一種電容耦合饋電的透明納米材料天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及透明納米材料如石墨烯或碳納米管天線的設計，特別是一種電容耦合饋電設計和阻抗匹配方法。
【背景技術】
[0002]石墨稀(Graphene)是一種單原子層結構超材料，具有很多優異的電、熱、機械等材料特性和廣闊的工業應用前景，特別是在電子、通訊和智能裝置領域。例如文獻，K.S.Novoselov等，Nature, Vol490, 2012, pp.192，論述了石墨稀材料的優異性能和發展路線圖。石墨烯是目前已知導電性能最出色的材料，由石墨烯材料制成的天線，能夠以太赫茲(THz)的頻率工作。另一方面，碳納米管有優異的電磁波傳播性能。最近，宏觀尺度的碳納米管線制備取得了突破性進展，展現了優越的電子和機械性能(例如參考文獻N.Behabtu等，Science，Vol339, 2013, pp.182)。因此，碳納米管線也是優異的納米天線材料，可以達到通訊裝置的天線尺寸要求。
[0003]隨著智能和穿戴式裝置的不斷創新發明和生產應用，裝置的設計美觀、低功耗、內部空間要求也越來越高，天線的設計尤其重要，往往決定了裝置的基本尺寸和通訊性能如數據速率和信號強度。具有透明、超薄、可彎曲、可折疊、耐高溫、抗腐蝕、電磁性能優越的碳納米材料天線成為這些通訊智能裝置的優先選擇，有巨大市場和廣闊應用。
[0004]然而，碳納米材料用于天線設計，兩個射頻性能的關鍵問題需要解決。第一個是傳統的金屬材料如銅與碳納米材料的結構連接問題。碳納米管與金屬材料在熱熔化狀態下的潤濕問題研宄發現，傳統使用的高表面張力金屬材料都與碳納米管不潤濕、難以焊接(參考文獻E.Dujardin等，Science，Vol265, 1994，pp.1850)。由于天線標準阻抗是50歐姆，透明石墨烯薄膜厚度在一納米左右，阻抗很高。將導致傳統的微帶導線等難以和石墨烯阻抗匹配、必然損耗大。
[0005]因此，合理有效地應用優異性能的碳納米材料來設計碳納米管和石墨烯天線，必須解決兩個核心問題，即:阻抗匹配和饋電方法。
【發明內容】
[0006]本發明就是為解決上述碳納米材料天線設計的技術困難而提出的解決方案。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]本發明提供一種電容親合饋電的透明納米材料天線，所述天線為透明碳納米材料天線，所述天線使用電容耦合方式實現無接觸饋電，通過電容電極的大小、形狀和電極之間的距離、介電材料、介電常數設計和優化，達到天線阻抗匹配。
[0009]作為本發明的進一步改進，所述天線包括石墨烯天線或碳納米管天線或石墨烯和碳納米管組合的天線，所述天線是由一層或幾層石墨烯或碳納米管材料構成的納米尺寸的天線。
[0010]本發明還提供一種宏觀尺寸的電容耦合饋電的透明納米材料天線，該天線由上述碳納米材料天線構成。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述天線為回形針形，天線是多波段、可調諧，由電容耦合方式饋電，使用電極參數優化，易于達到天線阻抗匹配。
[0012]作為本發明的進一步改進，所述天線為F形，天線由電容耦合方式實現饋電或/和接地。
[0013]作為本發明的進一步改進，電容耦合饋電的兩個電極之間的距離從O到I毫米或若干毫米，通過調諧和優化設計達到阻抗匹配。
[0014]作為本發明的進一步改進，電容耦合饋電的兩個電極之間的介質，是任何介電常數的介電材料或空氣。
[0015]本發明還提供一種電容耦合饋電的透明納米材料天線陣列，所述天線陣列包括通訊裝置的智能天線列陣或相控陣天線或自適應天線，所述天線陣列由若干上述宏觀尺寸的碳納米材料天線構成。
[0016]本發明的有益效果如下:
[0017]本發明通過無接觸饋電方法，解決了傳統金屬材料和碳納米材料界面不相容、接觸電阻高問題。本發明所述的納米材料結構天線，薄而透明、可彎曲、可折疊、可印刷、可激光制作、可粘貼或嵌入于智能手機、智能眼鏡、和穿戴式電子裝置的殼體，達到透明、美觀、實用、零體積、高性能、并完成通訊的功能。
【附圖說明】
[0018]圖1是示例一種石墨烯透明天線設計和電容耦合饋電方法。
[0019]圖2是示例一種碳納米管線天線設計和電容耦合饋電方法。
[0020]圖3是示例一種透明石墨烯或碳納米線天線、可彎曲、電容耦合饋電方式，與手機或穿戴式等智能電子裝置殼體等結合。
[0021]圖4是示例透明石墨烯或碳納米線天線性能和阻抗匹配，可發射/接收兩個射頻帶或波段，天線發射方向性可設計。
[0022]圖5是示例使用電容耦合方法透明石墨烯天線的更多范例:電容耦合饋電或/和接地的平面F天線。
[0023]圖6是示例一種使用電容耦合的平面F天線構成的天線列陣。
【具體實施方式】
[0024]以下描述和附圖用于說明本發明，但并不限制本發明。在某些情況下，并沒有描述公知和常規細節。
[0025]本發明一種電容耦合饋電的透明納米材料天線，包括石墨烯天線或碳納米管天線或石墨烯和碳納米管組合的天線，天線基于新穎碳納米材料，提供優異的性能和設計形式，達到零容積天線。使用電容親合方式進行饋電，與碳納米材料天線單元實現非接觸饋電設計；通過電容電極的大小、形狀和電極之間的距離、介電材料、介電常數設計和優化，達到天線阻抗匹配。
[0026]上述天線使用一層或幾層石墨烯或碳納米管材料制作，天線薄到納米尺寸，可以透明、可以彎曲、可以折疊、可以嵌入薄膜材料內。
[0027]上述新穎的碳納米材料具有優異的性能，超級電導、熱導、機械強度、低功耗、高效率。
[0028]本發明一種宏觀尺寸的電容親合饋電的透明納米材料天線，由上述碳納米材料天線構成。
[0029]上述宏觀尺寸的電容耦合饋電的透明納米材料天線可以設計成回形針形，是多波段、可調諧，由電容耦合方式饋電，使用電極參數優化，易于達到天線阻抗匹配。
[0030]上述宏觀尺寸的電容耦合饋電的透明納米材料天線還可以設計成F形，天線是由電容耦合方式實現饋電或/和接地。
[0031]上述宏觀尺寸的電容耦合饋電的透明納米材料天線，電容耦合饋電的兩個電極之間的距離從O到I毫米或數毫米，可以調諧和優化設計達到阻抗匹配。
[0032]上述宏觀尺寸的電容耦合饋電的透明納米材料天線，電容耦合饋電的兩個電極之間的介質，可以是任何介電常數的介電材料或空氣。
[0033]任何上述宏觀尺寸的電容親合饋電的透明納米材料天線單元能夠構成通訊裝置的智能天線列陣(smart antenna array))或相控陣天線(phased array)或自適應天線(adaptive antennas)。
[0034]本發明的電容耦合饋電的透明納米材料天線，其設計和制造能夠與手持無線通訊裝置如智能手機或智能穿戴式裝置如智能手表、智能眼鏡等的完美結合。
[0035]本發明的電容耦合饋電的透明納米材料天線，可以打印制造或激光加工，可以粘結于裝置外表面或內表面，可以嵌入裝置的殼體之中。
[0036]本發明的電容耦合饋電的透明納米材料天線及其電容耦合饋電方式，天線及其集成的通訊裝置的射頻中心頻率和頻段沒有限制，典型天線頻率(段)為950MHz、2GHz、
2.4GHz，5.8GHz、24GHz，以及毫米波頻段，即等于或高于30GHz，例如60GHz。
[0037]下面結合附圖，詳細介紹本發明的各實施例。
[0038]圖1的100示例一個代表性的透明石墨烯天線單元設計。天線形狀似回形針，101標識電容耦合的天線部分。101電極可以在這個天線單元100上移動，達到至少兩個射頻波段發射或/和接收的目的，并可以通過適當選擇101部分達到射頻調