论文摘要
纳米材料被誉为21世纪的重要材料，碳纳米管则是纳米材料中最富代表性，并且是性能最优异的材料之一。由于碳纳米管体积小、重量轻的特点及其独特的电学性质，用碳纳米管制成的天线具有广阔的应用前景，如光纤通信、无线纳米互联、THz和红外线检波器、太阳能转换等领域。本文从计算机模拟及理论推导的角度出发，研究了THz波段和可见光波段碳纳米管天线的性能。首先，利用CST微波工作室电磁场仿真软件对碳纳米管天线建模并进行仿真计算，将计算结果与已有的实验结果比较，验证仿真软件对碳纳米管天线仿真结果的可信性。在THz波段，利用CST微波工作室对单根及阵列碳纳米管天线进行仿真，研究了碳纳米管的几何尺寸，包括直径、长度、阵元间距对碳纳米管天线性能的影响，通过对仿真结果的分析表明，使碳纳米管THz天线阵列获得较高增益的方法是：增加阵元数量、选择适当的阵元间距，同时控制各阵元的长度在一定范围内，各阵元的直径对碳纳米管增益的影响不大。在可见光波段，我们假设碳纳米管天线是由终端开路的双传输线张开而成的对称振子天线，基于传统的传输线理论，通过理论推导，得到不同入射角φ（入射波与天线轴的夹角）时，碳纳米管接收天线上的电流分布函数，以及再辐射方向性函数；并再利用CST微波工作室对碳纳米管接收天线进行模拟，得到不同入射角φ时，碳纳米管天线的再辐射方向图。理论和模拟计算结果与已有实验结果是一致的，这些结果表明，当碳纳米管的长度远大于入射波长时，其上感应电流的再辐射主瓣方向随入射波和天线轴夹角即入射角φ不同而不同，并在反射角（180°-φ）方向上强度最大，碳纳米管接收天线上感应电流的再辐射波瓣密度随天线长度的增加而增加，碳纳米管接收天线阵列的再辐射波瓣密度随阵元密度的增加而减小。