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成果簡介?

在5G和未來6G的毫米波通信頻段，無線電子設(shè)備的數(shù)量將呈爆發(fā)式增長。隨著各國對長期碳中和的承諾，毫米波天線的金屬替代已成為滿足即將到來的5G時代綠色可持續(xù)發(fā)展要求的緊迫任務(wù)。本文，武漢理工大學(xué)何大平課題組在 Carbon 上發(fā)表名為“Millimeter wave phased array antenna based on highly conductive graphene-assembled film for 5G applications”的論文，研究首次提出了基于高導(dǎo)電石墨烯組裝膜（GAF）的相控陣天線（PAA）用于5G毫米波應(yīng)用，具有重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)高的優(yōu)點。

該研究設(shè)計并制備了四波束定向掃描相控陣天線（DSPAA）和連續(xù)波束掃描相控陣天線（CSPAA）的兩個PAA。GAF線性天線陣列有212個。與銅線陣列相比，工作帶寬寬5%，旁瓣低5dB?；贕AF線性陣列和Butler矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)，GAF DSPAA設(shè)計為在26GHz 下工作。GAF DSPAA具有四個不同方向的光束，分別為-28°、-8°、6°和22°，具有出色的光束指向性能。此外，GAF CSPAA展示了在 -28° 至 28° 范圍內(nèi)令人滿意的波束覆蓋范圍內(nèi)工作的能力，并在26GHz時實現(xiàn)了 25.53 dBi的最大輻射增益。

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圖文導(dǎo)讀??

圖1. (a) 面積為70cm×55cm的GAF數(shù)碼照片；(b) GAF對折和三折后的拉曼光譜（圖）；(c) GAF的XRD圖譜和SEM圖像(圖示)；(d) GAF和銅的熱傳導(dǎo)比較。

圖2. (a, b) GAF線陣天線結(jié)構(gòu)圖(a)和數(shù)碼照片(b)。(c) 模擬和測量的反射系數(shù)。(d) GAF LAA 和銅 LAA 的 E 面輻射方向圖。(e) LAA的模擬和測量增益

圖3. (a) 微帶線巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)（P1-4 為輸入端口，P5-8 為輸出端口）。(b) Butler 矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)各輸出端口的相位差。(c) 端口1-4被激發(fā)的模擬3-D輻射模式。(d) GAF四光束DSPAA的數(shù)碼照片。(e) 使用 GAF DSPAA 激活的不同端口測量的二維輻射方向圖

圖4. (a) GAF CSPAA的照片。(b-d) GAF CSPAA測量反射系數(shù) (b) 和隔離度 (c, d)。(e) 在 GAF CSPAA 的不同掃描角度測量的二維輻射方向圖。(f) CSPAA 在工作頻帶內(nèi)的模擬和測量增益。(g) 端口相位差為 -135°、-90°、-45°、45°、90° 和 135° 時的模擬 3-D 輻射方向圖。

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小結(jié)?

總之，這項工作展示了基于高導(dǎo)電石墨烯組裝薄膜的 2 毫米波相控陣天線。GAF天線具有良好的工作性能，滿足5G毫米波波束賦形技術(shù)的要求。該研究在大容量、低延遲、以及未來 5G 毫米波無線通信所需的高密度接入。同時，GAF波束賦形技術(shù)也可用于毫米波雷達(dá)的無線探測和傳感應(yīng)用。

文獻(xiàn)鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.05.026

本文來源：材料分析與應(yīng)用