一種高阻抗高增益天線及其石墨烯太赫茲探測器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高阻抗高增益天線，包括PCB板，PCB板上設(shè)有硅基襯底，硅基襯底與PCB板接觸的表面設(shè)有一對對稱、相對設(shè)置的E形偶極子，兩個E形偶極子之間存在間隙；E形偶極子包括第一條狀金屬貼片，第一條狀金屬貼片中間延伸出第二條狀金屬貼片。本實用新型還公開了一種采用了該高阻抗高增益天線的石墨烯太赫茲探測器。本實用新型有效提高了天線的輸入阻抗，解決了天線與石墨烯場效應(yīng)管的阻抗失配問題，從而提高了石墨烯太赫茲探測器的效率；本實用新型有效提高了天線的增益，從而降低了石墨烯太赫茲探測器平臺的復(fù)雜度，并增加了石墨烯太赫茲探測器的有效探測距離。
【專利說明】
一種高阻抗高増益天線及其石墨烯太赫茲探測器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及微波領(lǐng)域，特別是涉及一種高阻抗高增益天線及其石墨烯太赫茲探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]2004年石墨烯被成功制備和表征，自此以來，石墨烯及相關(guān)二維材料被廣泛研究，并在力、熱、光、電等方面都具有優(yōu)異性能，同時在多個應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。作為這些應(yīng)用之一，石墨烯太赫茲探測器已在實驗室成功演示，用于對咖啡盒子及樹葉等樣品的無損探測。
[0003]在石墨稀太赫茲探測器中，天線(antenna)和石墨稀場效應(yīng)管(Graphene FET)是兩個最關(guān)鍵的組成器件。然而現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯太赫茲探測器采用的是傳統(tǒng)的周期性天線或其它類似天線，如圖1所示，它們位于位于硅基襯底與PCB板不接觸的表面，它們存在如下問題:(I)該類天線的輸入阻抗為50歐姆、75歐姆或188歐姆，而石墨烯場效應(yīng)管的阻抗高達數(shù)千歐姆，因而天線與石墨烯場效應(yīng)管存在阻抗失配；(2)該類天線的增益較低，僅在OdBi左右，而石墨烯太赫茲探測器需要高增益天線。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]實用新型目的:本實用新型的目的是提出一種高輸入阻抗、高增益的天線，以及使用該天線的石墨烯太赫茲探測器。
[0005]技術(shù)方案:為達到此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]本實用新型所述的高阻抗高增益天線，包括PCB板，PCB板上設(shè)有硅基襯底，硅基襯底與PCB板接觸的表面設(shè)有一對對稱、相對設(shè)置的E形偶極子，兩個E形偶極子之間存在間隙;E形偶極子包括第一條狀金屬貼片，第一條狀金屬貼片中間延伸出第二條狀金屬貼片。
[0007]進一步，所述第一條狀金屬貼片為半圓弧形，第一條狀金屬貼片中間向圓心延伸出第二條狀金屬貼片。
[0008]進一步，所述第一條狀金屬貼片為圓弧形，第一條狀金屬貼片中間向圓心延伸出第二條狀金屬貼片。
[0009]進一步，所述第一條狀金屬貼片包括第一條狀臂、第二條狀臂和第三條狀臂，第一條狀臂一端呈角度延伸出第二條狀臂，第二條狀臂的自由端呈角度延伸出第三條狀臂，第二條狀臂中間垂直延伸出第二條狀金屬貼片。
[0010]進一步，所述第一條狀臂與第二條狀臂之間所呈角度為90°，第二條狀臂與第三條狀臂之間所呈角度也為90°。
[0011]本實用新型所述的石墨烯太赫茲探測器，包括如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的尚阻抗尚增益天線。
[0012]進一步，所述石墨烯太赫茲探測器還包括石墨烯場效應(yīng)管，石墨烯場效應(yīng)管設(shè)于兩個E形偶極子之間的間隙中，石墨烯場效應(yīng)管的源極連接一個E形偶極子，石墨烯場效應(yīng)管的柵極連接另一個E形偶極子。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于:
[0014](I)本實用新型通過將硅基襯底倒置，以形成超襯底介質(zhì)天線，提高了天線的增益；
[0015](2)本實用新型通過在硅基襯底背面設(shè)置一對對稱、相對設(shè)置的E形偶極子，實現(xiàn)了具有高達5000歐姆輸入阻抗的天線，有效提高了天線的輸入阻抗；
[0016](3)本實用新型將高阻抗高增益天線與石墨烯場效應(yīng)管用于構(gòu)成石墨烯太赫茲探測器，有效解決了天線與石墨烯場效應(yīng)管的阻抗失配問題，從而提高了石墨烯太赫茲探測器的效率;有效提高了天線的增益，從而降低了石墨烯太赫茲探測器平臺的復(fù)雜度，并增加了石墨烯太赫茲探測器的有效探測距離。
【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的石墨烯太赫茲探測器中天線的側(cè)視圖；
[0018]圖2為本實用新型實施例1的石墨烯太赫茲探測器的立體圖；
[0019]圖3為本實用新型實施例1的高阻抗高增益天線的局部俯視圖；
[0020]圖4為本實用新型實施例1的高阻抗高增益天線的輸入阻抗仿真結(jié)果；
[0021]圖5為本實用新型實施例1的高阻抗高增益天線的增益仿真結(jié)果；
[0022]圖6為本實用新型實施例2的高阻抗高增益天線的局部俯視圖；
[0023]圖7為本實用新型實施例3的高阻抗高增益天線的局部俯視圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合【具體實施方式】和附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0025]現(xiàn)有技術(shù)的石墨烯太赫茲探測器如圖1所示，天線101位于硅基襯底201與PCB板301不接觸的表面，硅基襯底201的相對介電常數(shù)高達11.9，因而絕大部分輻射能量聚集于硅基襯底201，從而導(dǎo)致天線101的正面輻射小，增益低。本實用新型公開了一種高阻抗高增益天線，包括PCB板，PCB板上設(shè)有硅基襯底，硅基襯底與PCB板接觸的表面設(shè)有一對對稱、相對設(shè)置的E形偶極子，兩個E形偶極子之間存在間隙;E形偶極子包括第一條狀金屬貼片，第一條狀金屬貼片中間延伸出第二條狀金屬貼片。本實用新型還公開了一種采用了該高阻抗尚增?天線的石墨稀太赫茲探測器。
[0026]下面以三個實施例，介紹一下本實用新型的高阻抗高增益天線以及石墨烯太赫茲探測器。
[0027]實施例1:
[0028]實施例1公開了一種高阻抗高增益天線，如圖3和圖2所示，包括PCB板41，PCB板41上設(shè)有硅基襯底31，硅基襯底31與PCB板41接觸的表面設(shè)有一對對稱、相對設(shè)置的E形偶極子11，兩個E形偶極子11之間存在間隙;E形偶極子11包括半圓弧形第一條狀金屬貼片111，第一條狀金屬貼片111中間向圓心延伸出第二條狀金屬貼片112。
[0029]實施例1還公開了一種采用了該天線的石墨烯太赫茲探測器，如圖2所示，還包括石墨烯場效應(yīng)管21，石墨烯場效應(yīng)管21設(shè)于兩個E形偶極子11之間的間隙中。硅基襯底31與PCB板41接觸的表面的四邊中間部位分別設(shè)有一個源極貼片51、一個柵極貼片61和兩個漏極貼片71，其中一個漏極貼片71是備用的，兩個漏極貼片71是位置對稱的，從而保證了天線輻射方向圖的對稱性。石墨烯場效應(yīng)管21的源極經(jīng)由一個E形偶極子11連接源極貼片51，柵極經(jīng)由另一個E形偶極子11連接?xùn)艠O貼片61，漏極可以只連接一個漏極貼片71，也可以連接兩個漏極貼片71，這樣可以承受的電流更大。為了硅基襯底31與PCB板41接觸的表面的四角各設(shè)有一個定位貼片81，其中一個定位貼片81中做了標記，用于在制造時進行定位。
[0030]實施例1的高阻抗高增益天線的輸入阻抗仿真結(jié)果如圖4所示，可見，在315GHz，該天線的輸入阻抗為5000歐姆。因此，實施例1有效提高了天線的輸入阻抗，有效解決了天線與石墨烯場效應(yīng)管的阻抗失配問題，從而提高了石墨烯太赫茲探測器的效率。
[0031]實施例1的高阻抗高增益天線的增益仿真結(jié)果如圖5所示，可見，在315GHz，該天線的增益高達9.47dBi。因此，實施例1有效提高了天線的增益，從而降低了石墨烯太赫茲探測器平臺的復(fù)雜度，并增加了石墨烯太赫茲探測器的有效探測距離。
[0032]實施例2:
[0033]實施例2公開了一種高阻抗高增益天線，如圖6所示，包括PCB板，PCB板上設(shè)有硅基襯底32，硅基襯底32與PCB板接觸的表面設(shè)有一對對稱、相對設(shè)置的E形偶極子12，兩個E形偶極子12之間存在間隙;E形偶極子12包括150°圓弧形第一條狀金屬貼片121，第一條狀金屬貼片121中間向圓心延伸出第二條狀金屬貼片122。
[0034]實施例2還公開了一種采用了該天線的石墨烯太赫茲探測器，如圖6所示，還包括石墨烯場效應(yīng)管22，石墨烯場效應(yīng)管22設(shè)于兩個E形偶極子12之間的間隙中。硅基襯底32與PCB板接觸的表面的四邊中間部位分別設(shè)有一個源極貼片52、一個柵極貼片62和兩個漏極貼片72，其中一個漏極貼片72是備用的，兩個漏極貼片71是位置對稱的，從而保證了天線輻射方向圖的對稱性。石墨烯場效應(yīng)管22的源極經(jīng)由一個E形偶極子12連接源極貼片52，柵極經(jīng)由另一個E形偶極子12連接?xùn)艠O貼片62，漏極可以只連接一個漏極貼片72，也可以連接兩個漏極貼片72，這樣可以承受的電流更大。硅基襯底32與PCB板接觸的表面的四角各設(shè)有一個定位貼片82，其中一個定位貼片82中做了標記，用于在制造時進行定位。
[0035]實施例3:
[0036]實施例3公開了一種高阻抗高增益天線，如圖7所示，包括PCB板，PCB板上設(shè)有硅基襯底33，硅基襯底33與PCB板接觸的表面設(shè)有一對對稱、相對設(shè)置的E形偶極子13，兩個E形偶極子13之間存在間隙;E形偶極子13包括第一條狀金屬貼片131和第二條狀金屬貼片132，第一條狀金屬貼片131包括第一條狀臂1311、第二條狀臂1312和第三條狀臂1313，第一條狀臂1311—端垂直延伸出第二條狀臂1312，第二條狀臂1312的自由端垂直延伸出第三條狀臂1313，第二條狀臂1312中間垂直延伸出第二條狀金屬貼片132。
[0037]實施例3還公開了一種采用了該天線的石墨烯太赫茲探測器，如圖7所示，還包括石墨烯場效應(yīng)管23，石墨烯場效應(yīng)管23設(shè)于兩個E形偶極子13之間的間隙中。硅基襯底33與PCB板接觸的表面的四邊中間部位分別設(shè)有一個源極貼片53、一個柵極貼片63和兩個漏極貼片73，其中一個漏極貼片73是備用的，兩個漏極貼片71是位置對稱的，從而保證了天線輻射方向圖的對稱性。石墨烯場效應(yīng)管23的源極經(jīng)由一個E形偶極子13連接源極貼片53，柵極經(jīng)由另一個E形偶極子13連接?xùn)艠O貼片63，漏極可以只連接一個漏極貼片73，也可以連接兩個漏極貼片73，這樣可以承受的電流更大。硅基襯底33與PCB板接觸的表面的四角各設(shè)有一個定位貼片83，其中一個定位貼片83中做了標記，用于在制造時進行定位。
【主權(quán)項】
1.一種高阻抗高增益天線，其特征在于:包括PCB板，PCB板上設(shè)有硅基襯底，硅基襯底與PCB板接觸的表面設(shè)有一對對稱、相對設(shè)置的E形偶極子，兩個E形偶極子之間存在間隙;E形偶極子包括第一條狀金屬貼片，第一條狀金屬貼片中間延伸出第二條狀金屬貼片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻抗高增益天線，其特征在于:所述第一條狀金屬貼片為半圓弧形，第一條狀金屬貼片中間向圓心延伸出第二條狀金屬貼片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻抗高增益天線，其特征在于:所述第一條狀金屬貼片為圓弧形，第一條狀金屬貼片中間向圓心延伸出第二條狀金屬貼片。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻抗高增益天線，其特征在于:所述第一條狀金屬貼片包括第一條狀臂、第二條狀臂和第三條狀臂，第一條狀臂一端呈角度延伸出第二條狀臂，第二條狀臂的自由端呈角度延伸出第三條狀臂，第二條狀臂中間垂直延伸出第二條狀金屬貼片。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高阻抗高增益天線，其特征在于:所述第一條狀臂與第二條狀臂之間所呈角度為90°，第二條狀臂與第三條狀臂之間所呈角度也為90°。6.—種石墨烯太赫茲探測器，其特征在于:包括如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的高阻抗高增益天線。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨烯太赫茲探測器，其特征在于:還包括石墨烯場效應(yīng)管，石墨烯場效應(yīng)管設(shè)于兩個E形偶極子之間的間隙中，石墨烯場效應(yīng)管的源極連接一個E形偶極子，石墨烯場效應(yīng)管的柵極連接另一個E形偶極子。
【文檔編號】H01Q1/38GK205621844SQ201620440948
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】胡三明, 沈竹, 沈一竹, 孟洪福, 竇文斌
【申請人】東南大學