基于碳納米管的太赫茲波天線研究

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1、摘要論文題目：基于碳納米管的太赫茲波天線研究學(xué)科專(zhuān)業(yè)：物理電子學(xué)研究生：王珥簽名：指導(dǎo)教師：施衛(wèi)教授簽名：摘要碳納米管是繼金剛石和富勒烯之后碳的同素異形體的又一新的成員，其直徑為納米量級(jí)，長(zhǎng)度一般達(dá)幾百微米或毫米、厘米量級(jí)，是新型的一維納米材料。因其獨(dú)特的準(zhǔn)一維管狀分子結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性質(zhì)及其在高科技領(lǐng)域中潛在應(yīng)用價(jià)值，引起了世界各國(guó)科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，由此引發(fā)了碳納米管的研究熱潮和近十多年來(lái)納米科學(xué)和技術(shù)的飛速發(fā)展。本文主要研究基于碳納米管太赫茲波天線。文中從碳納米管的結(jié)構(gòu)、垂直定向生長(zhǎng)技術(shù)及其特點(diǎn)出發(fā)，提出了碳納米管用于太赫茲天線

2、的可能性。在理論上初步研究了碳納米管天線的基本參量后，利用有限積分?jǐn)?shù)值方法分析了單個(gè)碳納米管天線元在太赫茲波段的輻射特性，并進(jìn)一步研究了碳納米管天線陣的結(jié)構(gòu)和經(jīng)優(yōu)化后的陣列輻射特性。通過(guò)數(shù)值仿真和理論計(jì)算得到，半波長(zhǎng)為15乒冊(cè)、半徑為2．712聊l的單壁碳納米管偶極天線在中心諧振頻率9．7太赫茲處，頻率從9．35～10．23太赫茲范圍內(nèi)的電壓駐波比小于2．0，反射系數(shù)低于-10dB且?guī)捊茷?％(VSWR<2．0)。在工作頻段內(nèi)，同時(shí)得到天線的最高增益為2．39dB。在陣列技術(shù)方面，本文利用有限積分技術(shù)對(duì)天線陣元的間距、饋電相位以及饋電幅度加以

3、調(diào)節(jié)，在整個(gè)工作頻段范圍內(nèi)提高了陣列的輻射方向性，改善了天線陣的輻射特性。經(jīng)過(guò)本文所采取的特殊優(yōu)化方法，得到了陣列主瓣增益由原來(lái)的12．85dB增21]至1J16．64dB，增加了31．1％。所得結(jié)果有助于在納觀域開(kāi)展高頻太赫茲波輻射源及天線的研究與設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)太赫茲技術(shù)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域及生物領(lǐng)域的發(fā)展。關(guān)鍵詞：碳納米管；太赫茲波；天線本研究得到自然科學(xué)基金項(xiàng)目(10396160，60571026)的資助AbStractTitle：TheresearchofTerahertzWaveAntennaBasedonC

4、arbonNanotubeMajor：PhysicalElectronicsName：YueWANGSupervisor：Prof．WeiSHIAbstractSignature：弘刖枷Signature：S聊訛磅一●■■■■■■_o●___●■■■■■■■●■■■■■●ICarbonnanotubeisanewone-dimensionalnanomaterialofcarbonallotropeexceptforthediamondandfullerenes，typicallyhavingdiameterofafewmanometersorl

5、ess，andlengthofafewhundredmicronsormillimetres，centimetresorder．Ithavebeenattractingwideattentionofscientistsfromallovertheworldbecauseofitsuniquequasi．one．dimensionalmolecularstructureoftubular,excellentmechanical，electricalandchemicalpropertiesanditspotentialapplicationsint

6、hefieldofhigh-tech,whichleadstotherapiddevelopmentupsurgeofcarbonnanotubesinthefieldofnanometerscienceandtechnologyoverthetenyears．Inthispaper,thepropertiesofterahertzwaveantennaofcarbonnanotubeshavebeeninvestigated．Basedonthestructureofcarbonnanotubes，growthtechnologies，aswe

7、llascharacteristicsofcarbonnanombes，terahertzwaveantennahasbeenproposed．ARercarbonnanotubeantennaparametershavebeenstudied，theradiationcharacteristicsofsingleelementofcarbonnanotubeantenna,thestructuresandoptimizationofantennaarrayshavebeenanalyzedbyusingthefiniteintegralofnu

8、mericalmethods．Numericalsimulationandtheoreticalcalculateddemonstrat