摘要
天线是无线通讯系统中一个十分重要的组成部分，其性能直接影响无线通讯系统的品质。目前的天线基本上都使用金属制备，但金属天线存在制备过程复杂、使用腐蚀等工艺导致材料浪费和环境污染等问题，同时金属材料存在成本较高、易氧化、不透明等缺点。此外，透明天线越来越受到广泛关注，尤其适用于空间受限的设备以及智能穿戴通信设备等。石墨烯材料具有很好的导电性、透明性、机械柔性和稳定性。针对金属天线存在的不足以及对透明天线的需求，本论文完成了两项研究工作：（1）开发出印刷与转印相结合的方法，制备出了高性能、高工作频率、小尺寸、低成本、可以与任意基底共形的印刷石墨烯半波偶极子天线；（2）首次研制出了高性能、高透明度、低剖面、小尺寸的石墨烯/银纳米线复合透明微带缝隙天线。 石墨烯导电材料成膜工艺对于天线制备至关重要，因此本论文首先研究了基于石墨烯材料的导电薄膜的成膜工艺。开发了印刷和转印相结合的制备工艺；建立了在透明柔性基底上制备石墨烯/银纳米线复合透明导电薄膜的工艺技术。以此为基础，本论文围绕印刷石墨烯天线和石墨烯/银纳米线复合透明天线展开了研究。 针对现有的金属天线存在的不足以及物联网等领域对天线的成本及性能需求，本论文的研究工作一设计并制备了2.4GHz印刷石墨烯半波偶极子天线（尺寸为43mm?3mm），该天线在2.4GHz谐振点的反射系数为-13.79dB，与馈电结构匹配良好；-10dB带宽达到0.213GHz(2.297-2.510GHz,8.9%)，具有较宽的带宽；呈现出典型的半波偶极子天线辐射方向图形状；在2.4GHz时的最大增益为0.7dBi；当连接上无线收发芯片nRF52840芯片时，理论最大识读距离可以达到3973米。本研究的印刷石墨烯半波偶极子天线的性能优于此前报道的同类印刷石墨烯偶极子天线。本研究的印刷石墨烯半波偶极子天线具备高性能、高工作频率、小尺寸、低成本、可以与任意基底共形的优点，这也是物联网及相关领域应用所期望天线具备的特点。 针对民用及军事领域对透明天线的需求以及学术界目前对石墨烯透明天线研究稀少且相关性能较差的现状，本论文的研究工作二设计并制备了石墨烯/银纳米线复合透明微带缝隙天线（尺寸为30mm?30mm）。初步研究结果表明：研制的石墨烯/银纳米线复合透明微带缝隙天线在2.37GHz谐振点的反射系数为-9.85dB，在3.57GHz谐振点的反射系数为-17.1dB，与馈电结构匹配良好；-10dB带宽达到0.72GHz(20.2%)，具有较宽的带宽；2.4GHz时E面辐射方向图的测量结果与仿真结果偏差较大，但H面辐射方向图测量结果和仿真结果较吻合，仍呈现较好的全向性；3.5GHz时的E面和H面辐射方向图均和仿真结果较吻合。该天线具有高性能、高透明度、低剖面、小尺寸的优点。
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