1、.碳納米管天線背景知識納米材料納米材料是指由尺寸小于1100nm的超細顆粒構成的具有小尺寸效應的零維、一維、二維、三維材料的總稱。目前實現工業化生產的納米材料主要是碳酸鈣、白炭黑、氧化鋅等納米粉體材料，其他基本上還處于實驗室的初級研究階段，但是毫無疑問的是以納米材料為代表的納米科技將成為二十一世紀的經濟和社會發展產生深刻的影響。目前納米材料的研究熱點和技術前沿包括：以碳納米管為代表的納米組裝材料；納米陶瓷和納米復合材料等高新能納米結構材料；納米涂層材料的設計與合成；單電子晶體管、納米激光器和納米開關等納米電子器件的研制等。碳納米管1985年，英國科學家Kroto和美國科學家Smally等人發現

2、了足球狀的C60，其后相繼發現了C70、C80的，這就為納米尺度的碳族材料的研究開辟了道路。1991年日本駐波NEC實驗室的電子顯微鏡專家S.lijima在用石墨電弧法制備C60的過程意外發現了納米尺度的、由240層的石墨層片卷曲而成的、具有中空結構管狀物，該材料各層之間的距離為0.343nm，這個物體后被稱為多壁碳納米管。它具有獨特的準一維管狀分子結構、有益的力學、電學和化學性質及其在高科技領域中潛在應用價值，引起了世界各國科學家們的廣泛關注，由此也引發了碳納米管的研究熱潮和十多年來納米科學和技術的飛速發展。此后碳納米管技術有了飛速的發展。如今，碳納米管在天線方向的應用也越來越廣泛。在200

3、5年，加州大學爾灣分校的Burke P J 就進行了單個碳納米管的射頻等效電路的研究，其后，美國威斯康辛州密爾沃基大學電子工程系的Hanson G W 從理論上研究了碳納米管天線的基本發射特性。作為天線，最重要的特性是天線的電流分布，2006年，Hanson G W通過對比碳納米管天線與同樣尺寸的銅天線的電流分布，得出了碳納米管天線的損耗比銅天線的小得多的結論;而且，在納米尺度領域內，碳納米管比其它金屬良導體更適合用作天線和互連線。同年，美國威斯康星州密爾沃基大學電子工程系 Jin Hao等人研究了碳納米管偶極天線在紅外和可見光頻段的特性。這為我們開展碳納米管在太赫茲波段的研究提供了依據。20

4、07年10月17日來自加州大學爾灣分校的BUrkePJ和Rutherglen C發明了世界上第一個利用碳納米管制成的納米級別探測器接收無線電，并將其轉化為聲音信號的無線電系統。THz波THz波的特點：1、THz波的波長處于微波及紅外光之間，因此在應用方面相對于其它波段的電磁波，如微波和X射線等，具有非常強的互補特征。2、THz波的典型脈寬在亞皮秒量級，不但可以進行亞皮秒、飛秒時間分辨的瞬態光譜研究，而且通過取樣測量技術，能夠有效地防止背景輻射噪音的干擾。目前，對THz輻射強度測量的信噪比可大于1010。3、THz波具有很高的時間和空間相干性。THz輻射是由相干電流驅動的偶極子振蕩產生、或是由相

5、干的激光脈沖通過非線性光學差頻產生的，具有很高的時間和空間相干性。現有的THz檢測技術可以直接測量振蕩電磁場的振幅和位相。這一特點在研究材料的瞬態相干動力學問題時具有極大的優勢。4、THz波的光子能量低。頻率為ITHz的電磁波的光子能量只有大約4meV，約為X射線光子能量的百萬分之一，因此不會對生物組織產生有害的電離，適合于對生物組織進行活體檢查。如利用THz時域譜技術研究酶的特性，進行DNA鑒別等。THz波的應用：1、 電磁成像2、 醫療診斷3、 低微半導體直接耦合4、 通信與雷達外文文獻筆記第一篇介紹了碳納米管天線的特性，首先碳納米管天線具有很好的應用到納米互聯技術、光纖通信、航空航天通信

6、的潛質。因為它具有尺寸小、重量輕、電特性良好的特點。文中利用傳統傳輸線理論推導出不同角度下的碳納米管天線的電流分布函數以及再輻射模型。當碳納米管天線的長度是入射波的波長的數倍的時候，再輻射模型的主瓣方向隨入射角度改變而改變，并且最強的輻射方向應該是反射所對應的角度。當碳納米管的長度增加的時候波瓣會變得更密集。在本文中還介紹了碳納米管的等效電路法。第二篇主要介紹的是工作于太赫茲波段的碳納米管天線的輻射效率。本文中主要說明了太赫茲波段的天線的制作以及其輻射效率，并對這種天線與傳統工藝制作的天線的性能進行了比較。由各向異性的薄膜電阻制作的具有宏觀行為的碳納米管天線的表面電阻可以從單壁碳納米管的分布電

7、路模型中提取而得。此外，在太赫茲波段的薄金層具有德魯德史密斯模型的特征，即在光學頻率可計算金層的理論電導率。傳統工藝設計的半波帶狀天線能諧振于1THz到50THz。矩量法與混合積分方程法經常用于計算由碳納米管構成的諧振帶狀天線的輻射效率。在文中進行了電磁仿真，結果顯示當碳納米管的等效密度值低于104時，碳納米管天線的輻射效率一直低于金膜天線的輻射效率。然而，當等效密度值高于此值且工作頻率高于1THz的時候，基于碳納米管的天線的性能將優于薄金層的性能。因此在設計此類天線的時候一定要注意碳納米管的等效密度值，然后判斷是否采用基于碳納米管的天線。第三篇文章主要討論了，一種新型的應用到太赫茲波段的碳納

8、米管天線，文中主要討論了該天線的電場分布、S參數、行波比率以及二維模型。此天線陣列工作于9.3THz到10.2THz的范圍，其主要諧振頻率為9.7THz。并通過仿真研究了太赫茲波得產生機理。文中采用了CST進行仿真，通過仿真結果來看，基于碳納米管的單極子天線的增益很低，但是通過控制納米管元件的空間距離、長度以及數量可以很好的改善其增益。第四篇文章中主要介紹的是太赫茲單壁碳納米管天線的波數域理論，通過這種理論來了解單壁碳納米管天線在太赫茲波段所表現的特性。從文中我們可以看出為了形成電流的波數域的積分方程，不能把這種天線當成一種傳統的天線來考慮，我們需要采用波爾茲曼傳輸方程以及含有邊界條件的麥克斯

9、韋方程。該公式涉及到依賴于波數的導納。文中的公式被認為比以往研究中提出的公式的準確性和一般性有所提高。從文中的數值結果我們可以看出工作于低THz波段的短振子天線具有更高的效率，更寬的帶寬，穩定的頻率特性，并且可以改變其長度與手性指標來進行調諧。第五篇文章中描述的是一個工作于稍低于THz的波段的碳納米管天線的結構特征。該天線由碳納米管構成并被一層絕緣的泡沫包裹，同時外面包裹一層介電常數為正但是并不均勻的超常媒質材料。超常媒質層可以看成一個加載了薄金屬線晶格的泡沫層。從文中我們可以看出我們可以通過選擇合適的晶格的周期與線的厚度以使我們能在工作頻率處獲得低的介電常數。對天線進行嚴格的分析之后，可以看到超常媒質套能夠改善相位的衰減。這也是這篇文章中的新意所在。另外我們還研讀了一些中文文獻，我們發現碳納米管天線具有廣闊的應用前景，從現階段的研究情況來看，碳納米管天線可用于光纖通信、納米互聯、太陽能轉換等領域。例如，該天線可以用于光電子器件中，用作THz和紅外線檢波器;該天線也可制成光電視，即將電視信號加到在光纖上傳送的激光束，在終端由一系列碳納米管(每個功能類似于高速二極管)將信號解調，而大大提高電視信號的效率和圖象的品質;該天線還可制成高效的太陽能轉化器，即入射光被轉化成電荷儲存在電容器中，使太陽能轉化成電能的效率大大提高。而且由于碳