[논문 리뷰] Graphene-based Antennas for Terahertz Systems: A Review

D. Correas-Serrano, J. S. Gómez‐Díaz|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 02.

Metamaterials and Metasurfaces Applications참고 문헌 218인용 수 70

한 줄 요약

이 논문은 그래핀 기반의 테라헤르츠 안테나를 고찰하며, 공진형, 누설파(leaky-wave), 리플렉트어레이 설계, 피딩 네트워크, 그래핀 분산의 영향, 실시간 재구성 및 비가역성에 대한 전망을 분석한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 현재 그래핀 기반 THz 안테나 기술(공진형, 누설파, 리플렉트어레이)을 식별하고 성능 및 한계를 평가한다.
• 통합 피딩 네트워크(스위치, 필터, 위상 편이기)와 그래핀 분산이 이들에 미치는 영향을 검토한다.
• 실용적 응용과 관련한 이례적 기능(재구성 가능성, 자장 없는 비가역성)을 평가한다.
• 그래핀 기반 THz 안테나의 중장기 과제와 연구 방향을 강조한다.

제안 방법

• 최신 그래핀 기반 THz 안테나(공진형, 누설파, 리플렉트어레이)의 상태 평가와 비판적 분석.
• 통합 피딩 네트워크와 구성요소(스위치, 필터, 위상 편이기)의 평가.
• 소재의 고유한 공간 분산이 소자 성능에 미치는 영향 분석.
• 그래핀에 의해 가능해지는 실시간에 가까운 재구성 및 비자성 비대칭 응답에 대한 논의.
• 현재까지의 응용 및 실험적 구현에 대한 논의.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재 그래핀 기반 THz 안테나 구성과 성능 한계(공진형, 누설파, 리플렉트어레이)는 무엇인가?
• RQ2 그래핀의 공간 분산이 피딩 네트워크 및 구성요소에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 그래핀은 THz 안테나에 어떤 이례적 기능(재구성 가능성, 비가역성)을 도입할 수 있는가?
• RQ4 어떤 응용 및 실험적 구현이 존재하며 실용적 배치를 위한 남은 도전과제는 무엇인가?

주요 결과

• 그래핀은 재구성 가능하고 소형화된 비교적 효율적인 THz 안테나 및 피딩 네트워크를 가능하게 한다.
• 통합 구성요소(스위치, 필터, 위상 편이기)는 그래핀의 공간 분산에 의해 영향을 받는다.
• 그래핀은 THz 소자에서 거의 실시간 재구성 및 자장 없는 비가역적 응답을 가능하게 할 수 있다.
• 전송/수신기, 생체센서, 검출기, 변조기 분야에서의 새로운 응용 및 지속적 실험 구현이 존재한다.
• 논문은 그래핀 기반 THz 안테나의 중장기 과제와 전망을 제시한다.