[論文レビュー] Graphene-based Antennas for Terahertz Systems: A Review

D. Correas-Serrano, J. S. Gómez‐Díaz|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2017

Metamaterials and Metasurfaces Applications参考文献 218被引用数 70

ひとこと要約

本論文は graphene-enabled terahertz antennas を調査し、共振型、leaky-wave、reflectarray 設計、給電ネットワーク、および graphene dispersion の影響を分析し、リアルタイム再構成と非相互性の展望を示している。

ABSTRACT

We review the use of graphene to develop reconfigurable, miniaturized, and efficient terahertz (THz) antennas and associated feeding networks, and attempt to identify current research trends and mid- and long-term challenges and prospects. We first discuss the state of the art in resonant, leaky-wave and reflectarray antennas, providing a critical assessment of their performance, limitations, and main challenges that remain to be addressed. Next, we examine different integrated feeding networks, including components such as switches, filters, and phase shifters, and we clarify the impact that graphene's intrinsic spatial dispersion may have in their performance. Our outlook clearly describes how graphene can bring exotic functionalities to all these devices, including quasi real-time reconfiguration capabilities and magnet-less non-reciprocal responses. Some exciting applications of THz antennas are then presented and discussed, including transceivers, biosensors, and first experimental realizations of detectors and modulators. We conclude by outlining our vision for the promising future of graphene-based THz antennas.

研究の動機と目的

• 現在の graphene-based THz antenna 技術（ resonant, leaky-wave, reflectarray ）を識別し、その性能と限界を評価する。
• 統合給電ネットワーク（ switches, filters, phase shifters ）を検討し、graphene dispersion がそれらに与える影響を評価する。
• 再構成性（ reconfigurability ）や磁場なしの非 reciprocity（ magnet-less non-reciprocity ）といった潜在的で特殊な機能性および実用的なアプリケーションを評価する。
• グラフェンベースの THz アンテナの中期および長期的な課題と研究の方向性を強調する。

提案手法

• 最先端の graphene-based THz antennas（ resonant, leaky-wave, reflectarray ）のレビューと批判的評価。
• 統合給電ネットワークとコンポーネント（ switches, filters, phase shifters ）の評価。
• デバイス性能に対する graphene の固有の空間分散（ spatial dispersion ）の分析。
• graphene によって実現可能な潜在的機能（ほぼリアルタイム再構成、非相互性）についての議論。
• これまでのアプリケーションと実験的実現の議論。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の graphene-based THz antenna の構成と性能限界（ resonant, leaky-wave, reflectarray ）は何か？
• RQ2 graphene の空間分散が給電ネットワークとそのコンポーネントにどのような影響を与えるか？
• RQ3 graphene は THz アンテナにどのような特殊機能（ reconfigurability, non-reciprocity ）を導入できるか？
• RQ4 どのようなアプリケーションと実験的実現が存在し、実用導入に向けてどのような課題が残っているか？

主な発見

• Graphene は再構成可能、微細化された、そして潜在的に効率的な THz アンテナと給電ネットワークを可能にする。
• 統合コンポーネント（ switches, filters, phase shifters ）は graphene の空間分散の影響を受ける。
• Graphene は THz デバイスにおいて準リアルタイム再構成と磁場なしの非相互応答を可能にする。
• トランシーバ、バイオセンサ、検出器、モジュレータなどの新興アプリケーションがあり、継続的な実験的実装が進んでいる。
• 本論文は graphene-based THz antennas の中期および長期的な課題と展望を特定している。