一種基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器的製造方法
2023-05-27 05:14:06
一種基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器，該隔離器由兩個線柵偏振器(21)、(22)和三組法拉第旋轉器(3)組成，其中線柵偏振器(2)由等間距的金屬柱(8)平行排列而成，法拉第旋轉器(3)主要由矽襯底(4)和二氧化矽(5)襯底以及單層石墨烯(6)構成，矽襯底(4)和單層石墨烯(6)之間連接有電壓源(7)，偏置磁場垂通過法拉第旋轉器(3)，隔離器的隔離方向由電壓源(7)和偏置磁場控制；在工作頻段內，該隔離器的具有隔離方向磁電雙可調，隔離特性良好，功率容量大、結構緊湊和散熱快等優點。
【專利說明】 —種基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應用於3G通信領域的基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器，特別涉及石墨稀材料的應用。
【背景技術】
[0002]隔離器的主要作用是將輸入、輸出和工作電源三者相互隔離，它廣泛地應用在移動通信和測量等系統中。在基站和移動臺系統中，隔離器用來實現收、發信機天線的共用(雙工器或多工器)；在發射和接收系統中，隔離器用來隔離開關放大器、功率放大器的輸入和輸出信號；在測量系統中隔離器用來去除儀表和設備之間信號的互相干擾。常用的隔離器有法拉第旋轉隔離器、場移式隔離器、諧振式隔離器、邊導膜隔離器這幾種，其中法拉第旋轉式隔離器是最為常用于波導系統中，是利用電磁波在縱向磁化的鐵氧體棒中傳播時極化面產生旋轉製成的隔離器，但是該隔離器的工作頻帶窄，結構較複雜，且功率容量低。
[0003]石墨烯是目前發現的唯一存在的二維自由態原子晶體，具有二維蜂窩狀晶格結構，由一層密集的、包裹在蜂巢晶體點陣上的碳原子組成。石墨烯不僅具有獨特的載流子特性和優良的電學性能，還是一種良好導熱材料，也是目前所知的最硬的二維材料。自2004年Geim和Novoselov等以石墨為原料成功剝離出石墨烯以來，石墨烯便以其優良的電磁特性，成為了學術界研究的熱點之一。近年來，D.L.Sounas和C.Caloz理論上證明了磁場偏置下石墨烯的法拉第法拉第旋轉效應和非互易性，1.Crassee和J.Levallois對此進行了實驗證明。近年來隨著石墨烯製備技術的不斷發展，適用於微波頻段較大尺度的石墨烯薄片已經被成功製作出來，使得石墨烯在微波頻段的應用成為可能，在微波器件領域大範圍替代傳統鐵磁性材料和金屬材料等方面具有廣泛的應用前景。
[0004]描述的應用於3G通信領域的基於石墨烯的新型隔離器工作在磁場偏置下，該隔離器由兩個線柵偏振器和三組法拉第旋轉器構成，其中法拉第旋轉器由矽和二氧化矽的襯底以及單層石墨烯構成，其隔離方向可以通過改變磁場方向或者改變石墨烯上偏置電壓的方向來改變，從而實現隔離器的磁電雙可調。該隔離器在1.8-2.2GHz (3G通信)的工作頻段內，其隔離度均在_70dB以下，在中心頻率2GHz處，隔離度接近_72dB，具有良好的隔離特性。該隔離器不僅具有隔離方向可靈活控制的優點，而且具有功率容量大、結構緊湊和散熱快等優點。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種應用於3G通信領域的基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器，所述隔離器不僅具有隔離方向可靈活控制的優點，而且具有隔離特性良好、功率容量大、結構緊湊和散熱快等優點。
[0006]實現本發明的技術解決方案是:
[0007]—種基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器，該隔離器由兩個線柵偏振器和三組法拉第旋轉器組成，其中線柵偏振器由等間距的金屬柱平行排列而成，兩個線柵偏振器呈45°夾角放置，法拉第旋轉器主要由矽襯底和二氧化矽襯底以及單層石墨烯構成，矽襯底和單層石墨烯之間連接有電壓源，用來為單層石墨烯提供電壓偏置，偏置磁場垂通過法拉第旋轉器。
[0008]所述的單層石墨烯片構成的法拉第旋轉器能使TE偏振的平面波近似無損耗地通過，所述的線柵偏振器能使電場方向垂直其金屬柱的TE偏振的平面波近似無損耗地通過，使電場方向平行其金屬柱的TE偏振的平面波被全反射。
[0009]通過調整偏置磁場的方向或者改變單層石墨烯上偏置電壓的方向，使經由不同埠入射的TE偏振的平面波的電場方向均發生總計45°或-45°的旋轉，進而使線柵偏振器對經由不同埠入射的TE偏振的平面波形成不同的透射和反射效應，從而實現隔離方向的磁電雙可調。
[0010]本發明與現有技術相比，具體具有如下優點:
[0011]I)隔離方向磁電雙可調:隔離器的隔離方向可以通過調整偏置磁場的方向和單層石墨烯上偏置電壓的方向而改變。
[0012]2)結構緊湊:整個隔離器由層狀介質組成，因此隔離器尺寸非常小。
[0013]3)功率容量大:隔離器由金屬材料和石墨烯組成，這兩種材料均具有耐高溫的特性。
[0014]4)散熱快:隔離器由金屬材料和石墨烯組成，這兩種材料均具有散熱快的特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器，
[0016]圖2磁場偏置下，TE偏振的平面波垂直入射單層石墨烯，
[0017]圖3實例基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器的隔離度
[0018]以上圖片中含有:
[0019]1:信號輸入/輸出埠 ；2:線柵偏振器；3:起偏器；4:娃襯底；5:二氧化娃襯底；6:單層石墨烯；7:電壓源；8:金屬柱；9:信號輸入/輸出埠。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發明。
[0021]一種基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器，該隔離器由兩個線柵偏振器21、22和三組法拉第旋轉器3組成。線柵偏振器2由等間距的金屬柱8平行排列而成，兩個線柵偏振器呈45°夾角放置。法拉第旋轉器3主要由矽襯底4、二氧化矽襯底5以及單層石墨烯6構成，矽襯底4和單層石墨烯6之間連接有電壓源7，電壓源7為單層石墨烯6提供電壓偏置，偏置磁場垂通過法拉第旋轉器3。
[0022]通過調整偏置磁場的方向和單層石墨烯6電壓偏置的方向，使經由不同埠入射的TE偏振的平面波的電場方向均發生總計45°或-45°的旋轉，進而使線柵偏振器對經由不同埠入射的TE偏振的平面波形成不同的透射和反射效應，從而實現隔離方向的磁電雙可調。
[0023]偏置磁場的方向和單層石墨烯6電壓偏置的方向對透射三組拉第旋轉器3的TE偏振的平面波的電場偏轉角和隔離器的隔離方向的關係如下表所示:
[0024]
【權利要求】
1.一種基於石墨烯磁電雙可調的新型隔離器，其特徵在於該隔離器由兩個線柵偏振器(21)、(22)和三組法拉第旋轉器(3)組成，其中線柵偏振器(2)由等間距的金屬柱⑶平行排列而成，法拉第旋轉器(3)主要由矽襯底(4)和二氧化矽(5)襯底以及單層石墨烯(6)構成，矽襯底(4)和單層石墨烯(6)之間連接有電壓源(7)，偏置磁場垂通過法拉第旋轉器(3)，隔離器的隔離方向由電壓源(7)和偏置磁場控制。
【文檔編號】H01P1/375GK103985940SQ201310063112
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年2月7日 優先權日:2013年2月7日
【發明者】肖丙剛, 謝治毅, 章東平, 孫潤亮 申請人:中國計量學院