Estudo do grafeno em antenas para telecomunicações em THZ
Tipo
TCC
Data de publicação
2020-12-11
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Fiuza, Vinícius Soares
Orientador
Oliveira, Rafael Euzebio Pereira de
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Programa
Resumo
A banda de THz é pouco explorada devido a dificuldades de operação na faixa, como grandes perdas atmosféricas e falta de materiais apropriados para uso em antenas. O grafeno é um material com muitas propriedades que o tornaram um grande interesse acadêmico, uma dessas propriedades vem de sua característica semimetálica, com portadoras livres facilmente induzidas com o gating elétrico causando a alteração do seu nível de Fermi e, consequentemente, da sua condutividade. Controlando a condutividade do material é possível também variar a sua frequência ressonante, permitindo assim atingir a faixa de THz. Com o objetivo de estudar a viabilidade do uso do grafeno em antenas para telecomunicações em THz, foram analisados e propostos diversos modelos de antenas. As condutividades em função da frequência para diferentes níveis de Fermi foram calculadas com o MATLAB e então foram testados modelos de antenas híbridas de cobre e grafeno utilizando o COMSOL. As antenas experimentadas obtiveram resultados promissores para o uso na faixa de frequências, propondo perdas de retorno entre -30 dB e -43 dB e larguras de banda acima de 100 GHz e o controle da frequência ressonante com a variação do nível de Fermi. Quando comparada com uma antena patch de cobre de referência, a antena híbrida apresentou perdas de retornos menores e largura de banda quase três vezes maior, características muito vantajosas para a operação na faixa de THz.
The THz band is little explored because of operational difficulties of the range, such as high atmospheric losses and lack of materials capable of being used on antennas. The graphene is a material with lots of properties that made it a great academic interest, one of these properties is its semimetallic characteristic, with free electrons being easily induced with electrical gating, causing its Fermi level variation and, consequently, its conductivity. By controlling the material conductivity it’s also possible to vary its resonant frequency, allowing this way to reach the THz range. With the objective of studying the viability of graphene on antennas for THz telecommunications, several models were analyzed and proposed. The conductivity in function of the frequency was calculated with MATLAB and then were tested hybrid antenna models of copper and graphene using COMSOL. The experimented antennas returned promising results for the use in the frequency range, proposing return losses between -30 and -43 Db and bandwidth above 100 GHz and the control of the resonant frequency with the Fermi level variation. When compared to a copper patch antenna, the hybrid antenna presented lower return losses and almost three times the bandwidth, very beneficious characteristics to the operation on the THz range.
The THz band is little explored because of operational difficulties of the range, such as high atmospheric losses and lack of materials capable of being used on antennas. The graphene is a material with lots of properties that made it a great academic interest, one of these properties is its semimetallic characteristic, with free electrons being easily induced with electrical gating, causing its Fermi level variation and, consequently, its conductivity. By controlling the material conductivity it’s also possible to vary its resonant frequency, allowing this way to reach the THz range. With the objective of studying the viability of graphene on antennas for THz telecommunications, several models were analyzed and proposed. The conductivity in function of the frequency was calculated with MATLAB and then were tested hybrid antenna models of copper and graphene using COMSOL. The experimented antennas returned promising results for the use in the frequency range, proposing return losses between -30 and -43 Db and bandwidth above 100 GHz and the control of the resonant frequency with the Fermi level variation. When compared to a copper patch antenna, the hybrid antenna presented lower return losses and almost three times the bandwidth, very beneficious characteristics to the operation on the THz range.
Descrição
Palavras-chave
grafeno , antenas , telecomunicação , THz , graphene , antennas , telecommunications