In the applications of millimeter and sub-millimeter wave, the conductivity of metal parts in electronic devices can easily degrade when conventional metals like copper are employed. Furthermore, oxidation may arise when such devices are utilized in severe environmental conditions. To avoid this, conventional conductors such as copper can be coated with other non-active materials to inhibit this problem. Monolayer graphene is used in this study as a coating layers for copper in millimeter-wave antennas. Two types of graphene coatings are investigated: non-doped and doped monolayer graphene. These coatings can either be used as the patch, ground or both conducting layers of a microstrip patch antenna. Results showed that coating using doped graphene improves the performance of antenna in terms of gain, radiated power and radiation efficiency by 11.81%, 8.48%, and 11.48%, respectively, compared to antennas made using copper and coated using gold and non-doped graphene at millimeter-wave frequencies. Meanwhile, at sub-millimeter wave frequencies, the metal (copper and gold)-based antenna showed worse performance compared to millimeter waves. Furthermore, coating of the conducting elements for the sub-millimeter wave antenna using doped and non-doped graphene improved gain, radiated power and radiation efficiency by 33.94%, 32.73%, and 32.01%, respectively, for the coating with doped graphene, and about 14.87%, 16.56%, and 15.72% for the coating with non-doped graphene. This indicates the suitability of graphene-based antennas in both frequency bands and the expected levels of improvements for different parameters when these antenna elements are coated with doped and non-doped graphene.

中文翻译：

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毫米和亚毫米波段单层石墨烯涂层天线的建模和性能评估

在毫米波和亚毫米波的应用中，当使用铜等传统金属时，电子设备中金属部件的导电性很容易降低。此外，当这种设备在恶劣的环境条件下使用时，可能会发生氧化。为避免这种情况，可以用其他非活性材料涂覆铜等传统导体以防止出现此问题。本研究中使用单层石墨烯作为毫米波天线中铜的涂层。研究了两种类型的石墨烯涂层：非掺杂和掺杂单层石墨烯。这些涂层可用作微带贴片天线的贴片、接地层或两者的导电层。结果表明，使用掺杂石墨烯的涂层使天线在增益、辐射功率和辐射效率方面的性能提高了 11。与使用铜制成并在毫米波频率下使用金和非掺杂石墨烯涂层的天线相比，分别为 81%、8.48% 和 11.48%。同时，在亚毫米波频率下，与毫米波相比，基于金属（铜和金）的天线表现出更差的性能。此外，使用掺杂和非掺杂石墨烯对亚毫米波天线的导电元件进行涂层使掺杂石墨烯涂层的增益、辐射功率和辐射效率分别提高了 33.94%、32.73% 和 32.01%，并且约 14.87%、16.56% 和 15.72% 的非掺杂石墨烯涂层。这表明了基于石墨烯的天线在两个频段中的适用性，以及当这些天线元件涂有掺杂和非掺杂石墨烯时，不同参数的预期改进水平。与使用铜制成并在毫米波频率下使用金和非掺杂石墨烯涂层的天线相比，分别为 48% 和 11.48%。同时，在亚毫米波频率下，与毫米波相比，基于金属（铜和金）的天线表现出更差的性能。此外，使用掺杂和非掺杂石墨烯对亚毫米波天线的导电元件进行涂层使掺杂石墨烯涂层的增益、辐射功率和辐射效率分别提高了 33.94%、32.73% 和 32.01%，并且约 14.87%、16.56% 和 15.72% 的非掺杂石墨烯涂层。这表明了基于石墨烯的天线在两个频段中的适用性，以及当这些天线元件涂有掺杂和非掺杂石墨烯时，不同参数的预期改进水平。与使用铜制成并在毫米波频率下使用金和非掺杂石墨烯涂层的天线相比，分别为 48% 和 11.48%。同时，在亚毫米波频率下，与毫米波相比，基于金属（铜和金）的天线表现出更差的性能。此外，使用掺杂和非掺杂石墨烯对亚毫米波天线的导电元件进行涂层，对于掺杂石墨烯的涂层，增益、辐射功率和辐射效率分别提高了 33.94%、32.73% 和 32.01%，并且约 14.87%、16.56% 和 15.72% 的非掺杂石墨烯涂层。这表明了基于石墨烯的天线在两个频段中的适用性，以及当这些天线元件涂有掺杂和非掺杂石墨烯时，不同参数的预期改进水平。分别与使用铜制成并在毫米波频率下使用金和非掺杂石墨烯涂层的天线相比。同时，在亚毫米波频率下，与毫米波相比，基于金属（铜和金）的天线表现出更差的性能。此外，使用掺杂和非掺杂石墨烯对亚毫米波天线的导电元件进行涂层使掺杂石墨烯涂层的增益、辐射功率和辐射效率分别提高了 33.94%、32.73% 和 32.01%，并且约 14.87%、16.56% 和 15.72% 的非掺杂石墨烯涂层。这表明了基于石墨烯的天线在两个频段中的适用性，以及当这些天线元件涂有掺杂和非掺杂石墨烯时，不同参数的预期改进水平。分别与使用铜制成并在毫米波频率下使用金和非掺杂石墨烯涂层的天线相比。同时，在亚毫米波频率下，与毫米波相比，基于金属（铜和金）的天线表现出更差的性能。此外，使用掺杂和非掺杂石墨烯对亚毫米波天线的导电元件进行涂层使掺杂石墨烯涂层的增益、辐射功率和辐射效率分别提高了 33.94%、32.73% 和 32.01%，并且约 14.87%、16.56% 和 15.72% 的非掺杂石墨烯涂层。这表明了基于石墨烯的天线在两个频段中的适用性，以及当这些天线元件涂有掺杂和非掺杂石墨烯时，不同参数的预期改进水平。与使用铜制成并在毫米波频率下使用金和非掺杂石墨烯涂层的天线相比。同时，在亚毫米波频率下，与毫米波相比，基于金属（铜和金）的天线表现出更差的性能。此外，使用掺杂和非掺杂石墨烯对亚毫米波天线的导电元件进行涂层使掺杂石墨烯涂层的增益、辐射功率和辐射效率分别提高了 33.94%、32.73% 和 32.01%，并且约 14.87%、16.56% 和 15.72% 的非掺杂石墨烯涂层。这表明了基于石墨烯的天线在两个频段中的适用性，以及当这些天线元件涂有掺杂和非掺杂石墨烯时，不同参数的预期改进水平。与使用铜制成并在毫米波频率下使用金和非掺杂石墨烯涂层的天线相比。同时，在亚毫米波频率下，与毫米波相比，基于金属（铜和金）的天线表现出更差的性能。此外，使用掺杂和非掺杂石墨烯对亚毫米波天线的导电元件进行涂层使掺杂石墨烯涂层的增益、辐射功率和辐射效率分别提高了 33.94%、32.73% 和 32.01%，并且约 14.87%、16.56% 和 15.72% 的非掺杂石墨烯涂层。这表明了基于石墨烯的天线在两个频段中的适用性，以及当这些天线元件涂有掺杂和非掺杂石墨烯时，不同参数的预期改进水平。