基于斑点鬣狗优化算法的三频段石墨烯太赫兹线性阵列天线设计及其在6G物联网中的应用

这篇研究论文创新性地设计了一种基于石墨烯的三频段太赫兹（THz）天线阵列，采用柔性聚酰亚胺基底和SiO2覆层，通过六边形贴片集成十字槽与十字环谐振器实现0.252/0.493/0.696 THz多频段谐振。研究利用斑点鬣狗优化算法（SHO）优化结构参数，获得10.7%/8.3%/8.05%的分数带宽，并扩展为两单元差分馈电阵列，隔离度>50 dB，峰值增益达7.22-11.1 dBi，效率>85%。其优异的MIMO性能（ECC<0.01，DG≈10 dB）为6G物联网（IoT）和集成THz网络提供了高性能解决方案。

　　

Highlight

三频段天线设计

该研究提出的太赫兹（THz）天线采用线性阵列结构，由六个六边形辐射贴片单元组成（图1）。贴片中心嵌入十字槽以调控电流分布，并集成十字环谐振器，在超薄聚酰亚胺基底（ε_r=3.5，tanδ=0.0027）上实现多频段谐振。

基于斑点鬣狗优化器（SHO）的优化

研究采用模仿鬣狗协作狩猎行为的SHO算法优化天线参数。该算法通过全局搜索与局部开发的平衡，快速收敛至最优解，使天线在0.252/0.493/0.696 THz频段的阻抗匹配、增益（6.3-7.6 dBi）和带宽（10.7%/8.3%/8.05%）显著提升。

差分馈电阵列构建

图5(a)展示了两单元线性阵列，单元间距40 μm（0.034λ@0.252THz）。该设计在237×100 μm²的紧凑尺寸下实现增益强化（7.22/11.106/11.06 dBi）与>50 dB隔离度，适用于太赫兹前端模块集成。

MIMO性能评估

通过包络相关系数（ECC<0.01）、分集增益（DG≈10 dB）和总有效反射系数（TARC）分析，证实该阵列在6G物联网中的优异空间分集能力（图10a）。

结论

该石墨烯天线阵列以多频段操作、高增益和卓越隔离性能，为6G物联网的超高速通信与太赫兹成像提供了理想解决方案。