[论文解读] 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 70

一句话总结

本文综述石墨烯驱动的太赫兹天线，分析谐振、泄漏波和反射阵列设计、馈电网络，以及石墨烯色散的影响，并展望实时重新配置和无磁非互易性。

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.

研究动机与目标

• 识别当前基于石墨烯的THz天线技术（谐振、泄漏波、反射阵列），并评估它们的性能与局限。
• 检查集成馈电网络（开关、滤波器、移相器）及石墨烯色散如何影响它们。
• 评估潜在的非常规功能（可重构、无磁非互易性）及实际应用。
• 突出石墨烯基THz天线的中长期挑战与研究方向。

提出的方法

• 对最新的基于石墨烯的太赫兹天线（谐振、泄漏波、反射阵列）的综述与批判性评估。
• 对集成馈电网络及组件（开关、滤波器、移相器）的评估。
• 分析石墨烯固有的空间色散对器件性能的影响。
• 讨论石墨烯可能带来的潜在功能（准实时重新配置、无磁非互易性）。
• 讨论迄今为止的应用及实验实现。

实验结果

研究问题

• RQ1 目前基于石墨烯的THz天线配置及其性能极限（谐振、泄漏波、反射阵列）有哪些？
• RQ2 石墨烯的空间色散如何影响馈电网络及其组件？
• RQ3 石墨烯能为THz天线带来哪些非常规功能（可重构、非互易）？
• RQ4 存在哪些应用与实验实现，实际部署还存在哪些挑战？

主要发现

• 石墨烯使可重构、尺寸更小、并且潜在更高效的THz天线与馈电网络成为可能。
• 集成组件（开关、滤波器、移相器）受石墨烯的空间色散影响。
• 石墨烯可以在THz器件中实现准实时重新配置和无磁无互易响应。
• 在收发器、生物传感器、探测器、调制器等方面出现新兴应用，且正在进行实验实现。
• 本文指出基于石墨烯的THz天线的中长期挑战与前景。