一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线制造技术

本发明专利技术公开了一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线。首先提出一种新型的采用石墨烯贴片传输阵相移单元，并利用该单元设计了一种毫米波传输阵天线。传输阵天线主要包含两个部分：作为馈源的角锥喇叭天线和包含多个相移单元的传输阵面。喇叭天线波束对传输阵面进行照射，传输阵面将波束聚焦。根据本发明专利技术所公开的传输阵天线具有阵面透明和高增益特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用石墨烯贴片单元的传输阵天线，属于天线

技术介绍
随着卫星通信、微波通信和航空航天技术的发展，高增益天线越来越受到重视。在高增益天线领域，传输阵天线具有抛物面天线和相控阵天线的优点，具体来说，具有以下优点：平面结构、易加工和高辐射效率。石墨烯作为一种新型材料由于其等离子表面波的谐振频率在太赫兹频段内，因此在太赫兹频段被广泛研究应用于激励体或辐射体，但是由于在毫米波频段下石墨烯的阻抗高，损耗大，因此研究研究甚少。。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本专利技术提供为了实现传输阵面透明，并保持传输阵高增益，良好方向图的特性；本专利技术提供了一种新型的传输阵天线相移单元，以石墨烯代替金属，并利用其设计了一种中心频率为260GHz的传输阵天线。技术方案：一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，包括一个作为馈源的角锥喇叭天线和多个石墨烯贴片单元组成的传输阵列；所述传输阵列包括11层，从上至下依次为第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板；其中多个第一石墨烯贴片均匀排列、并设在第一石英基板上，第一石英基板设在第一空气层上，第一空气层设在多个第二石墨烯贴片，多个第二石墨烯贴片均匀排列、并设在第二石英基板上，第二石英基板设在第二空气层上，第二空气层设在多个第三石墨烯贴片上，多个第三石墨烯贴片均匀排列、并设在第三石英基板，第三石英基板设在第三空气层上，第三空气层设在多个第四石墨烯贴片，多个第四石墨烯贴片均匀排列、并设在第四石英基板上；第一石墨烯贴片和第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片、第四石墨烯贴片的位置上下对应；以一个第一石墨烯贴片所占方形面为基本单元，从上之下，第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板构成传输阵列的一个石墨烯贴片单元；传输阵列包括多个大小一致且排列均匀的石墨烯贴片单元。所述传输阵列包括1024个石墨烯贴片单元，石墨烯贴片单元呈32×32矩阵排列，第一石墨烯贴片、第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片和第四石墨烯贴片大小形状相同，其形状均为“耶路撒冷十字”，即其形状为正十字，正十字四个顶端分别设有与其中一横或一竖垂直的贴片，通过改变石墨烯贴片尺寸的变化能够实现传输波相位的变化；根据馈源角锥喇叭天线的入射波在传输阵表面的相位分布，可得到各个石墨烯贴片的大小，从而设计出传输阵列。其中，石墨烯贴片单元的石墨烯的化学势采用μc＝2.0eV。角锥喇叭天线对传输阵面进行的照射，传输阵面将波束聚焦，提高了增益。整个传输阵列的尺寸为18.5mm*18.5mm*0.6mm，整个传输阵天线的焦径比为f/D＝0.55。有益效果：与现有天线相比，本专利技术提供的采用石墨烯贴片单元的传输阵面具有透明的特性，因此可集成于透明的物体上，比如：车窗、屏幕等。附图说明图1为本专利技术实施例的原理图；图2为石墨烯贴片单元的结构示意图；图3为石墨烯贴片单元截面示意图；图4为传输阵单元的相移曲线；图5为传输阵单元的损耗曲线；图6为在频率240-290GHz的E面方向图；图7为在频率240-290GHz的H面方向图；图8为传输阵天线的增益曲线。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示，采用石墨烯贴片单元的宽带传输阵天线，包括一个作为馈源的角锥喇叭天线1和1024个石墨烯贴片单元组成的传输阵列2，传输阵列2包括11层，分别为：从上至下依次为第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板；其中多个第一石墨烯贴片均匀排列、并设在第一石英基板上，第一石英基板设在第一空气层上，第一空气层设在多个第二石墨烯贴片，多个第二石墨烯贴片均匀排列、并设在第二石英基板上，第二石英基板设在第二空气层上，第二空气层设在多个第三石墨烯贴片上，多个第三石墨烯贴片均匀排列、并设在第三石英基板，第三石英基板设在第三空气层上，第三空气层设在多个第四石墨烯贴片，多个第四石墨烯贴片均匀排列、并设在第四石英基板上，其中，石墨烯的化学势采用μc＝2.0eV。传输阵列2包含石墨烯贴片、石英基板、空气层，是透明的。第一石墨烯贴片和第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片、第四石墨烯贴片的位置上下对应；以一个第一石墨烯贴片所占方形面为基本单元，从上之下，第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板构成传输阵列的一个石墨烯贴片单元；传输阵列包括多个大小一致且排列均匀的石墨烯贴片单元。1024个石墨烯贴片单元呈32×32矩阵排列，第一石墨烯贴片、第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片和第四石墨烯贴片大小形状相同，且位于石英基板上的位置相同，其形状均为“耶路撒冷十字”，即其形状为正十字，正十字四个顶端分别设有与其中一横或一竖垂直的贴片，通过改变石墨烯贴片尺寸的变化能够实现传输波相位的变化；根据馈源角锥喇叭天线的入射波在传输阵表面的相位分布，可得到各个石墨烯贴片的大小，从而设计出传输阵列2。角锥喇叭天线1对传输阵面进行照射，传输阵面将波束聚焦。整个传输阵列2的尺寸为18.5mm*18.5mm*0.6mm，整个传输阵天线的焦径比为f/D＝0.55。如图2所示，每个石墨烯贴片单元的边长为p＝0.578mm，石墨烯贴片的形状为“耶路撒冷十字”，其长度与宽度分别为b＝0.4mm,a＝0.03mm，通过改变臂长c实现传输相移的变化。如图3所示，石墨烯贴片单元截面图，石英基板的厚度为h1＝0.024mm，空气层的厚度为h2＝0.169mm。当c从0.04mm变化至0.32mm，石墨烯贴片单元相应的相位响应曲线如图4所示。根据馈源角锥喇叭天线1的入射波在传输阵表面的相位分布，结合图4可得到各个单元贴片的大小，从而设计出传输阵。图5和图6给出了天线的辐射方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，其特征在于：包括一个作为馈源的角锥喇叭天线和多个石墨烯贴片单元组成的传输阵列；所述传输阵列包括11层，从上至下依次为第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板；其中多个第一石墨烯贴片均匀排列、并设在第一石英基板上，第一石英基板设在第一空气层上，第一空气层设在多个第二石墨烯贴片，多个第二石墨烯贴片均匀排列、并设在第二石英基板上，第二石英基板设在第二空气层上，第二空气层设在多个第三石墨烯贴片上，多个第三石墨烯贴片均匀排列、并设在第三石英基板，第三石英基板设在第三空气层上，第三空气层设在多个第四石墨烯贴片，多个第四石墨烯贴片均匀排列、并设在第四石英基板上。

【技术特征摘要】
1.一种采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，其特征在于：包括一个作
为馈源的角锥喇叭天线和多个石墨烯贴片单元组成的传输阵列；所述传输阵列包
括11层，从上至下依次为第一石墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二
石墨烯贴片、第二石英基板、第二空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第
三空气层、第四石墨烯贴片和第四石英基板；其中多个第一石墨烯贴片均匀排列、
并设在第一石英基板上，第一石英基板设在第一空气层上，第一空气层设在多个
第二石墨烯贴片，多个第二石墨烯贴片均匀排列、并设在第二石英基板上，第二
石英基板设在第二空气层上，第二空气层设在多个第三石墨烯贴片上，多个第三
石墨烯贴片均匀排列、并设在第三石英基板，第三石英基板设在第三空气层上，
第三空气层设在多个第四石墨烯贴片，多个第四石墨烯贴片均匀排列、并设在第
四石英基板上。
2.如权利要求1所述的采用石墨烯贴片单元的透明传输阵天线，其特征在
于：第一石墨烯贴片和第二石墨烯贴片、第三石墨烯贴片、第四石墨烯贴片的位
置上下对应；以一个第一石墨烯贴片所占方形面为基本单元，从上之下，第一石
墨烯贴片、第一石英基板、第一空气层、第二石墨烯贴片、第二石英基板、第二
空气层、第三石墨烯贴片、第三石英基板、第三空气层...

【专利技术属性】
技术研发人员：余晨，夏晓岳，王海明，无奇，洪伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32