随着无线通信系统的高速发展,小型化、可调控、高性能和低功耗将成为未来电子器件的主流方向。传统工艺和材料想要实现以上各种指标,生产成本也会成倍的增长。为了促进无线通信产业的不断进步,在延续传统工艺和材料的基础上,急需开展对新材料的探索与应用研究。石墨烯作为一种新型二维碳基材料,具有优异的电、热、光、力学特性,为传统微波器件的设计提供了新的解决方案。石墨烯在太赫兹频段能够激发表面等离子波,且电导率实部和虚部均能通过外加偏置进行调控,所以基于石墨烯的太赫兹吸波器、调制器和漏波天线等得到了广泛研究。在微波频段,石墨烯电导率虚部接近于0,只有实部可以通过外加偏置进行调控,导致石墨烯在微波频段应用研究较少。另外,电导率低的问题也一直限制着石墨烯在天线领域的应用。本文从工程应用的角度出发,旨在挖掘石墨烯在微波毫米波电路和天线上的应用潜力,充分发挥石墨烯电导率可调控、柔性和高电子迁移率的特性以提升传统微波器件与天线的性能。本文的主要工作包括以下几个方面:1.介绍了石墨烯的电、热、光、力学特性,总结了石墨烯材料的制备工艺以及各项制备工艺之间的优劣点,基于Kubo公式建立了石墨烯的数学模型,为石墨烯器件的设计奠定了理论基础。2.研究了石墨烯在微波平面电路上的应用,基于石墨烯全向电阻和电导率可调的特性设计了微带结构九路功分器和共面波导结构可调衰减器。九路功分器利用石墨烯薄片的全向电阻特性实现了平面多路功分器输出端口间的高隔离特性,避免了隔离电阻的跨接,双层结构实现了功分器的小型化设计。可调衰减器利用石墨烯电导率可调特性实现了衰减度的动态调节,并通过改变石墨烯的加载位置实现了衰减器工作频段的调节。功分器和衰减器均进行了实物加工测试,测试结果表明石墨烯可以在很大程度上提升传统微波器件的性能。3.研究了石墨烯在微波毫米波天线上的应用,基于一种高电导率石墨烯导电薄膜设计了24GHz毫米波微带阵列天线和5.8GHz可穿戴圆极化天线。24GHz毫米波天线经仿真和实测验证,可实现与相同结构金属天线基本接近的性能,并在工作带宽上表现出一定的优势。5.8GHz可穿戴圆极化天线利用石墨烯柔韧性好的特性,能够在平坦和弯曲状态下保持天线性能稳定,且符合国际规定的电磁辐射安全标准,可用于可穿戴设备。