新型石墨烯-碳纳米管束太赫兹天线模型和辐射特性研究

High Performance Antenna is a fundamental component of sensing and access to information in Terahertz band, it is also a key link in the process of practical ofthe terahertz radiation sources and sensors. This project is proposed to establish novel quantum physics model of graphene - carbon nanotube bundles based antennas with numerical optimization analysis and experimental comparison of in-depth study. It includes:(1)terahertz-band antenna of novel all-carbon two-dimensional semi-classical and quantum physics-based modeling, combined with the boundary conditions for electromagnetic fields and the electronic transmission key parameters to the rapid extraction methodology;(2) the precise descriptions of terahertz carbon antenna radiation characteristics (including the input impedance and surface current, gain and radiation efficiency, etc.);(3) the design criteria with the physics parameter optimization of the terahertz band carbon antenna;(4)Tuneable terahertz band carbon antenna and array design with investigation of multi-band radiation characteristics;(5)comparative study between theoretical and measurement results of the terahertz carbon antenna and its array. The research of this project will directly meet the demands of graphene - carbon nanotube bundles antenna application of new requirements in the terahertz band, and will also provide the basis of theoretical methods and key technologies for the core components of the development of terahertz radiation sources and sensors in the process of practical.

高性能天线是太赫兹波段传感及信息获取的基础，也是太赫兹辐射源及传感器在实用化进程中的关键环节。本项目拟针对太赫兹波段新型石墨烯－碳纳米管束全碳天线的量子物理模型建立、数值优化分析和实验比较等方面进行深入研究。具体包括（1）太赫兹波段新型全碳天线的二维半经典量子物理建模和电路模型建立,结合电磁场方程和电子传输边界条件的关键辐射性能参数快速求解方法；（2）太赫兹波段全碳天线关键辐射特性（包括输入阻抗、表面电流、增益和辐射效率等）的精确描述方法；（3）太赫兹波段全碳天线几何结构和物理铺层参数的数值优化实现和设计准则；（4）可调谐太赫兹波段全碳天线及阵列的设计及多波段辐射特性研究；（5）太赫兹波段全碳天线及其阵列的测试比较研究。本课题的研究将直接满足石墨烯－碳纳米管束全碳天线在太赫兹波段的应用新要求，为太赫兹辐射源及传感器在实用化进程中关键核心器件的发展提供理论方法基础和关键技术。

高性能天线是太赫兹波段传感及信息获取的基础，也是太赫兹辐射源及传感器在实用化进程中的关键环节。本项目针对太赫兹波段新型石墨烯全碳天线的量子物理模型建立、数值优化分析等方面进行深入研究。获得了基于石墨烯的可产生无线涡旋电磁波的反射型相移表面天线的理论与设计、基于石墨烯矩形波导的传播特性研究、研究了电磁波与石墨烯-介质结构的相互作用机理、研究了石墨烯-各向异性介质结构中的传播特性以及加载矩形波导中衬底对导波模式的影响等。本课题发表标注资助号的论文25篇，其中SCI论文10篇（包括IEEE刊物论文9篇），EI论文15篇。项目申请了三项国防发明专利，国际学术会议特邀报告3次；项目申请人获得2016年亚太电磁兼容会议青年科学家奖，2015年日本大川基金研究助成奖， 2014年国际无线电联盟（URSI）青年科学家奖，指导的一名硕士生获得了2014年两岸四地无线科技会议最佳论文奖、一名硕士生获得上海市普通高等学校优秀毕业生。本课题的研究为太赫兹辐射源及传感器在实用化进程中关键核心器件的发展提供了理论方法基础和关键技术。