Grafene per comunicazioni Terahertz
Le frequenze THz vantano un gran numero di potenziali applicazioni nel campo delle telecomunicazioni, come anche per quanto riguarda l’immaginografia e il rilevamento. Ma per tutte queste applicazioni, le antenne che lavorano a frequenze di THz costituiscono una necessità. Nell’ambito del progetto RASTREO (Multi-reconfigurable antenna solutions based on reflectarray technology), finanziato dall’UE, i ricercatori hanno studiato le proprietà del grafene con l’obiettivo di sviluppare una schiera riflettente stampata con frequenza nel campo THz. Una schiera riflettente stampata combina tutti i vantaggi di un riflettore parabolico con il design planare di una rete di antenne in fase. Il grafene è costituito da un unico strato di atomi di carbonio disposti in una struttura a nido d’ape, un semiconduttore che permette la propagazione delle modalità plasmoniche alle frequenze THz. Inoltre, la sua conducibilità può essere controllata in modo efficiente da un campo elettrico. I ricercatori del progetto RASTREO hanno dimostrato l’ottimizzazione dinamica ad una frequenza di 1,3 THz. Inoltre è stato calcolato il coefficiente di riflessione di un foglio di grafene quadrato in funzione sia delle dimensioni del foglio che del potenziale chimico. La variazione di fase massima è stata ottenuta per un foglio di grafene spesso 10 μm, raggiungendo circa 300 gradi, abbastanza da produrre un fascio a matita. I risultati ottenuti hanno posto le basi per la progettazione e l’analisi di una schiera riflettente stampata. Nel caso di una convenzionale schiera riflettente stampata, sarebbero necessari 489 componenti d’oro con una dimensione della cella di circa 100 μm. I ricercatori del progetto RASTREO hanno utilizzato più di 25 000 componenti di grafene. Il prototipo sperimentale è stato fabbricato in modo monolitico, in quanto l’elevato numero di componenti non ha avuto alcun impatto sul costo. La schiera riflettente stampata a base di grafene è stata progettata per emettere un fascio a matita con una perdita che varia tra 0,5 dB e 6 dB nella fascia di frequenza che si estende da 1,1 THz e 1,6 THz. I dettagli del suo design e la valutazione delle prestazioni sono stati descritti in due articoli pubblicati in riviste specializzate e presentati presso conferenze internazionali. Il progetto RASTREO ha aperto una linea di ricerca molto promettente, con interessanti applicazioni in termini di comunicazioni interne e via satellite, e ha già attirato un interesse significativo per future collaborazioni.
Parole chiave
Grafene, antenna riconfigurabile, frequenze di Terahertz, schiera riflettente stampata, atomi di carbonio, comunicazioni via satellite
