CN107394324A - 基于石墨烯的可调微带线信号传输结构 - Google Patents

基于石墨烯的可调微带线信号传输结构 Download PDF

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李书芳
张贯京
葛新科
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    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H01P3/081—Microstriplines

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  • Waveguides (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，包括介质板、设置在介质板上表面的一根微带线和一根石墨烯贴片、及设置于所述介质板下表面的金属贴片，其中：所述微带线与石墨烯贴片并列设置于所述介质板上表面的中间位置，所述微带线的一条长边与所述石墨烯贴片的一条长边连接；所述金属贴片覆盖所述介质板的下表面并形成金属地。本发明基于石墨烯的可调微带线信号传输结构可以实现器件或***阻抗匹配，实现器件或***的阻抗匹配的动态调整。

Description

基于石墨烯的可调微带线信号传输结构
技术领域
本发明涉及太赫兹通信技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯的可调微带线信号传输结构。
背景技术
微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线。适合制作微波集成电路的平面结构传输线。与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等。微带线在现有通信***中运用广泛。
然而，现有的通信***中的微带线均为固定阻抗，比如50欧姆，导致通信***中所有器件都需要同时匹配到50欧姆，通信***才能正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，旨在解决现有技术中的无法实现器件或***阻抗匹配动态调整的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，包括介质板、设置在介质板上表面的一根微带线和一根石墨烯贴片、及设置于所述介质板下表面的金属贴片，其中：
所述微带线与石墨烯贴片并列设置于所述介质板上表面的中间位置，所述微带线的一条长边与所述石墨烯贴片的一条长边连接；及
所述金属贴片覆盖所述介质板的下表面并形成金属地。
优选的，所述微带线的长边的长度与介质板的长边的长度相同，所述石墨烯贴片的长边的长度与介质板的长边的长度相同。
优选的，所述微带线及所述石墨烯贴片的厚度均相同。
优选的，所述微带线与石墨烯贴片均为条形结构，其中，所述微带线为金属铜片。
优选的，所述微带线的宽度为2微米、所述石墨烯贴片的宽度为0.5纳米、所述微带线、石墨烯贴片及金属贴片的厚度均为0.5纳米，所述微带线、石墨烯贴片、金属贴片及介质板的长度均为60微米，所述介质板的厚度为1微米，所述介质板及金属贴片的宽度均为30微米。
优选的，所述石墨烯贴片的化学势调整区间为0电子伏特至0.015电子伏特。
优选的，所述微带线通过下截止频率后，当所述微带线的传输系数小于-3dB且反射系数大于-10dB时，所述微带线属于传输模式。
相较于现有技术，本发明所述基于石墨烯的可调微带线信号传输结构通过在微带线旁设置石墨烯贴片，利用石墨烯贴片的可调复阻抗性能可以很容易实现器件或***阻抗匹配，实现器件或***的阻抗匹配的动态调整。
附图说明
图1是本发明基于石墨烯的可调微带线信号传输结构优选实施例的结构示意图。
图2是本发明基于石墨烯的可调微带线信号传输结构通过电磁仿真软件仿真时反射系数及传输系数的S参数结果示意图。
图3是本发明基于石墨烯的可调微带线信号传输结构通过电磁仿真软件仿真时基于反射系数及传输系数提取的阻抗及电抗的S参数结果示意图。
图4是本发明基于石墨烯的可调微带线信号传输结构通过电磁仿真软件仿真时衰减常数α和相位常数的S参数结果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，本发明并不局限于以下实施例。
参考图1所示，图1是本发明基于石墨烯的可调微带线信号传输结构优选实施例的结构示意图。
在本实施例中，所述基于石墨烯的可调微带线信号传输结构1包括介质板10、设置在介质板10上表面的一根微带线11及一根石墨烯贴片12、及设置在介质板10下表面的金属贴片13。
所述微带线11与石墨烯贴片12并列设置于所述介质板10上表面的中间位置，所述微带线11的一条长边与所述石墨烯贴片12的一条长边连接。具体地说，所述微带线11的左侧设置石墨烯贴片12，所述微带线11的一条长边(与介质板10的长边的长度相同)紧挨着石墨烯贴片12的一条长边(与介质板10的长边的长度相同)。所述微带线11及所述石墨烯贴片12的厚度均相同(例如，0.5纳米)，所述微带线11及所述石墨烯贴片12的长度相同均为L，所述微带线11的宽度为W1，所述石墨烯贴片12的宽度为W2。
所述金属贴片13包裹住所述介质板10的底部并形成金属地，所述金属贴片13的厚度为0.5纳米，金属贴片13的长度与介质板10的长度相同、均为L，金属贴片13的宽度与介质板10的宽度相同、均为W。
在本实施例中，所述微带线11的宽度W1为2微米、所述石墨烯贴片12的宽度W2为0.5纳米、所述微带线11、石墨烯贴片12及金属贴片13的厚度均为0.5纳米，所述微带线11、石墨烯贴片12、金属贴片13及介质板10的长度L均为60微米，所述介质板10的厚度为1微米，所述介质板10及金属贴片13的宽度W均为30微米。
本发明实施例由于采用石墨烯贴片12，运用了石墨烯优异的电光效应，可以实现器件或***阻抗匹配，避免固定采用单一的阻抗组件，实现阻抗匹配动态调整。
当所述可调微带线信号传输结构1与其它通信装置连接时，通过调节石墨烯贴片12的化学势来调节信号传输过程中损耗，具体地说，当赋予石墨烯贴片12的化学势改变时，石墨烯贴片12的电导率也改变，通过电导率的改变来调节信号传输过程中损耗，进而影响微带线的下截止频率。
本发明所述的基于石墨烯的可调微带线信号传输结构通过在微带线11上并列设置一个石墨烯贴片12，通过在石墨烯贴片12上加不同的化学势，可以实现调节信号传输过程中的阻抗和电抗，有利于***和器件的阻抗匹配。需要说明的是，通过对所述石墨烯贴片12上施加不同的电压可以是实现对所述石墨烯贴片12赋予不同的化学势。
图2为石墨烯贴片12上加不同的化学势(即图中μc)时，反射曲线|S11|和传输曲线|S21|的变化规律，为了显示出|S21|与衰减系数α的关系，图2还添加了石墨烯贴片12在不同化学势下衰减系数α随频率的变化曲线。图3为当在石墨烯贴片12的化学势(即图中μc)从为0eV(电子伏特)到0.015eV时，基于反射曲线|S11|及传输曲线|S21|提取出的阻抗Rc(即图中Rcμc)和电抗Xc(即图中Xcμc)随频率变化的曲线。图4为石墨烯贴片12的化学势从0eV到0.015eV变化时，衰减常数α和相位常数β随频率变化的曲线。其中，上述图2至图4的仿真图是在W＝30微米(μm)、W1＝2微米(μm)、W2＝0.5μm、L＝60μm及H＝1μm的情况下仿真得出的。
参考图2所示，当|S21|的值接近零的时候，衰减系数α也接近零。当|S21|的值大于零的时候，衰减系数α的值开始变大。当|S21|的值接近零的时候，说明能量可以从微带线11上以极小的损耗传输，此时微带线11处于传输模式。当|S21|的值大于零的时候，衰减系数α的值也会很大，能量在微带线11中很大程度被消散，此时微带线11处于辐射模式。当石墨烯贴片12的化学势从0eV变到0.015eV时，微带线11的下截止频率向高频方向移动。微带线11通过下截止频率后，可以看出微带线11的传输系数(|S21|对应的值)小于-3dB且反射系数(|S11|对应的值)大于-10dB时，微带线11属于传输模式。
从图3可以看出，当微带线11的电抗Xc接近于零时，微带线11处于传输模式，此时衰减系数α几乎为零。当微带线11的电抗Xc大于零时，微带线11处于辐射模式，此时衰减系数α的值也会变大。微带线11的电抗Xc的值会影响阻抗匹配，如果特性阻抗虚部，也就是电抗Xc等于零，则可以方便构建阻抗匹配的电路或***。
从图4可以看出，在传输模式下，相位常数随着频率的变化呈线性关系。当石墨烯贴片12加载不同的化学势，相位常数的值不同。同时，由图4可以看出，在相位常数的线性区间内，衰减系数α的值接近于0，表明在此区域内，微带线11属于传输模式。因此，验证了加载不同化学势的石墨烯贴片12可以使基于石墨烯贴片12的器件/***实现可重构频率特性。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，其特征在于，包括介质板、设置在介质板上表面的一根微带线和一根石墨烯贴片、及设置于所述介质板下表面的金属贴片，其中：
所述微带线与石墨烯贴片并列设置于所述介质板上表面的中间位置，所述微带线的一条长边与所述石墨烯贴片的一条长边连接；及
所述金属贴片覆盖所述介质板的下表面并形成金属地。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，其特征在于，所述微带线的长边的长度与介质板的长边的长度相同，所述石墨烯贴片的长边的长度与介质板的长边的长度相同。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，其特征在于，所述微带线及所述石墨烯贴片的厚度均相同。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，其特征在于，所述微带线与石墨烯贴片均为条形结构，其中，所述微带线为金属铜片。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，其特征在于，所述微带线的宽度为2微米、所述石墨烯贴片的宽度为0.5纳米、所述微带线、石墨烯贴片及金属贴片的厚度均为0.5纳米，所述微带线、石墨烯贴片、金属贴片及介质板的长度均为60微米，所述介质板的厚度为1微米，所述介质板及金属贴片的宽度均为30微米。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，其特征在于，所述石墨烯贴片的化学势调整区间为0电子伏特至0.015电子伏特。
7.根据权利要求6所述的基于石墨烯的可调微带线信号传输结构，其特征在于，所述微带线通过下截止频率后，当所述微带线的传输系数小于-3dB且反射系数大于-10dB时，所述微带线属于传输模式。
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