[0031]由于石墨烯具有獨(dú)特的二維平面結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率及電可調(diào)特性。根據(jù)kubo公式求解出石墨烯電導(dǎo)率與頻率、化學(xué)勢、外加偏置電場、溫度、散射率等參量之間的關(guān)系，并得出石墨烯表面阻抗與外加偏壓的關(guān)系。從而，通過外加偏壓宏觀調(diào)節(jié)石墨烯的表面阻抗值。通過給硅覆層4和石墨烯覆層2加上外置偏置電壓U，通過調(diào)節(jié)石墨烯外加的偏置電壓U，石墨烯的表面阻抗發(fā)生改變，此時(shí)耦合頻率同樣也會(huì)發(fā)生改變，可使得天線的帶寬加寬，從而可實(shí)現(xiàn)天線的頻率超寬帶特性等高性能。
[0032]實(shí)施例2:
[0033]另一種基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，包括天線本體，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該天線本體的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的天線大體相同，其不同之處是，實(shí)施例1中的石墨烯覆層2和硅覆層4均是呈整體涂覆在電介質(zhì)套筒3上的，其能夠提高天線的帶寬。而本實(shí)施例中的石墨烯覆層2和/或硅覆層4是采用的間隔涂覆的方式，其能夠使得天線具有頻率或方向圖可重構(gòu)性能。具體來說，可以如下三種方式:
[0034]方式一:石墨稀覆層2間隔涂覆方式。石墨稀覆層2被縱向分隔成η個(gè)相互獨(dú)立且絕緣的等份，每一等份形成一個(gè)縱向延伸的石墨烯片。電介質(zhì)套筒3的一側(cè)表面涂覆的石墨烯片的份數(shù)η與天線的重構(gòu)參數(shù)有關(guān):如需獲得更細(xì)化的重構(gòu)頻率和方向圖時(shí)，則石墨烯片的份數(shù)需要較多，反之，則石墨烯片的份數(shù)需要較少。每個(gè)石墨烯片的延伸方向大體沿著縱向方向延伸，也可以稍傾斜。但為了獲得更好的性能，所述每個(gè)石墨烯片的延伸方向均與單極子5的延伸方向平行。每個(gè)石墨烯片與一個(gè)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4相連。
[0035]方式二:硅覆層4間隔涂覆方式。硅覆層4被縱向分隔成m個(gè)相互獨(dú)立且絕緣的等份，每一等份形成一個(gè)縱向延伸的硅片。電介質(zhì)套筒3的一側(cè)表面涂覆的硅片的份數(shù)m與天線的重構(gòu)參數(shù)有關(guān):如需獲得更細(xì)化的重構(gòu)頻率和方向圖時(shí)，則硅片的份數(shù)需要較多，反之，則硅片的份數(shù)需要較少。每個(gè)硅片的延伸方向大體沿著縱向方向延伸，也可以稍傾斜。但為了獲得更好的性能，所述每個(gè)硅片的延伸方向均與單極子5的延伸方向平行。每個(gè)硅片與一個(gè)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烯覆層2相連。
[0036]方式三:娃覆層4和石墨稀覆層2同時(shí)間隔涂覆方式。娃覆層4被縱向分隔成m個(gè)相互獨(dú)立且絕緣的等份，每一等份形成一個(gè)縱向延伸的硅片；同時(shí)，石墨烯覆層2被縱向分隔成η個(gè)相互獨(dú)立且絕緣的等份，每一等份形成一個(gè)縱向延伸的石墨烯片。電介質(zhì)套筒3的一側(cè)表面涂覆的硅片的份數(shù)m和另一側(cè)表面涂覆的石墨烯片的份數(shù)η的數(shù)量相等，即η=m0且硅片的份數(shù)m和石墨烯片的份數(shù)η與天線的重構(gòu)參數(shù)有關(guān):如需獲得更細(xì)化的重構(gòu)頻率和方向圖時(shí)，則硅片和石墨烯片的份數(shù)需要較多，反之，則硅片和石墨烯片的份數(shù)需要較少。每個(gè)硅片和石墨烯片的延伸方向大體沿著縱向方向延伸，也可以稍傾斜。但為了獲得更好的性能，所述每個(gè)硅片和石墨烯片的延伸方向均與單極子5的延伸方向平行。每個(gè)硅片對應(yīng)一個(gè)石墨烯片，該硅片與一個(gè)外置偏置電壓的一端相連，該外置偏置電壓的另一端均與對應(yīng)的石墨稀片相連。
[0037]當(dāng)石墨烯覆層2和/或硅覆層4是采用的間隔涂覆的方式時(shí)，其所采用的是圓柱體形狀的電介質(zhì)套筒3，此時(shí)只需要注意將2個(gè)相相鄰的石墨烯片和/或硅片隔開即可，也可以采用多面柱體形狀的電介質(zhì)套筒3，且多面柱體的面數(shù)與墨烯片和/或硅片的份數(shù)最好相同，此時(shí)，每份石墨烯片和/或硅片恰好能夠涂覆在該多面柱體的一面上，且相互隔開。
[0038]要實(shí)現(xiàn)天線具有頻率或方向圖可重構(gòu)性能，需要在使用過程中對石墨烯片和/或硅片的外置偏置電壓進(jìn)行控制，并使得單極子5四周石墨烯片的表面阻抗值呈不同的分布。其中給石墨烯片外加低電壓時(shí)，獲得高阻抗；反之，給石墨烯片外加高電壓時(shí)，獲得低阻抗。
[0039]下面以石墨烯覆層2被分隔η個(gè)等分為例，對天線的頻率和方向圖重構(gòu)的加壓方式進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0040](I)天線的頻率重構(gòu)
[0041]改變圖2中η份石墨烯的η個(gè)外加偏置電壓(Ul至Un)，使得石墨烯片呈高低阻抗交叉均勻分布于單極子5四周即一個(gè)高阻抗石墨烯片，一個(gè)低阻抗石墨烯片的單個(gè)交叉分布；或者兩個(gè)高阻抗石墨烯片，兩個(gè)低阻抗石墨烯片的交叉分布；或者三個(gè)高阻抗石墨烯片，三個(gè)低阻抗石墨烯片的交叉分布，依此下去，只要天線輻射方向保持穩(wěn)定的全向輻射即可。通過改變每份石墨烯片外加偏壓來改變石墨烯片高低阻抗的交叉規(guī)律，可以改變單極子5與電介質(zhì)套筒3上的石墨烯覆層2的耦合頻率，實(shí)現(xiàn)了對新產(chǎn)生的耦合頻率調(diào)節(jié)，使得天線產(chǎn)生新的工作頻率并能對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可實(shí)現(xiàn)天線頻率可重構(gòu)的高性能。
[0042]調(diào)節(jié)高低阻抗石墨烯片的外加偏置電壓的大小可以改變石墨烯片高阻抗和低阻抗的值，由于石墨烯的表面阻抗值發(fā)生改變，此時(shí)耦合頻率同樣也會(huì)發(fā)生改變，可使得天線的帶寬加寬，從而可實(shí)現(xiàn)天線的頻率可重構(gòu)或超寬帶特性等高性能。
[0043](2)天線的方向圖重構(gòu)
[0044]圖2中，從第I份石墨烯片到第k份石墨烯片分別加上Ul到Uk的偏壓，從第k+1份石墨稀片到第η份石墨稀片分別加上Uk+Ι到Un的偏壓。當(dāng)?shù)贗份石墨稀片到第k份石墨稀片加上相同的偏壓Ul,第k+Ι份石墨稀片到第η份石墨稀片加上相同的偏壓Uk+Ι,使得第I至第k份石墨烯片取相同的低阻抗，第k+Ι至第η份石墨烯片取相同的高阻抗，此時(shí)天線朝著高阻抗石墨烯處輻射。
[0045]通過調(diào)節(jié)石墨烯的外加偏壓可以改變這k份低阻抗石墨烯的分布位置。水平方向360度改變低阻抗石墨烯的分布位置，由于天線朝著高阻抗方向輻射，所以此時(shí)天線輻射方向可在水平方向內(nèi)360度自由調(diào)節(jié)，從而可實(shí)現(xiàn)天線輻射方向可重構(gòu)的高性能。
[0046]在前述基礎(chǔ)上，通過改變外加偏壓改變低阻抗石墨烯的份數(shù)k，可以改變天線水平方向內(nèi)的輻射張角。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，包括天線本體，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);其特征在于:所述天線本體還進(jìn)一步包括一上下貫通、并呈中空柱狀的電介質(zhì)套筒(3)，電介質(zhì)套筒(3)位于接地板(I)的上方且置于單極子(5)的外圍；電介質(zhì)套筒(3)的內(nèi)外側(cè)表面中的一側(cè)表面涂覆有石墨烯覆層(2)，另一側(cè)表面涂覆有硅覆層(4);上述石墨烯覆層(2)和硅覆層(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⑵或硅覆層⑷與接地板⑴之間存在一定的間隙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，其特征在于:所述硅覆層(4)被縱向分隔成多個(gè)相互獨(dú)立且絕緣的等份，每一等份形成一個(gè)縱向延伸的硅片；每個(gè)硅片與一個(gè)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烯覆層(2)相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，其特征在于:每個(gè)硅片的延伸方向均與單極子(5)的延伸方向平行。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，其特征在于:所述石墨烯覆層(2)被縱向分隔成多個(gè)相互獨(dú)立且絕緣的等份，每一等份形成一個(gè)縱向延伸的石墨烯片；每個(gè)石墨烯片與一個(gè)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⑷相連。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，其特征在于:每個(gè)石墨烯片的延伸方向均與單極子(5)的延伸方向平行。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，其特征在于:硅覆層(4)被縱向分隔成多個(gè)相互獨(dú)立且絕緣的等份，每一等份形成一個(gè)縱向延伸的硅片；同時(shí)，石墨烯覆層(2)被縱向分隔成多個(gè)相互獨(dú)立且絕緣的等份，每一等份形成一個(gè)縱向延伸的石墨烯片；電介質(zhì)套筒(3)的一側(cè)表面涂覆的硅片的份數(shù)和另一側(cè)表面涂覆的石墨烯片的份數(shù)的相等；每個(gè)硅片與一個(gè)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(yīng)的石墨稀片相連。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，其特征在于:所述電介質(zhì)套筒(3)為圓柱體或多面柱體。8.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，其特征在于:電介質(zhì)套筒(3)的半徑等于單極子(5)與石墨烯覆層(2)耦合頻率對應(yīng)波長的1/2。9.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，其特征在于:電介質(zhì)套筒(3)的高度等于或大于單極子(5)的高度。10.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的基于石墨烯覆層的可重構(gòu)天線，其特征在于:所述電介質(zhì)套筒(3)由電介質(zhì)材料制成。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于石墨烯覆層的可重構(gòu)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(jìn)一步包括一上下貫通、并呈中空柱狀的電介質(zhì)套筒，電介質(zhì)套筒位于接地板的上方且置于單極子的外圍；電介質(zhì)套筒的內(nèi)外側(cè)表面中的一側(cè)表面涂覆有石墨烯覆層，另一側(cè)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。通過將石墨烯覆層和硅覆層分隔成多塊，并控制其外置偏置電壓，使得天線具有寬頻帶、頻率可重構(gòu)和/或輻射方向圖可重構(gòu)的特點(diǎn)。
【IPC分類】H01Q1/38
【公開號】CN204834860
【申請?zhí)枴緾N201520605184
【發(fā)明人】朱四新, 姜彥南, 袁銳, 曹衛(wèi)平, 高超寧, 其他發(fā)明人請求不公開姓名
【申請人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月12日