【摘 要】
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太赫兹在工业无损检测、国防安全、生物医药、通讯等领域具有广阔的应用前景,传统金属在太赫兹频谱由于电子迁移率低,衰减大,不适宜制作高效小型化天线。石墨烯在太赫兹频谱中具有独特的电子特性,成为毫米波/太赫兹小型化天线的极佳选择。将未来的5G天线与现有的3G/4G天线平台集成是构建5G无线通信系统最初的主要挑战之一。这种短期的复杂特性将对基站天线提出更加严格的要求,因此,移动通信行业迫切需要开发新的天线
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太赫兹在工业无损检测、国防安全、生物医药、通讯等领域具有广阔的应用前景,传统金属在太赫兹频谱由于电子迁移率低,衰减大,不适宜制作高效小型化天线。石墨烯在太赫兹频谱中具有独特的电子特性,成为毫米波/太赫兹小型化天线的极佳选择。将未来的5G天线与现有的3G/4G天线平台集成是构建5G无线通信系统最初的主要挑战之一。这种短期的复杂特性将对基站天线提出更加严格的要求,因此,移动通信行业迫切需要开发新的天线技术,以应对部署5G基站天线的挑战。本文首先查阅了大量国内外关于天线设计的文献,总结了近年来关于石墨烯太赫兹天线的成果和研究,同时简要介绍了基站阵列天线的最新研究和发展前景。其次,简单介绍了天线的原理及其各项指标,并介绍了两类常用天线的的设计原理。然后基于石墨烯的电导率公式及相应的天线设计原理,设计了三种太赫兹天线包括:两种形状不同的可重构纳米天线,两根天线分别在0.74～1.26 THz和1.06～1.54 THz实现了频率可重构特性;基于石墨烯的可调谐太赫兹超表面,此超表面基于石墨烯特性实现了吸波/反射两种模式下的转换,吸波模式下的工作频段(S11<-10 d B)为0.84～1.02 THz;基于石墨烯-金属结构的可调谐Vivaldi天线,提出的石墨烯-金属设计综合了不同直流偏置电压动态表面电导率可调性以及金属具有的高辐射效率,工作频段为0.21～0.67 THz。最后,系统地介绍了2G、3G和4G通信基站的设计方法。该方法包括在低频阵子元件（0.69～0.96 GHz）中引入高频扼流圈抑制其辐射体上产生的高频耦合电流,在高频阵子元件（1.7～2.7 GHz）的馈电巴伦中引入微带扼流结构抑制其阵子结构产生的低频耦合电流。在本文设计的演示样本中,通过扼流技术实现了一个抑制双频段之间耦合影响的排列紧密的双频阵列。仿真和实测结果表明,该阵列在很大程度上消除了不同频段之间的耦合影响,使得设计的双频阵列无论在高频段还是低频段都具有稳定的辐射性能,样本中高频阵列的最大增益达到11.8 d Bi,低频阵列最大增益达到7.8 d Bi。
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