随着我国无线通信技术创新发展战略的持续深入推进,对无线通信设备的各项性能提出了更高的要求和挑战。近年来,石墨烯的制备技术已逐渐成熟,由于其优异的光、电、热等物理性能,使其成为各领域研究和应用的热点。基于石墨烯在改善天线性能方面的独特优势,深入开展理论和试验研究,有助于发挥石墨烯在无线通信领域的巨大科研和经济价值,并推动先进无线通信技术的长足发展。本论文主要针对石墨烯在天线设计中的创新应用开展相关研究,包括以下四个方面:1、介绍了石墨烯在天线设计的研究进展和现状,并阐述了天线设计的基本理论,包括:(1)天线的基本参数、微带天线的辐射机理,在此基础上设计了一款超宽带四元MIMO天线,并进行优化、加工及测试;(2)石墨烯结构、石墨烯电导率、石墨烯介电常数、及石墨烯偶极子天线仿真分析,分析天线性能随石墨烯上加载化学式的变化规律,并与相同尺寸下的金属偶极子天线进行性能对比,为后面天线设计提供理论数据支撑。2、研究并设计了一种双频太赫兹天线,根据在金属辐射贴片周围放置石墨烯片有助于电流流动和电磁辐射的特性,分别设计了加载“矩形”石墨烯片天线、“T型”石墨烯贴片天线、“工字型”石墨烯贴片天线、改进“工字型”石墨烯贴片天线,通过对多种结构进行优化对比,详细说明了石墨烯片对天线电流分布和工作频率的影响。最终确定加载“工字型”石墨烯贴片天线工作频段稳定、性能良好,有望应用于实际工程中。3、研究了基于石墨烯的频率可重构微带天线,提出了在金属矩形环中放置石墨烯短截线结构,并对短截线建立等效传输线模型以此计算天线总的输入阻抗,结合理论计算分析,针对短截线的相关参数进行优化以改善所提出的可重构天线的性能。经过仿真和测试分析:改变加载在石墨烯片上的直流电压,可以实现天线频率的可重构。在此基础上,设计了三支节频率可重构天线,通过调节不同支节上加载的电压,实现天线工作频率的可重构,为后期石墨烯在微波频段天线中应用提供了经验。4、研究了一种圆柱形的天线罩。提出了由石墨烯构成的田字型频率选择表面,并以此选择表面单元为基础设计圆柱形天线罩,其中,频率选择表面单元均匀分布在圆柱体表面。为了验证该天线罩的波束定向能力,设计了一款工作在频率选择表面通带频段内的全向偶极子天线,并将此偶极子天线放置在天线罩内进行仿真试验,结果表明该天线罩可以实现偶极子的波束定向辐射。并且,天线增益也得到提高。本设计的天线罩将来有可能用于太赫兹的光束扫描之中。