基于碳纳米管的太赫兹波天线研究

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1、摘要论文题目：基于碳纳米管的太赫兹波天线研究学科专业：物理电子学研究生：王珥签名：指导教师：施卫教授签名：摘要碳纳米管是继金刚石和富勒烯之后碳的同素异形体的又一新的成员，其直径为纳米量级，长度一般达几百微米或毫米、厘米量级，是新型的一维纳米材料。因其独特的准一维管状分子结构、优异的力学、电学和化学性质及其在高科技领域中潜在应用价值，引起了世界各国科学家们的广泛关注，由此引发了碳纳米管的研究热潮和近十多年来纳米科学和技术的飞速发展。本文主要研究基于碳纳米管太赫兹波天线。文中从碳纳米管的结构、垂直定向生长技术及其特点出发，提出了碳纳米管用于太赫兹天线

2、的可能性。在理论上初步研究了碳纳米管天线的基本参量后，利用有限积分数值方法分析了单个碳纳米管天线元在太赫兹波段的辐射特性，并进一步研究了碳纳米管天线阵的结构和经优化后的阵列辐射特性。通过数值仿真和理论计算得到，半波长为15乒册、半径为2．712聊l的单壁碳纳米管偶极天线在中心谐振频率9．7太赫兹处，频率从9．35～10．23太赫兹范围内的电压驻波比小于2．0，反射系数低于-10dB且带宽近似为9％(VSWR<2．0)。在工作频段内，同时得到天线的最高增益为2．39dB。在阵列技术方面，本文利用有限积分技术对天线阵元的间距、馈电相位以及馈电幅度加以

3、调节，在整个工作频段范围内提高了阵列的辐射方向性，改善了天线阵的辐射特性。经过本文所采取的特殊优化方法，得到了阵列主瓣增益由原来的12．85dB增21]至1J16．64dB，增加了31．1％。所得结果有助于在纳观域开展高频太赫兹波辐射源及天线的研究与设计，可以促进太赫兹技术在基础研究领域、工业应用领域、医学领域、军事领域及生物领域的发展。关键词：碳纳米管；太赫兹波；天线本研究得到自然科学基金项目(10396160，60571026)的资助AbStractTitle：TheresearchofTerahertzWaveAntennaBasedonC

4、arbonNanotubeMajor：PhysicalElectronicsName：YueWANGSupervisor：Prof．WeiSHIAbstractSignature：弘刖枷Signature：S聊讹磅一●■■■■■■_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