一种基于二维材料的光控可重构天线设计方法

本发明涉及光电探测技术，可重构天线领域，尤其涉及一种基于二维材料光电信号转换的可重构天线设计方法。

背景技术：

1、目前各种的可重构天线系统具有可重构的辐射性能参数，实现了频率可重构天线，极化可重构天线，模式可重构天线以及多重可重构天线。实现天线的可重构的传统的方法是在馈电网络、辐射器或寄生单元中加载mems或pin二极管，然而，随着天线工作频率的不断提高和尺寸的不断减小，这些传统方法逐渐显露出局限性。特别是在高频条件下，这些方法的适用性受到限制。在2022年，lv等人发表了以石墨烯材料为开关器件的可重构天线，该天线通过在不同电流下的石墨烯阻抗不同实现了开关。而以石墨烯为代表的纳米材料除了电性能外还具有光性能，可以用光路代替控制电路解决这一问题，基于以石墨烯为代表的二维材料的兴起是可以解决可重构天线技术领域难题，实现小体积和避免馈电网络可重构天线的核心技术。

2、当前，以二维材料为基础的光电探测技术已经较为成熟，并在如新型传感器、柔性电子、新能源、通信等领域得到了广泛的应用。然而，将基于二维材料的光电探测器作为响应部分用于天线，尤其可重构天线这一颇具潜力的应用方向，还尚不多见，有待发掘。

技术实现思路

1、针对现有技术问题，本发明提出了一种基于二维材料的光控可重构天线设计，主要包括对应贴片天线结构的设计和能将特定波长光信号转换为电信号的二维材料异质结器件两部分，以及这两部分的连接方案。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种基于二维材料的光控可重构天线设计方法，包括以下步骤：

4、通过将基于二维材料的光电探测器直接引入贴片天线结构，当特定波长的光源照射其时，器件整体阻抗随之改变，结合可重构天线的设计，使这一变化成为天线重构的“开关”，实现包括无额外馈电的频率、极化方向、方向图的可重构。

5、进一步地，所述的特定波长的光源为2526nm-315nm，从近红外波段到紫外波段。

6、进一步地，所述的可重构天线是：通过在特定的位置加载开关器件，改变开关状态，能够使天线表面电流重新分布，从而使天线的频率、极化方式和方向图的工作状态随之改变的天线。

7、进一步地，所述的贴片天线包括圆形贴片天线、圆环形贴片天线、椭圆形贴片天线、椭圆环形贴片天线、矩形贴片天线、矩形环贴片天线、贴片八木天线、缝隙天线、特型贴片天线中的一种或多种。

8、进一步地，所述的光电探测器为：基于二维材料的异质结构，分为光响应层、载流子输运层和电极链接三个主要部分。

9、进一步地，所述的光电探测器部分异质结为：基于如cspbbr3在内的钙钛矿二维薄膜和石墨烯的异质结构，利用钙钛矿薄膜优良的光响应度特性，实现上一步所述的光生载流子生成。

10、进一步地，所述的的异质结构制取方法包括cvd化学气相沉积法、溶液合成法、化学生长加湿法中的一种。

11、进一步地，所述的化学生长加湿法为利用蒸镀仪器蒸镀电极，再进行材料的转移，或将蒸镀完成的电极通过干法转移到具体位置。

12、进一步地，所述的可重构天线的可重构方案为：通过将该二维材料加载在天线上特定的位置，利用其光电响应特性改变开关状态，使天线表面电流重新分布，进一步使天线的工作状态随之改变，从而实现天线的频率可重构、极化可重构或方向图可重构。

13、进一步地，所述的天线的特定位置包括天线的辐射结构本身和天线的馈线结构，当将二维材料加载在天线的辐射结构上时，改变天线的电长度和天线的类型；当将二维材料加载在天线的馈线结构上时，改变天线的馈电路径或者馈电方式。

14、与现有技术相比，本发明具有如下技术优势：

15、1.以石墨烯，钙钛矿等为代表的二维材料具有很强的可塑性，在理论上可以制作各种尺寸，各种形状的光电器件，从而使得光控可重构天线的设计更加容易。

16、2.相对于传统的电控天线技术，在需要快速切换天线工作模式时，电控线路会对天线本身的电流分布产生影响，从而影响天线的性能。而本发明的光控天线则完全没有此种问题，并且相对于电路来说，光路控制可以让开关器件的位置更加自由。

技术特征：

1.一种基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：所述的特定波长的光源为2526nm-315nm，从近红外波段到紫外波段。

3.根据权利要求1所述的基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：所述的可重构天线是：通过在特定的位置加载开关器件，改变开关状态，能够使天线表面电流重新分布，从而使天线的频率、极化方式和方向图的工作状态随之改变的天线。

4.根据权利要求1所述的基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：所述的贴片天线包括圆形贴片天线、圆环形贴片天线、椭圆形贴片天线、椭圆环形贴片天线、矩形贴片天线、矩形环贴片天线、贴片八木天线、缝隙天线、特型贴片天线中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：所述的光电探测器为：基于二维材料的异质结构，分为光响应层、载流子输运层和电极链接三个主要部分。

6.根据权利要求1所述的基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：所述的光电探测器部分异质结为：基于如cspbbr3在内的钙钛矿二维薄膜和石墨烯的异质结构，利用钙钛矿薄膜优良的光响应度特性，实现上一步所述的光生载流子生成。

7.根据权利要求6所述的基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：所述的的异质结构制取方法包括cvd化学气相沉积法、溶液合成法、化学生长加湿法中的一种。

8.根据权利要求7所述的基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：所述的化学生长加湿法为利用蒸镀仪器蒸镀电极，再进行材料的转移，或将蒸镀完成的电极通过干法转移到具体位置。

9.根据权利要求1所述的基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：所述的可重构天线的可重构方案为：通过将该二维材料加载在天线上特定的位置，利用其光电响应特性改变开关状态，使天线表面电流重新分布，进一步使天线的工作状态随之改变，从而实现天线的频率可重构、极化可重构或方向图可重构。

10.根据权利要求9所述的基于二维材料的光控可重构天线设计方法，其特征在于：所述的天线的特定位置包括天线的辐射结构本身和天线的馈线结构，当将二维材料加载在天线的辐射结构上时，改变天线的电长度和天线的类型；当将二维材料加载在天线的馈线结构上时，改变天线的馈电路径或者馈电方式。

技术总结
本发明公开了一种基于二维材料的光控可重构天线设计方法，包括以下步骤：通过将基于二维材料的光电探测器直接引入贴片天线结构，当特定波长的光源照射其时，器件整体阻抗随之改变，结合可重构天线的设计，使这一变化成为天线重构的“开关”，实现包括无额外馈电的频率、极化方向、方向图的可重构。相对于传统的电控天线技术，在需要快速切换天线工作模式时，电控线路会对天线本身的电流分布产生影响，从而影响天线的性能。而本发明的光控天线则完全没有此种问题，并且相对于电路来说，光路控制可以让开关器件的位置更加自由。

技术研发人员：徐浩,胡锐冰,李荐育,李涵,刘凌轩,吴秋诗,张家振
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29