石墨烯CVD生长以及石墨烯可重构天线的仿真

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近年来,随着石墨烯被成功制备,其优异的电学、光学、力学等特性也被人们广泛研究,这些特性使得石墨烯成为了多个领域中的研究热点。而随着现代信息技术的高速发展,天线在通信领域的重要性进一步凸显。将石墨烯优异且独特的物理性能应用于天线设计和制备中,能有效改善天线的性能,推进无线通信领域的发展。本文主要对石墨烯材料的化学气相沉积(CVD)法生长和新型石墨烯可重构天线的设计进行了创新性的研究:(1)根据石墨烯电导率和相对介电常数的理论计算公式,结合计算机编程,计算了石墨烯的电导率、介电常数可调性,探究了化学势和频率对石墨烯电磁参数的影响,并为天线中石墨烯材料的建模提供了数据基础。从石墨烯材料生长的角度出发,使用化学气相沉积法合成石墨烯薄膜,研究化学气相沉积过程的多种参数对于石墨烯薄膜合成的影响。最终选择在300 min的生长时间、12 min的抛光时间、1 sccm的CH4流量下进行生长,以铜箔盒子为基底生长得到单层、双层、多层的石墨烯薄膜。接着对化学气相沉积法生长出的石墨烯进行了PMMA湿法转移,并对转移后的石墨烯进行了金相显微镜表征和拉曼光谱表征。在适合的生长参数下能够得到尺寸约100μm的单层石墨烯薄膜。(2)利用单层石墨烯电导率可调的物理性质,将石墨烯应用于微带偶极子天线的设计中,设计了基于石墨烯材料的频率可重构天线和方向图可重构天线。其中设计的频率可重构天线位于太赫兹频段,石墨烯层位于天线辐射体与硅基底之间,改变石墨烯上施加的化学势,可以使谐振频率在2.12~2.19 THz范围内进行动态可重构。设计的方向图可重构天线位于微波频段,石墨烯作为天线的反射器和引向器,天线的谐振频率约为25 GHz,通过调控石墨烯化学势可以使天线峰值增益从在3.5 d Bi至5.56 d Bi之间变化,前后比在1.59 d B至7.62 d B之间变化,增益和前后比提升明显。有效地验证了石墨烯材料应用于频率可重构和方向可重构天线的可行性。
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