تغییردهنده قطبش آرایش‌پذیر مایکرویوی و جاذب فراپهن‌باند تراهرتز تنظیم‌پذیر با ساختار گرافین-کوارتز-گرافین: تحلیل و طراحی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه برق، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

در این مقاله، روشی برای تحلیل برخورد موج صفحه‌ای مایل به ساختار متشکل از گرافین- کوارتز-گرافین با میدان‌های ساکن الکتریکی و مغناطیسی ارائه شده است تا بینشی فیزیکی از رفتار ناهمسانگردی چنین ساختاری بدست آید. ابتدا، نشان داده می‌شود که مدل درود می‌تواند برای مدل‌سازی رسانایی سطحی گرافین بایاس شده استفاده شود تا به کمک چنین مدلی، ساختار مذکور تحت تابش مایل امواج صفحه‌ای با قطبش‌های TE و TM و زوایای تابش مختلف تحلیل ‌شود. سپس، ضرایب بازتاب و انتقال چنین ساختاری برای مقادیر مختلف پتانسیل شیمیایی گرافین و ضخامت‌های مختلف زیرلایه محاسبه می‌شود. با بررسی نتایج، مشخص می‌شود که چنین ساختاری منجر به چرخش و تغییر قطبش امواج صفحه‌ای تابشی می‌شود. این زاویه چرخش برای امواج صفحه‌ای با قطبش TM بزرگتر از امواج با قطبش TE است، زمانی که تابش مایل اتفاق می‌افتد. نهایتا، با ایجاد الگوی متناوبی از شکاف‌ها بر روی صفحه گرافین بالایی و تغییر پتانسیل شیمیایی صفحات گرافین، جاذبی فراپهن‌باند و تنظیم‌پذیر با میزان جذب بیش از 80درصد در بازه 0.1~7THz طراحی می‌شود. شبیه‌سازی‌های انجام شده، نشان می‌دهد که ساختار پیشنهادی به ازای زاویه تابش کمتر از 8۰درجه برای امواج صفحه‌ای با قطبش‌های TE و TM عملکرد جاذبی بسیار خوبی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Reconfigurable Microwave Polarizer and Ultra-‌Broadband THz Absorber Using Graphene-Quartz-Graphene Structure: Analysis and Design

نویسندگان [English]

  • Mahmood Rafaei-Booket
  • Mahdieh Bozorgi
Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran.
چکیده [English]

An analytical aproach is presented to solve the problem of an obliquley plane-wave impinging on two sheets of biased-graphene with a static electromagnetic fields for providing physical insight into the graphene anisotropy. It is firstly shown that anisotropic behavior of surface conductivity of a biased-graphene sheet can be modeled by Drude model form. Using such a model, an analysis of the plane-wave diffraction by a graphene-quartz-graphene structure is developed for various incident angles of TE and TM polarizations. The reflection and transmission coefficients of such a structure are calculated for different values of graphene’s chemical potential and thickness of substrate. By studying the calculated results, it is found that using such a structure leads to polarization rotation of the incident plane-wave. This rotation angle for TM-polarized plane-waves is larger than TE-polarized ones once the incident wave is obliqulely impinging on such a structure. Finally, by proposing a new unit cell and changing the chemical potential of graphene sheets, an ultra-broadband (>190%) and tunable absorber is designed and numerically simulated within 0.1~7THz. It is shown that the proposed absorber has an excellent performance (absorbitivity > 80%) for both TE- and TM-polarized obliquley incident plane-waves once the incidence angle < 80o.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Graphene sheet
  • Polarizer
  • Periodic structure
  • THz absorber
  • Ultra-broadband
  • Tunable