【摘 要】
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在新一代6G通讯中,通信频段已经搬移到了太赫兹频段,相比于微波通信,太赫兹通信具有传输速度快、容量大、波束窄、方向性好等优点。另外,为了追求新一代通信设备的小型化,要求天线组件在更小的空间内实现更多的通信功能,需要多频段化、多极化和多功能化设计。因此,可重构天线在通信系统中受到了广泛的关注,本文利用石墨烯在太赫兹波段的优异电可控特性对可重构天线展开研究,具体内容如下:1、对石墨烯的电导率模型、介电
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在新一代6G通讯中,通信频段已经搬移到了太赫兹频段,相比于微波通信,太赫兹通信具有传输速度快、容量大、波束窄、方向性好等优点。另外,为了追求新一代通信设备的小型化,要求天线组件在更小的空间内实现更多的通信功能,需要多频段化、多极化和多功能化设计。因此,可重构天线在通信系统中受到了广泛的关注,本文利用石墨烯在太赫兹波段的优异电可控特性对可重构天线展开研究,具体内容如下:1、对石墨烯的电导率模型、介电常数模型及其计算和仿真方法做了推导,较为全面的汇总了石墨烯的制备方法和调控方法。2、提出了一款金偶极子天线,以Si/SiO2为介电层衬底,石墨烯作为寄生层附着在金偶极子下方,通过外加偏置电压调控石墨烯的化学势从而对其电导率进行了调控,实现了频率可重构功能,具有31.4GHz的调谐跨度,天线具有良好的回波损耗、相对带宽、方向性系数等性能。3、提出了一款太赫兹波段以微带贴片为模板的多模式可重构天线,创新性的将接地板开槽处理,使用1/4阻抗变化段馈电的方法进行阻抗匹配,将石墨烯分为三组分布在天线背面开槽处,通过调控石墨烯的化学势,验证了石墨烯的开关和微调模式均能不同程度的实现天线的可重构功能。在开关模式中,调谐跨度为1.913THz,各频带间具有高区分度,高隔离度,并且其它辐射性能优良,可完成大尺度调谐功能。在微调模式中,仅改变一组石墨烯的化学势,调谐跨度为1.148THz,各模式的方向性没有发生太大改变,其它辐射性能优良,通过微调模式验证了调控部分石墨烯,可以在小范围内实现天线的调谐功能。4、提出了一种基于石墨烯的太赫兹波段多参数可重构天线,三组石墨烯材料设置为八木天线的寄生层,外接偏置电压调控石墨烯材料的化学势,通过改变石墨烯2、3组对的化学势,实现了两方向性的可重构功能;通过改变石墨烯1组对的化学势,天线可实现73.7GHz范围的调频,且最大辐射增益达到5.3dBi,另外天线在各谐振点处,均可实现方向图可重构功能。通过仿真分析,本款石墨烯天线具有多参数可重构性能,且辐射增益高,方向性良好。
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