中文摘要：石墨烯作为一种新型碳基纳米材料，经过近年来对其的深入研究，发现其在电磁领域表现出独特性能。相比于包括铜、银、金等传统金属材料，石墨烯的电导丨率能够经过加载偏置电压达成有效调控。当石墨烯工作于太赫兹频段时，其性能较为稳定，有利于对其电导丨率的调控。一直以来，学术界对天丨线的研究多集中在毫米波及其以下频段，但是，太赫兹频段电丨磁丨波的优异性能正逐步受到关注。太赫兹在电磁成像、生命科学、无损检测、高速通信等应用场景有着广阔的市场应用场景。本文经过对石墨烯材料电磁特性的分析，运用CST仿真软件对石墨烯微丨带天丨线进行设计与仿真，仿真结果显示石墨烯能够对天丨线频率和增益有效调控。

关键词  石墨烯  电导率  太赫兹  微带天线

毕业设计说明书外文摘要

Title    The Principle and Simulation of Graphene Controlling Antenna Performance

Abstract：As a new type carbon-based nanomaterial, Graphene has unique performance in electromagnetic field, through the research in recent years. Compared to traditional metal materials such as copper, silver and gold, the conductivity of grapheme can be controlled by changing the biased voltage. Graphene manifest a stable performance when working at Terahertz, which helps to control the conductivity. All the time, the studies on antenna are focused on millimeter and below frequency range. Now, the excellent performance of electromagnetic wave at terahertz is attracting the attention of researchers. Terahertz has a good future in electromagnetic imaging, life science, nondestructive testing, high-speed communication. Based on the analysis of the electromagnetic characteristics of graphene materials and the use of CST simulation software this paper designs and Simulates the graphene microstrip antenna. the simulation results show that graphene can effectively control the resonant frequency and the gain of antenna.

Keywords  Graphene  Conductivity  Terahertz  microstrip antenna

目  录

1  绪论 1

1.1  研究背景 1

1.2  国内外的研究现状 1

1.3  本文主要研究内容 4

2  石墨烯微带天线的基本理论 5

2.1  天线的主要性能指标 5

2.2  微带天线的辐射原理 6

2.3  石墨烯的电导率模型 8

3  基于CST软件的石墨烯微带天线的仿真与设计 10

3.1  CST仿真软件的介绍 10

3.2  石墨烯微带天线的仿真设计 10

3.3  石墨烯特性对天线性能的影响 14

3.4  石墨烯裙边矩形微带天线仿真设计 15

3.5  石墨烯可重构微带偶极子天线仿真设计 .. 17

结  论 20

致  谢 21

参 考 文 献 22

1  绪论

1.1  研究背景

碳基材料通常在材料技术领域都表现出优异的性能，一直以来碳基材料都受到广大研究人员的关注。在上世纪80年代，基于碳原子簇结构的富勒烯被英国科学家发现[1]，其发现是在对石墨进行汽化实验的过程中。自上世纪90年代起，因为基于碳基的碳纳米管材料的发现，学术界对于碳基材料的研究热情被大大的引发出来[2]，碳纳米管因其本身特有的导热、导电以及优越的机械性能，在电子技术和材料技术方面有着重大的应用价值。在2004年，石墨丨烯作为一种新型碳基材料被公布出来[3]，其发现者还获得了科学界的最高荣誉诺贝尔奖。简单来说，石墨丨烯的基本结构就是单层石墨,通常而言二维结构材料只能在绝对0度的温度下存在，但是石墨丨烯的发现证明了二维结构材料也能够在有限温度下获取[4],[5]。基于石墨丨烯的独特纳米结构，其表现出特殊的热学特性、电学特性和机械特性[6]。根据相关的研究成果，发现石墨丨烯在THz频段表现出了等离子性能[7]，这是由石墨丨烯的特殊能带结构决定的。石墨丨烯的特殊性能引起了广大研究人员的兴趣，经过研究发现当石墨丨烯为双原子结构时能够用其制备半导体材料，令人惊喜地是其禁带宽度能够满足THz频段的应用。当研究石墨丨烯在电磁领域的应用时，通常用电导丨率模型来表征石墨丨烯材料的电磁特性[8]。石墨丨烯与传统材料相比，其电导丨率能够作为复数来表征，它的表面阻抗能够表征出电感的特性，这也导致电丨磁丨波在石墨丨烯表面以慢波的形式表现。更令石墨丨烯吸引人的是：其本身的电导丨率能够经过改变其两端的偏置电压达成有效的调节。将石墨丨烯与平时使用的金银铜等材料比起来，由于其独特的性质，当其应用在太赫兹波段的时候，其谐振的长度会变小很多，能够变小到1%--5%的波长，此外在调整电磁类器件的参数时有着其独有的长处。