3、將石墨烯用作天線的高阻抗表面，當其阻抗取很小值時能夠充當天線的引向器或者反射器，不需要移動不同阻抗值的石墨烯片，便能使天線的輻射方向發生改變，進而實現天線的方向圖可重構。
[0021]4、石墨烯具有較高的載流子密度和良好的場效應特性，導致其具有特殊的電性能，使得基于石墨烯的可重構天線具有損耗小、效率高、電導率可調等優點。
[0022]5、能夠方便便捷地達到天線寬頻帶、頻率可重構、以及輻射方向圖可重構，具有很強的實用性，廣泛應用于微波頻段、太赫茲頻段、紅外及光波頻段。
【附圖說明】
[0023]圖1為一種基于石墨烯覆層的可重構天線的結構示意圖。
[0024]圖2為另一種基于石墨烯覆層的可重構天線的結構示意圖。
[0025]圖中標號:1、接地板；2、石墨稀覆層；3、電介質套筒；4、娃覆層；5、單極子。
【具體實施方式】
[0026]實施例1:
[0027]一種基于石墨烯覆層的可重構天線，包括天線本體，其結構如圖1所示，該天線本體包括接地板I和直立于接地板I上的單極子5所構成的單極子5天線模型。上述接地板I和單極子5均由金、銀、鋁、銅或鐵等導電性能高的金屬制成。接地板I和單極子5的結構與現有技術相同或相近似。為了提高天線的帶寬，所述天線本體進一步包括一上下貫通、并呈中空柱狀的電介質套筒3。所述電介質套筒3由二氧化硅、三氧化二鋁、砷化鎵、FR4或其他電介質材料制成。其形狀可以是圓柱體或多面柱體。該電介質套筒3位于接地板I的上方且置于單極子5的外圍，即單極子5置于套筒中。電介質套筒3上涂覆有石墨烯覆層2和硅覆層4，且石墨烯覆層2和硅覆層4相互間隔。具體涂覆方式有如下兩種，一種是在電介質套筒3的內側表面涂覆石墨烯覆層2，外側表面涂覆硅覆層4 ;另一種是在電介質套筒3的外側表面涂覆石墨稀覆層2，內側表面涂覆娃覆層4。上述石墨稀覆層2和娃覆層4各與外置偏置電壓的一端相連，且與外置偏置電壓的正極相連的石墨烯覆層2或硅覆層4與接地板I之間存在一定的間隙。當石墨烯覆層2與外置偏置電壓的正極相連，硅覆層4與外置偏置電壓的負極相連時，石墨烯覆層2與接地板I之間存在一定的間隙；當石墨烯覆層2與外置偏置電壓的負極相連，硅覆層4與外置偏置電壓的正極相連時，硅覆層4與接地板I之間存在一定的間隙。
[0028]上述結構的天線本體的尺寸發生改變時，其諧振頻域也發生改變，使得天線的頻率可以在很寬的頻段范圍內(微波頻段、太赫茲頻段、紅外及光波頻段)實現。通過改變電介質套筒3及其表面的石墨烯覆層2和硅覆層4的高度和半徑，可以改變單極子5與電介質套筒3上的石墨烯覆層2的耦合頻率，天線的工作頻率改變，進一步使得天線的頻率特性可以在很寬的頻率范圍內(微波頻段、太赫茲頻段、紅外及光波頻段)實現。在本發明中，電介質套筒3的半徑約等于單極子5與石墨烯覆層2耦合頻率對應波長的1/2。電介質套筒3的高度約等于或大于單極子5的高度。嚴格來說，上述電介質套筒3的半徑為電介質套筒3的厚度中心的半徑，而當電介質套筒3的自身厚度較小時，其電介質套筒3的半徑也可以視為電介質套筒3的內半徑或外半徑。
[0029]為了保證外置偏置電壓的加載可靠性，與外置偏置電壓的正極相連的石墨烯覆層2或硅覆層4不能直接與接地板I導通，即:當石墨烯覆層2與外置偏置電壓的正極相連，硅覆層4與外置偏置電壓的負極相連時，石墨烯覆層2與接地板I之間存在一定的間隙；當石墨烯覆層2與外置偏置電壓的負極相連，硅覆層4與外置偏置電壓的正極相連時，硅覆層4與接地板I之間存在一定的間隙。
[0030]下面以石墨烯覆層2與外置偏置電壓的正極相連為例，對石墨烯覆層2與接地板I之間存在一定的間隙的具體實現方式進行說明:一種方式是，讓電介質套筒3的底部直接固定在接地板I上，石墨烯覆層2不會一直涂覆到電介質套筒3表面的最低端與接地板I相連處，而是在涂覆時石墨烯覆層2與接地板I之間留有一定的間隙。一種方式是，讓電介質套筒3懸設在接地板I的上方，此時電介質套筒3的底部與接地板I之間留有一定的間隙，這樣即便是石墨烯覆層2涂覆到電介質套筒3表面的最底端，石墨烯覆層2與接地板I之間仍然會存在一定的間隙。當硅覆層4與外置偏置電壓的正極相連時，硅覆層4與接地板I之間存在一定的間隙的具體實現方式與上述石墨烯覆層2與接地板I之間存在一定的間隙的具體實現方式相雷同。
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