Детектирующая антенна терагерцового диапазона

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДЕТЕКТИРУЮЩАЯ АНТЕННА ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Зыков Григорий Люцианович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Детектирующая антенна терагерцового диапазона, содержащая на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки двухплечевую металлическую антенну, концы внутренних частей плеч которой электрически соединены с выпрямительным элементом,отличающаяся тем, что внутренние части обоих плеч выполнены в виде равнобедренных треугольных неоднородных волноводных линий, с углом при вершине в 45, а их основания связаны соответственно с внутренними концами оставшихся частей антенны, каждая из которых выполнена в виде, как минимум, одной аподизированной металлической дифракционной решетки. 2. Детектирующая антенна терагерцового диапазона по п. 1, отличающаяся тем, что аподизированные металлические дифракционные решетки имеют средний период в 5,5 раза меньший, чем длина волны детектируемого электромагнитного излучения. 3. Детектирующая антенна терагерцового диапазона по п. 1, отличающаяся тем, что количество периодов в каждой из аподизированных металлических дифракционных решеток выбрано равным простому числу. 4. Детектирующая антенна терагерцового диапазона по п. 1, отличающаяся тем, что коэффициент заполнения штрихов аподизированных металлических дифракционных решеток изменяется по линейному закону. 64382010.08.30 Полезная модель относится к области антенной техники дальнего инфракрасного - терагерцового - диапазона и может быть использована при разработке, в том числе и многоканальных, высокоэффективных датчиков электромагнитного излучения с длиной волны 0,10,35 мм, а также для прямого преобразования излучения окружающей среды. Известна диэлектрическая антенна 1, содержащая круглый волновод с ребристым фланцем, расположенным на открытом конце волновода, диэлектрический стержень,установленный соосно внутри волновода и выступающий за пределы волновода, диэлектрическую втулку, расположенную на выступающей части диэлектрического стержня, выступающая часть диэлектрического стержня дополнительно снабжена диэлектрической вставкой такого же сечения, как и стержень, причем она установлена на расстоянии(0,60,7) от открытого конца волновода, длина ее составляет 2(1,11,3), а относительная диэлектрическая проницаемость материала вставки должна быть 2(0,80,9)1, где- средняя длина волны рабочего диапазона, 1, 2 - относительные диэлектрические проницаемости диэлектрического стержня и диэлектрической вставки соответственно. Данное устройство имеет низкую эффективность преобразования энергии электромагнитного излучения в энергию электрического сигнала, вызванную резким изменением свойств волноведущей структуры (в том числе и эффективной диэлектрической проницаемости) при переходе от волновода к антенне, что вызывает отражение электромагнитного излучения. Размер диэлектрической антенны по двум координатам существенно меньше длины волны, что также ограничивает эффективность ее работы. Наиболее близкой по технической сущности является детектирующая антенна 2, содержащая расположенную на прозрачной подложке двухплечевую антенну, внутренние стороны плеч которой соединены выпрямительным элементом, металлический экранный слой, образующий точки соединения по постоянному току для каждого плеча антенны в местах их соединения с выпрямительным элементом. Данное устройство имеет недостаточно высокую эффективность преобразования энергии электромагнитного излучения в энергию электрического сигнала, вызванную отсутствием оптимального согласования волнового сопротивления антенны с открытым пространством, а именно на границе раздела двух сред (материал антенны и воздух) резко изменяется эффективная диэлектрическая проницаемость. Техническая задача - повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения в электрический сигнал. Поставленная техническая задача решается тем, что детектирующая антенна терагерцового диапазона, содержащая на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки двухплечевую металлическую антенну, концы внутренних частей плеч которой электрически соединены с выпрямительным элементом, внутренние части обоих плеч выполнены в виде равнобедренных треугольных неоднородных волноводных линий, с углом при вершине в 45, а их основания связаны соответственно с внутренними концами оставшихся частей антенны, каждая из которых выполнена в виде, как минимум, одной аподизированной металлической дифракционной решетки. Для эффективного решения поставленной технической задачи аподизированные металлические дифракционные решетки имеют средний период в 5,5 раза меньший, чем длина волны детектируемого электромагнитного излучения. Для эффективного решения поставленной технической задачи количество периодов в каждой из аподизированных металлических дифракционных решеток выбрано равным простому числу. Для эффективного решения поставленной технической задачи коэффициент заполнения штрихов аподизированных металлических дифракционных решеток изменяется по линейному закону. Совокупность указанных признаков позволяет решить техническую задачу за счет оптимального согласования детектирующей антенны как с выпрямительным элементом, так и с волновым сопротивлением открытого пространства. 2 64382010.08.30 Сущность изобретения поясняется фигурой, где 1 - прозрачная диэлектрическая подложка,2 - плечи металлической антенны,3 - выпрямительный элемент,4 - равнобедренные треугольные неоднородные волноводные линии,5 - аподизированные металлические дифракционные решетки. В детектирующей антенне терагерцового диапазона на прозрачной диэлектрической подложке 1 расположены плечи 2 детектирующей антенны, внутренние части которых выполнены в виде равнобедренных треугольных неоднородных волноводных линий 4, с углом при вершине в 45, электрически соединенных своими вершинами с выпрямительным элементом 3, а основаниями - с соответствующими оставшимися частями, выполненными в виде аподизированных металлических дифракционных решеток 5. В конкретном исполнении прозрачная диэлектрическая подложка 1 выполнена методами фотолитографии из полиимида. Плечи 2 детектирующей антенны выполнены по интегральной технологии из тонкого 50 нм слоя золота с топологией, представленной на фигуре. Выпрямительный элемент 3 - это диод Шоттки, выполненный по интегральной технологии на основе , в котором один золотой электрод образует барьер Шоттки с тонким базовым слоем , а второй золотой электрод имеет омический контакт с кристаллом . Электроды выпрямительного элемента 3 соединены с равнобедренными треугольными неоднородными волноводными линиями 4, с углом при вершине в 45. Равнобедренные треугольные неоднородные волноводные линии 4 выполнены из золотой пленки толщиной 50 нм. Аподизированные металлические дифракционные решетки 5 выполнены из тонкого 50 нм слоя золота в виде периодической решетки, коэффициент заполнения штрихов которой изменяется по линейному закону, уменьшая тем самым перепад эффективной диэлектрической проницаемости (показателя преломления) на границах их раздела с окружающим пространством. Работает устройство следующим образом. Электромагнитное излучение терагерцового диапазона (12,5 ТГц) поступает из окружающего пространства на оба плеча 2 детектирующей антенны. В связи с тем, что внешние части плеч 2 детектирующей антенны выполнены в виде аподизированных металлических дифракционных решеток 5, на границе раздела их с окружающей средой перепад эффективной диэлектрической проницаемости уменьшается. Поэтому от поверхности детектирующей антенны лишь незначительная часть (доли процента) энергии поступающего электромагнитного излучения отражается, а подавляющая же часть энергии поступающего электромагнитного излучения преобразуется в переменные токи частот принимаемого излучения. Так как период аподизированных металлических дифракционных решеток 5 значительно меньше длины волны детектирующего электромагнитного излучения, то входное электромагнитное излучение без потерь распространяется по аподизированным металлическим дифракционным решеткам 5 к равнобедренным треугольным неоднородным волноводным линиям 4. Распространяющееся электромагнитное излучение во всех металлических частях детектирующей антенны вызывает переменные токи частот принимаемого электромагнитного излучения, которые поступают через равнобедренные треугольные неоднородные волноводные линии 4 и детектируются выпрямительным элементом 3. Полученное электрическое напряжение на выходе выпрямительного элемента 3 будет пропорционально энергии преобразуемого электромагнитного излучения терагерцового диапазона. Оптимальное согласование приемной антенны с окружающим пространством и выпрямительным элементом 3 в предлагаемом устройстве позволяет существенно повысить эффективность детектирования электромагнитного излучения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3