偶极子天线在单双层石墨烯-复合介质衬底上的辐射特性

摘要

自石墨烯(Graphene)被成功制备以来，其优异的性能吸引了全球范围内广泛的关注，无数基于石墨烯且性能出色的纳米电子、光子器件不断涌现，展现了石墨烯巨大的应用潜力。本文采用广义谱域指数矩阵技术分析了赫兹偶极天线在石墨烯-介质复合结构中的辐射特性，得到不同结构下调节石墨烯参数对应的远场方向图。并在此基础上，探索了将石墨烯作为天线衬底结构中的一部分，在一般的多层复杂介质衬底结构中，调节其外场参数，从而改变天线的辐射特性。
　　以下是本文的主要工作和创新点总结:
　　首先，本文简单介绍了石墨烯的电子结构，以及单双层石墨烯的能带结构，并用石墨烯的电导率模型Kubo和Drude介绍了石墨烯直流电导率以及有外场偏置的电导率，并且介绍了计算双各向异性介质版的广义谱域指数矩阵技术，为后面理论计算作了铺垫。
　　其次，第三章选定广义谱域指数矩阵技术作为本文的计算方法，引入石墨烯边界条件，分析了偶极子激励源在石墨烯（双）各向异性介质复合结构接地和不接地两种情况下的格林函数，结合特殊材料铁氧体，仿真计算了偶极子天线在石墨烯-铁氧体介质板上的远场方向图，并分析了调节石墨烯外场参数对于偶极子天线的远场影响。
　　最后，在之前研究的基础上，把石墨烯-单层（双）各向异性介质板扩展到多层复合结构介质板上，研究在这一结构上放置的偶极子天线的辐射特性，从而能够应对更为一般的介质情况，计算更为复杂的情况。
　　本文旨在通过仿真计算得到在不改变石墨烯-双各向异性衬底固有几何结构参数条件下，仅调节对石墨烯施加的外场参数，为天线设计以及其他工业设计实现提供一种新型的辐射波瓣调控方法，并给予一点参考。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究现状

1．2．1 研究石墨烯相关的文献统计

1．2．2 石墨烯在电磁学领域的发展现状

1．3 课题主要研究内容和创新点

1．4 论文结构安排

2 基本理论概述

2．1 石墨烯的电子结构与电学光学性能

2．1．1 石墨烯的电子能带结构

2．1．2 双层石墨烯的能带关系

2．2 石墨烯的电导率模型

2．2．1 石墨烯的直流电导率特性

2．2．2 施加外场偏置时石墨烯电导率特性

2．3 广义谱域指数矩阵技术

2．3．1 双各向异性介质中的场

2．3．2 一般微分方程的求解方法

2．4 本章小结

3 赫兹偶极子天线在石墨烯-双各向介质平板结构上的辐射特性研究

3．1 石墨烯-复杂介质平板结构中的电磁场分析

3．1．1 半空间石墨烯-双各向异性介质平板结构的格林函数

3．1．2 石墨烯-双各向异性介质平板结构(接地情况)的电磁场分析

3．2 赫兹偶极子天线的辐射场

3．3 仿真计算

3．3．1 铁氧体介质

3．3．2 赫兹偶极子天线在石墨烯-铁氧体平板结构的辐射特性

3．3．3 赫兹偶极子天线在石墨烯-铁氧体接地介质板上的辐射特性

3．4 本章小结

4 赫兹偶极子天线在石墨烯-多层复合介质平板辐射特性

4．1 双层石墨烯的电导率

4．2 多层介质衬底

4．3 仿真结果

4．3．1 多层双各向异性介质

4．3．2 仿真结果分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

参考文献

附录

作者简历及在校期间所取得的科研成果

攻读硕士学位期间发表和撰写的学术论文