石墨烯太赫茲天線及其通信方法
【專利摘要】本發明提供了一種石墨烯太赫茲天線及其通信方法。石墨烯太赫茲天線包括：介質襯底基片以及布置在介質襯底基片上的矩形石墨烯貼片天線；其中矩形石墨烯貼片天線由石墨烯材料制成，而且矩形石墨烯貼片天線的長度和寬度均介于1微米至100微米的范圍內；而且，矩形石墨烯貼片天線上入射有太赫茲電磁輻射。
【專利說明】石墨烯太赫茲天線及其通信方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太赫茲無線通信應用領域，更具體地說，本發明涉及一種石墨烯太赫茲天線及其通信方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代信息技術的發展以及納米加工工藝的進步，納米系統間的通信已成為國際上迅速發展的熱點技術開發領域之一。納米系統是一種只有幾個微米大小的集成系統，系統間的無線通信可以通過納米天線來實現。但是，傳統的金屬天線若要達到納米無線通信網絡所要求的幾個微米的尺寸時，金屬內電子遷移率變小、信道損耗變大、工作頻率太高以至于無法實現納米系統間無線通信的功能。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠實現納米系統間的無線通信功能的石墨烯太赫茲天線及其通信方法。
[0004]為了實現上述技術目的，根據本發明的第一方面，提供了 一種石墨烯太赫茲天線，其特征在于包括:介質襯底基片以及布置在介質襯底基片上的矩形石墨烯貼片天線；其中矩形石墨烯貼片天線由石墨烯材料制成，而且矩形石墨烯貼片天線的長度和寬度均介于I微米至100微米的范圍內；而且，矩形石墨烯貼片天線上入射有太赫茲電磁輻射。
[0005]優選地，矩形石墨烯貼片天線I的長度和寬度均介于I微米至10微米的范圍內。
[0006]優選地，介質襯底基片的材料為硅或二氧化硅。
[0007]優選地，矩形石墨烯貼片天線和介質襯底基片之間形成有器件。
[0008]優選地，石墨烯貼片天線處于介質襯底基片的邊緣位置。
[0009]為了實現上述技術目的，根據本發明的第二方面，提供了一種石墨烯太赫茲天線通信方法，其特征在于包括:準備矩形石墨烯貼片天線作為共振腔；其中矩形石墨烯貼片天線由石墨烯材料制成，而且矩形石墨烯貼片天線的長度和寬度均介于I微米至100微米的范圍內；準備介質襯底基片作為支撐矩形石墨烯貼片天線的襯底；將作為共振腔的矩形石墨烯貼片天線布置在介質襯底基片的表面上；利用太赫茲電磁輻射對矩形石墨烯貼片天線進行照射。
[0010]優選地，所述石墨烯太赫茲天線通信方法還包括:調節石墨烯貼片天線的長度L和/或寬度W的大小和/或介質襯底基片的厚度大小，以便調整石墨烯太赫茲天線的工作頻率；或者調整石墨稀太赫茲天線上的偏直電壓，以便調整石墨稀太赫茲天線的工作頻率。
[0011]優選地，在介質襯底基片的表面形成集成金屬電極或混頻器等器件，隨后將作為共振腔的矩形石墨烯貼片天線形成有集成金屬電極或混頻器等器件的表面上。
[0012]優選地，石墨烯貼片天線處于介質襯底基片的邊緣位置。
[0013]優選地，矩形石墨烯貼片天線的長度L和寬度W均介于I微米至10微米的范圍內。
[0014]本發明提供了一種基于石墨烯材料實現太赫茲天線功能的方法，滿足了納米系統間無線通信的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中:
[0016]圖1示意性地示出了根據本發明優選實施例的石墨烯太赫茲天線的結構圖。
[0017]圖2示意性地示出了根據本發明優選實施例的石墨烯太赫茲天線通信方法的流程圖。
[0018]需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。
[0020]近年來，具有優異力學、熱學、光學和電學性質的石墨烯吸引著越來越多學術界和工業界的關注，并且在超高頻、超高速晶體管和太陽能電池等諸多領域有著廣泛應用。本發明采用石墨烯來代替傳統的金屬材料制作成能工作在太赫茲波段的天線，實現納米系統間的無線通信功能。
[0021]圖1示意性地示出了根據本發明優選實施例的石墨烯太赫茲天線的結構圖。
[0022]如圖1所示，根據本發明優選實施例的石墨烯太赫茲天線包括:介質襯底基片2以及布置在介質襯底基片2上的矩形石墨稀貼片天線I ;其中矩形石墨稀貼片天線I由石墨烯材料制成，而且矩形石墨烯貼片天線I的長度L和寬度W均介于I微米至100微米的范圍內；優選地，矩形石墨烯貼片天線I的長度L和寬度W均介于I微米至10微米的范圍內。而且，矩形石墨烯貼片天線I上入射有太赫茲電磁輻射。
[0023]優選地，可以將石墨烯貼片天線I置于介質襯底基片2的邊緣位置，由此可以增強電磁輻射和天線間的相互作用。
[0024]優選地，矩形石墨烯貼片天線I和介質襯底基片2之間形成有集成金屬電極或混頻器等器件。
[0025]優選地，介質襯底基片2的材料可以為硅或二氧化硅等。
[0026]由此，石墨烯貼片天線起著共振腔的作用，入射的太赫茲電磁輻射與等離激元模式間的耦合相互作用在石墨烯貼片天線內形成共振。本發明用石墨烯來代替傳統的金屬材料制作的貼片天線能工作在太赫茲波段，具有結構簡單、易集成、輻射吸收效率高、工作頻率可調諧等特點。
[0027]在本發明優選實施例中,石墨烯太赫茲天線的納米天線部分直接由石墨烯材料制作而成。石墨烯是一種由單原子層構成的二維材料，它的等離子頻率比一般金屬材料要低得多，正好處在太赫茲范圍，因此石墨烯支持TM型等離激元波形式的太赫茲電磁波。太赫茲輻射與石墨烯貼片天線間的相互作用有兩種機制，分別為吸收和散射機制。由于石墨烯內部與遠場的電磁波間存在巨大的波長失調，天線對太赫茲輻射的散射要比吸收作用小3個數量級，所以該石墨烯貼片天線效率非常高。并且，矩形石墨烯貼片天線的邊緣起著類似鏡子的作用，而貼片實際就是一個共振腔。入射的太赫茲電磁輻射與等離激元模式間的耦合相互作用在石墨烯貼片天線內形成共振。通過改變貼片天線的尺寸、介質襯底基片的材料和大小，或者直接調整天線上的電壓可以改變貼片共振腔內等離激元波的共振頻率，實現天線工作頻率可調諧的功能。
[0028]相應地，根據本發明的另一優選實施例，本發明還提供了上述石墨烯太赫茲天線的通信方法。圖2示意性地示出了根據本發明優選實施例的石墨烯太赫茲天線通信方法的流程圖。
[0029]如圖2所示，根據本發明優選實施例的石墨烯太赫茲天線通信方法包括:
[0030]第一步驟SI，用于準備矩形石墨烯貼片天線I作為共振腔；其中矩形石墨烯貼片天線I由石墨烯材料制成，而且矩形石墨烯貼片天線I的長度L和寬度W均介于I微米至100微米的范圍內；優選地，矩形石墨烯貼片天線I的長度L和寬度W均介于I微米至10微米的范圍內。
[0031]第二步驟S2，用于準備介質襯底基片2作為支撐矩形石墨烯貼片天線的襯底；優選地，介質襯底基片2的材料可以為硅或二氧化硅等。
[0032]第三步驟S3，用于將作為共振腔的矩形石墨烯貼片天線布置在介質襯底基片2的表面上。優選地，可以將石墨烯貼片天線I置于介質襯底基片2的邊緣位置，由此可以增強電磁輻射和天線間的相互作用。
[0033]優選地，可以在介質襯底基片2的表面形成集成金屬電極或混頻器等器件，隨后將作為共振腔的矩形石墨烯貼片天線形成有集成金屬電極或混頻器等器件的表面上。這樣，就在矩形石墨烯貼片天線I和介質襯底基片2之間布置了集成金屬電極或混頻器等器件。
[0034]第四步驟S4，用于利用太赫茲電磁輻射對矩形石墨烯貼片天線I照射。這樣，入射的太赫茲電磁輻射與等離激元模式間的耦合相互作用在石墨烯貼片天線內形成共振，由此接收特定頻率的電磁波。
[0035]優選地，根據本發明優選實施例的石墨烯太赫茲天線通信方法還可以包括第五步驟S5:可以調節石墨烯貼片天線I的長度L和/或寬度W的大小和/或介質襯底基片2的厚度D大小，以便調整石墨稀太赫茲天線的工作頻率；可替換地，可以直接調整石墨稀太赫茲天線上的偏置電壓來調諧工作頻。
[0036]本發明采用石墨烯來代替傳統的金屬材料制作的貼片天線能工作在太赫茲波段，工作頻率可以通過改變貼片天線的尺寸、介質襯底基片的材料和大小或調整天線上的電壓來調節。基于本發明的太赫茲天線，具有結構簡單、易集成、輻射吸收效率高、工作頻率可調諧等特點。
[0037]此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關系或者順序關系等。
[0038]可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種石墨烯太赫茲天線，其特征在于包括:介質襯底基片以及布置在介質襯底基片上的矩形石墨烯貼片天線；其中矩形石墨烯貼片天線由石墨烯材料制成，而且矩形石墨烯貼片天線的長度和寬度均介于I微米至100微米的范圍內；而且，矩形石墨烯貼片天線上入射有太赫茲電磁輻射。
2.根據權利要求1所述的石墨烯太赫茲天線，其特征在于，矩形石墨烯貼片天線I的長度和寬度均介于I微米至10微米的范圍內。
3.根據權利要求1或2所述的石墨烯太赫茲天線，其特征在于，介質襯底基片的材料為硅或二氧化硅。
4.根據權利要求1或2所述的石墨烯太赫茲天線，其特征在于，矩形石墨烯貼片天線和介質襯底基片之間形成有器件。
5.根據權利要求1或2所述的石墨烯太赫茲天線，其特征在于，石墨烯貼片天線處于介質襯底基片的邊緣位置。
6.一種石墨烯太赫茲天線通信方法，其特征在于包括: 準備矩形石墨烯貼片天線作為共振腔；其中矩形石墨烯貼片天線由石墨烯材料制成，而且矩形石墨烯貼片天線的長度和寬度均介于I微米至100微米的范圍內； 準備介質襯底基片作為支撐矩形石墨烯貼片天線的襯底； 將作為共振腔的矩形石墨烯貼片天線布置在介質襯底基片的表面上； 利用太赫茲電磁輻射對矩形石墨烯貼片天線進行照射。
7.根據權利要求6所述的石墨烯太赫茲天線通信方法，其特征在于還包括:調節石墨烯貼片天線的長度L和/或寬度W的大小和/或介質襯底基片的厚度大小，以便調整石墨烯太赫茲天線的工作頻率；或者調整石墨烯太赫茲天線上的偏置電壓，以便調整石墨烯太赫茲天線的工作頻率。
8.根據權利要求6所述的石墨烯太赫茲天線通信方法，其特征在于，在介質襯底基片的表面形成集成金屬電極或混頻器等器件，隨后將作為共振腔的矩形石墨烯貼片天線形成有集成金屬電極或混頻器等器件的表面上。
9.根據權利要求6或7所述的石墨烯太赫茲天線通信方法，其特征在于，石墨烯貼片天線處于介質襯底基片的邊緣位置。
10.根據權利要求6或7所述的石墨烯太赫茲天線通信方法，其特征在于，矩形石墨烯貼片天線的長度L和寬度W均介于I微米至10微米的范圍內。
【文檔編號】H01Q9/04GK103647150SQ201310698175
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】鐘旭 申請人:上海電機學院