基于石墨烯超表面天线的太赫兹动态相位调控及波束扫描

太赫兹波频段介于毫米波和红外光之间，具有诸多优异特性，太赫兹天线更是太赫兹通信、雷达和成像等应用系统中的核心元器件。然而，目前报道的太赫兹天线均无法满足较大动态范围的相位扫描、高效率辐射和大偏转角度的需求。该文设计了 3 种石墨烯太赫兹天线，最小尺寸为 5 μm，并对其辐射效率和相位调控特性进行研究，进而提出具有双共振模式的石墨烯-金属太赫兹超表面天线，缓解了传统的基于单共振模式的相位动态调控范围和辐射效率之间的矛盾，实现了 0～360°的动态相位调控，且辐射效率高于 20%。该研究采用微加工工艺进行样品加工，通过改变栅极电压，在实验上获得了 1.03 THz 的太赫兹动态相位调控，反射率高于 23%，与仿真结果基本吻合。在此基础上，该文基于连续相位编码设计了石墨烯超表面相控阵天线，理论上实现了太赫兹波束在－25°～25°范围内的实时波束偏转。该文为解决超表面相控阵天线的相位动态调控范围小、辐射效率低等难题提供了新的研究思路。

Terahertz Graphene Metasurfaces Antennas for Dynamic Phase Modulation and Beam Steering