作为一种新型二维材料,石墨烯具有良好的光学、机械、电气、热学等性能,在材料、化学、电子、通信、生物医学等领域具有广阔的应用前景。随着社会的高速发展,无线通信设备的应用场景越来越多。众多传统和新兴的应用场景对无线通信设备的体积、形态、材料提出更高、更特殊的要求。相应的,无线通信设备中天线模块的体积、形态和材料也需要随之变化和改进。石墨烯材料由于独特的电导率可调性质和二维材料的平面特性,使其在可重构天线和小型化天线领域有潜在的应用价值。由于现有的无线通信设备主要工作在微波频段,因此,在微波频段探索石墨烯材料在天线中的应用,对于发展小型化和可重构天线具有重要的意义。在微波频段,受到石墨烯电导率调控范围的制约,现有的基于石墨烯的频率可重构天线频率调节范围较小,并且难以设计出基于石墨烯的方向图可重构天线。另外,对于强调定位功能的智能手表终端上的北斗卫星导航系统接收天线,传统解决方案难以在满足天线小型化、高增益、圆极化的同时,兼顾手表整体结构的机械强度。针对以上问题,本文开展了以下研究:第一,提出了一种基于石墨烯的频率可重构天线设计方案,通过将石墨烯与传统倒F天线结合,利用石墨烯在微波频段的电压调控特性,改变特定金属辐射结构中的电流分布,使天线中心谐振频率和带宽发生动态变化,在微波频段实现频率可重构效果,并且与现有的微波频段基于石墨烯的频率可重构天线相比,拥有更大的频率调节范围。第二,提出了一种基于石墨烯的方向图可重构天线设计方案,首先研究了一种石墨烯-金属复合结构的反射特性,再将其与定向耦合器结合,在不使用焊接工艺和集总器件的情况下在微波频段实现了基于石墨烯的平面可调移相器。然后将该移相器应用于一个拥有两个辐射贴片的天线的馈电网络中,使这两个辐射贴片激励信号的相位差在石墨烯偏置电压的动态调控下发生变化,当偏置电压分别为0.7V和5V时,该天线拥有两个不同的主波束方向,实现了微波频段方向图可重构的效果。第三,提出了一种基于智能手表终端的小型圆极化北斗导航系统接收天线设计方案,利用石墨烯墨水成本低、加工方便、适合在纸、纺织物、玻璃等多种新型衬底上加工图案的特点,在手表的圆形玻璃表盘边缘使用石墨烯墨水制作小型化的平面辐射结构,实现天线小型化、高增益、低轴比、宽角度和圆极化的效果,满足北斗导航系统接收端的使用需求。在手表采用金属外壳的情况下,该方案无需在手表金属外壳上开缝隙,确保手表结构的机械强度不会下降。