方向圖可重構(gòu)的葉輪型太赫茲天線(xiàn)的研究與計(jì)算.pdf

1、方向圖可重構(gòu)天線(xiàn)可以根據(jù)通信環(huán)境的變化實(shí)時(shí)改變天線(xiàn)的輻射波束方向，既能滿(mǎn)足現(xiàn)代通訊高速率、信道多變的要求，又能降低通信平臺(tái)天線(xiàn)數(shù)量，凈化電磁環(huán)境，是天線(xiàn)領(lǐng)域的前沿課題。傳統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)可重構(gòu)的方式多為加載電子器件或使用機(jī)械方法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率不高。近年來(lái)出現(xiàn)的新材料石墨烯具有獨(dú)特的光電特性和高效的電可調(diào)性，且工作頻率覆蓋太赫茲波段，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可重構(gòu)太赫茲天線(xiàn)提供了一條有效途徑。本文以單層石墨烯為材料，設(shè)計(jì)了一種新型的方向圖可重構(gòu)的葉輪型太

2、赫茲天線(xiàn)，并采用矩量法進(jìn)行了計(jì)算和優(yōu)化。結(jié)果表明，該天線(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)波束360°連續(xù)變向并具有適中的增益和很低的后向輻射。本課題的主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)回顧了石墨烯的基本特性，計(jì)算了兩種基于石墨烯材料的天線(xiàn):偶極子天線(xiàn)和八木天線(xiàn)。給出了天線(xiàn)的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性，并與理想導(dǎo)體天線(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比，為石墨烯應(yīng)用于可重構(gòu)太赫茲天線(xiàn)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種新型的基于石墨烯的葉輪型太赫茲天線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)方向圖的可重構(gòu)。天線(xiàn)的主

3、要結(jié)構(gòu)由作為有源振子的石墨烯偶極子天線(xiàn)和沿以其為中心的圓周方向上均勻分布的若干石墨烯薄片所構(gòu)成。為了考察天線(xiàn)的葉片數(shù)量、葉片的化學(xué)勢(shì)分布與天線(xiàn)輻射特性之間的關(guān)系，本文仿真計(jì)算并優(yōu)化了2～9葉天線(xiàn)，總結(jié)出如下規(guī)律:受化學(xué)勢(shì)調(diào)控的石墨烯葉片的阻抗?fàn)顟B(tài)決定了天線(xiàn)的主瓣波束方向，背向波束方向的葉片為低阻抗態(tài)，起反射作用，迎向波束方向的葉片為高阻抗態(tài)，起透射窗口作用。
　　(3)基于上述規(guī)律，以45葉天線(xiàn)為例，得到了天線(xiàn)葉片的化學(xué)勢(shì)分布梯形

4、等效函數(shù)，并驗(yàn)證了等效函數(shù)的有效性，實(shí)現(xiàn)了天線(xiàn)輻射方向圖360°全向可控連續(xù)變向，波束掃描覆蓋整個(gè)方向角平面。隨后，采用化學(xué)勢(shì)分布梯形等效函數(shù)方案對(duì)45葉天線(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化，計(jì)算結(jié)果表明:天線(xiàn)的主瓣增益可達(dá)8.46dB，前后比為31dB，背向輻射得到有效抑制。所采用的梯形等效函數(shù)方案同樣適用于其它葉片數(shù)的葉輪型太赫茲天線(xiàn)的優(yōu)化。
　　本文所設(shè)計(jì)的葉輪型太赫茲天線(xiàn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，360°全向波束掃描，響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，為太赫茲器件