本發(fā)明屬于衰減器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯的基片集成波導(dǎo)動(dòng)態(tài)可調(diào)衰減器。

背景技術(shù)：

衰減器是一種在不引起信號失真并可以增強(qiáng)阻抗匹配的前提下控制信號傳輸能量的重要元件，其廣泛地應(yīng)用于電子設(shè)備中，它的主要用途是：調(diào)整電路中信號的大小；在比較法測量電路中，可用來直讀被測網(wǎng)絡(luò)的衰減值；改善阻抗匹配，若某些電路要求有一個(gè)比較穩(wěn)定的負(fù)載阻抗時(shí)，則可在此電路與實(shí)際負(fù)載阻抗之間插入一個(gè)衰減器，能夠緩沖阻抗的變化。

近年來石墨烯由于具備突出的機(jī)械、電子和光學(xué)性能而受到廣泛關(guān)注，而且在微波段基于石墨烯的一些元件最近幾年也被提出。由于在微波段石墨烯的電導(dǎo)率動(dòng)態(tài)可調(diào)，因此最近有一些文獻(xiàn)提出了基于石墨烯的動(dòng)態(tài)可調(diào)的衰減器。

目前已報(bào)道出的基于石墨烯的動(dòng)態(tài)可調(diào)的衰減器都是基于微帶線結(jié)構(gòu)，但是這種衰減器都具有較大的回波損耗，因此與這種衰減器相連的電路元件的性能會(huì)有所下降。為了減小衰減器的回波損耗并使其更便于與平面電路集成，使用基片集成波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)做衰減器是一種較好的選擇。

目前已報(bào)道出的基于基片集成波導(dǎo)的可調(diào)衰減器使用pin二極管提供可調(diào)控的電阻，以此來改變衰減器的衰減量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于石墨烯的基片集成波導(dǎo)動(dòng)態(tài)可調(diào)衰減器，可以通過外加電壓改變石墨烯的電導(dǎo)率來控制衰減器的衰減量。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于石墨烯的基片集成波導(dǎo)動(dòng)態(tài)可調(diào)衰減器，該衰減器包括基片集成波導(dǎo)和石墨烯三明治結(jié)構(gòu)，所述的石墨烯三明治結(jié)構(gòu)等間距嵌入基片集成波導(dǎo)的介質(zhì)中；所述的石墨烯三明治結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)單層石墨烯和隔膜紙，隔膜紙?jiān)O(shè)置在兩個(gè)單層石墨烯之間；所述的隔膜紙浸透離子液，在隔膜紙的一端的兩面涂有導(dǎo)電碳漿，導(dǎo)電碳漿連接偏置電壓；所述的石墨烯一端接觸涂在隔膜紙上的導(dǎo)電碳漿，以調(diào)節(jié)石墨烯三明治結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率。

在所述的基片集成波導(dǎo)的上部和下部分別對稱設(shè)置兩排金屬過孔。

所述的基片集成波導(dǎo)的兩端通過微帶線性漸變線和微帶線相連。

該衰減器包括基片集成波導(dǎo)和兩個(gè)石墨烯三明治結(jié)構(gòu)，所述的兩個(gè)石墨烯三明治結(jié)構(gòu)嵌入基片集成波導(dǎo)的介質(zhì)中，基片集成波導(dǎo)的介質(zhì)被分為三個(gè)部分。

在所述的基片集成波導(dǎo)上下表面分別設(shè)置金屬板。

所述的微帶線為50ω。

所述的基片集成波導(dǎo)介質(zhì)相對介電常數(shù)3-3.5，厚度1mm-2.5mm。

所述的兩排金屬過孔間的距離10mm-20mm。

所述的石墨烯三明治結(jié)構(gòu)長度為40mm-60mm。

相鄰的所述石墨烯三明治結(jié)構(gòu)間的距離為7.8mm-10mm。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種基于石墨烯的基片集成波導(dǎo)動(dòng)態(tài)可調(diào)衰減器，該衰減器由基片集成波導(dǎo)和插在介質(zhì)中的石墨烯三明治結(jié)構(gòu)構(gòu)成，具有可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的衰減量、較低的回波損耗、較寬的頻帶；衰減器可以通過調(diào)節(jié)石墨烯的電導(dǎo)率、石墨烯的長度以及石墨烯三明治結(jié)構(gòu)間的距離來調(diào)節(jié)衰減器的衰減量和衰減量的動(dòng)態(tài)調(diào)控范圍。

附圖說明

圖1是衰減器的剖視圖；

圖2是衰減器的主視圖；

圖3是石墨烯三明治結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是實(shí)施例的石墨烯表面阻抗隨偏置電壓變化的曲線；

圖5是實(shí)施例的衰減器s21參數(shù)；

圖6是實(shí)施例的衰減器s11參數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于

本技術(shù)：
所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖1-2所示，附圖標(biāo)記如下：基片集成波導(dǎo)1、石墨烯三明治結(jié)構(gòu)2、石墨烯3、隔膜紙4、金屬板5、微帶線性漸變線6、微帶線7、金屬過孔8和導(dǎo)電碳漿9。微帶線7為50ω；基片集成波導(dǎo)1介質(zhì)相對介電常數(shù)3-3.5，厚度1mm-2.5mm；兩排金屬過孔8間的距離10mm-20mm；所述的石墨烯三明治結(jié)構(gòu)2長度為40mm-60mm；相鄰的石墨烯三明治結(jié)構(gòu)2間的距離為7.8mm-10mm。

其中，金屬板5和金屬過孔8為無耗金屬材質(zhì)，無耗金屬選自金、銀、銅。微帶線性漸變線6用于匹配微帶線和基片集成波導(dǎo)。

如圖1所示，兩個(gè)石墨烯三明治結(jié)構(gòu)2嵌入基片集成波導(dǎo)1的介質(zhì)中，基片集成波導(dǎo)1的介質(zhì)被分為三個(gè)部分；在基片集成波導(dǎo)1上下表面分別設(shè)置金屬板5。在基片集成波導(dǎo)1的上部和下部分別對稱設(shè)置兩排金屬過孔8。兩排金屬過孔8貫穿基片集成波導(dǎo)1，用于屏蔽電磁場，防止介質(zhì)內(nèi)的磁場輻射。

如圖2所示，衰減器的主體為基片集成波導(dǎo)1；在基片集成波導(dǎo)1的兩端設(shè)置微帶線性漸變線6和微帶線7，基片集成波導(dǎo)1的兩端通過微帶線性漸變線6和微帶線7相連。

基片集成波導(dǎo)1介質(zhì)中的兩個(gè)石墨烯三明治結(jié)構(gòu)2尺寸完全一樣。石墨烯三明治結(jié)構(gòu)2包括兩個(gè)單層石墨烯3和隔膜紙4，隔膜紙4設(shè)置在兩個(gè)單層石墨烯3之間；為調(diào)節(jié)石墨烯電導(dǎo)率，隔膜紙4浸透離子液，如圖3所示，在隔膜紙4的一端的兩面涂有導(dǎo)電碳漿9，導(dǎo)電碳漿9連接偏置電壓。石墨烯3一端接觸涂在紙上的導(dǎo)電碳漿9，以調(diào)節(jié)石墨烯三明治結(jié)構(gòu)2的電導(dǎo)率。其中，離子液為n-甲氧基乙基-n-甲基二乙基銨雙(三氟甲磺酰)亞胺鹽。

為了給隔膜紙4兩側(cè)的單層石墨烯3加偏置電壓，石墨烯3的寬度應(yīng)該略小于基片集成波導(dǎo)1介質(zhì)的厚度，以避免石墨烯3接觸到基片集成波導(dǎo)1上下兩層金屬板5。

石墨烯3在基片集成波導(dǎo)1中可以實(shí)現(xiàn)阻抗損耗，因此在衰減器的輸出端口信號會(huì)有所衰減。

如圖4所示，為石墨烯表面阻抗隨偏置電壓變化的曲線，曲線通過實(shí)驗(yàn)測量得到。調(diào)節(jié)偏置電壓可以動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)石墨烯3的電導(dǎo)率，由于石墨烯在基片集成波導(dǎo)中會(huì)產(chǎn)生阻抗損耗，而石墨烯的表面阻抗值會(huì)影響阻抗損耗的大小，所以調(diào)節(jié)石墨烯的表面阻抗就可以調(diào)節(jié)衰減器的衰減量。

如圖5-6所示，為實(shí)施例的衰減器性能參數(shù)，曲線通過電磁仿真軟件cst得到。

圖5是衰減器的插入損耗隨頻率的變化。圖5示出的仿真結(jié)果表明，石墨烯表面阻抗降低會(huì)導(dǎo)致衰減器衰減量的增加，在7ghz-14.5ghz范圍內(nèi)衰減器的衰減量可以從2db增加到15db。

圖6是回波損耗隨頻率的變化。設(shè)計(jì)參數(shù)為：介質(zhì)相對介電常數(shù)為3.2、厚度為2.5mm的arlonad320，石墨烯三明治結(jié)構(gòu)2長度為55.0mm，兩個(gè)石墨烯三明治結(jié)構(gòu)2間的距離為7.8mm，基片集成波導(dǎo)1長度為55.0mm，基片集成波導(dǎo)1的兩排金屬過孔8間的距離為17.5mm，每個(gè)金屬過孔8的直徑為1.43mm，相鄰金屬過孔8圓心之間的間隔為2.2mm，50ω微帶線7的寬度為5.9mm，線性漸變微帶線6的寬度為7.8mm，長度為4.8mm。圖6表明，在7ghz-14.5ghz范圍內(nèi)衰減器的s11參數(shù)始終低于-20db。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于石墨烯的基片集成波導(dǎo)動(dòng)態(tài)可調(diào)衰減器，屬于衰減器技術(shù)領(lǐng)域，該衰減器包括基片集成波導(dǎo)和石墨烯三明治結(jié)構(gòu)，石墨烯三明治結(jié)構(gòu)等間距嵌入基片集成波導(dǎo)的介質(zhì)中；石墨烯三明治結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)單層石墨烯和隔膜紙，隔膜紙?jiān)O(shè)置在兩個(gè)單層石墨烯之間；隔膜紙浸透離子液，在隔膜紙的一端的兩面涂有導(dǎo)電碳漿，導(dǎo)電碳漿連接偏置電壓；石墨烯一端接觸涂在隔膜紙上的導(dǎo)電碳漿，以調(diào)節(jié)石墨烯三明治結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率。本發(fā)明衰減器由基片集成波導(dǎo)和插在介質(zhì)中的石墨烯三明治結(jié)構(gòu)構(gòu)成，可以通過調(diào)節(jié)石墨烯的電導(dǎo)率、石墨烯的長度以及石墨烯三明治結(jié)構(gòu)間的距離來調(diào)節(jié)衰減器的衰減量和衰減量的動(dòng)態(tài)調(diào)控范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：陸衛(wèi)兵;張安琪;劉震國
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.13
技術(shù)公布日：2017.09.22