集成石墨烯的太赫兹波束成形智能超表面

司黎明/SI Liming，汤鹏程/TANG Pengcheng，吕昕/LYU Xin

（北京理工大学毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室，中国 北京，100081）

太赫兹（Terahertz，THz）波是指频率在0.1～10 THz之间的电磁波。相较于微波和毫米波，太赫兹波能够为无线通信提供更宽的绝对频谱带宽[1]。太赫兹技术有望成为未来6G 通信和空间态势感知的关键技术。近年来，研究者们提出利用智能超表面（RIS）来动态传输和接收电磁波，实现波束成形[2]。集成有源器件使得由亚波长人工电磁结构二维周期排布形成的超表面，具备主动调控电磁波的功能。RIS对电磁波的主要调控功能包括波束偏转、波束分裂、极化变换、轨道角动量调控、幅度和相位控制等，旨在以智能方式重新配置无线环境，将在非视距通信场景中得到广泛应用，可以有效弥补无线通信中的一些不足，有利于实现无线信号的多用户覆盖。

受限于较低的截止频率和较高的损耗，传统有源器件难以高效率地工作于太赫兹波段。研究者们探索了集成肖特基二极管、互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管、光活性半导体材料、二氧化钒等可调谐器件和材料在太赫兹可重构超表面上的应用[3]。石墨烯作为一种新兴的二维晶格结构材料，拥有载流子迁移率高、机械强度大、可调谐性能强等优点，可以高效调节电磁波，具有巨大的应用潜力[4]。电磁特性可以通过改变化学势能来实现轻松调谐，因此石墨烯越来越多地被运用于衰减器、可调谐天线、吸波器等可重构射频器件的设计和制作中[5]。……