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, плечи которой состоят из двух частей, внешние части состоят из, как минимум, одной аподизированной металлической дифракционной решетки, а внутренние - из неоднородных волноводных линий, электрически соединенных с внешними частями, а между собой электрически соединены выпрямительным элементом, отличающаяся тем, что введены размещенные на лицевой стороне подложки, как минимум, четыре волноводных резонансных директора, выполненных в виде -й структуры, ось симметрии которых находится под углом 22,5 относительно продольной оси симметрии устройства и имеют емкостную связь только с внешними частями плеч, а внутренние части плеч выполнены в виде равнобедренных трапеций с углами при основании 67,5 и электрически соединены большими основаниями с внешними частями плеч. 2. Детектирующая антенна терагерцового диапазона по п. 1, отличающаяся тем, что волноводные резонансные директоры выполнены в виде резонансных металлических структур. 72202011.04.30 Полезная модель относится к области антенной техники терагерцового диапазона электромагнитных волн и может быть использована при разработке многоканальных высокоэффективных датчиков электромагнитного излучения с длиной волны 0,10,35 мм, а также для утилизации излучения окружающей среды в электричество. Известна детектирующая антенна 1, 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 и низкий коэффициент направленного действия, вызванные 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. Наиболее близкой по технической сущности является детектирующая антенна терагерцового диапазона 2, содержащая на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки двухплечевую металлическую антенну, концы внутренних частей плеч которой электрически соединены с выпрямительным элементом, причем внутренние части обоих плеч выполнены в виде равнобедренных треугольных неоднородных волноводных линий с углом при вершине 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. Устройство имеет недостаточную способность концентрировать принимаемую (излученную) мощность в определенном направлении, что обусловлено малыми размерами детектирующей антенны терагерцового диапазона по одной из координат и ее неоптимальной формой. Техническая задача - повышение коэффициента направленного действия за счет увеличения эффективной площади при одновременном сохранении частотных свойств и геометрических размеров. Поставленная техническая задача решается тем, что в детектирующую антенну терагерцового диапазона, содержащую на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки двухплечевую металлическую антенну, плечи которой состоят из двух частей,внешние части состоят из, как минимум, одной аподизированной металлической дифракционной решетки, а внутренние - из неоднородных волноводных линий, электрически соединенных с внешними частями, а между собой электрически соединены выпрямительным элементом, введены размещенные на лицевой стороне подложки, как минимум,четыре волноводных резонансных директора, выполненных в виде -й структуры, ось симметрии которых находится под углом 22,5 относительно продольной оси симметрии устройства и имеют емкостную связь только с внешними частями плеч, а внутренние части плеч выполнены в виде равнобедренных трапеций с углами при основании 67,5 и электрически соединены большими основаниями с внешними частями плеч. Для эффективного решения поставленной технической задачи волноводные резонансные директоры выполнены в виде резонансных металлических структур. Совокупность указанных признаков позволяет решить техническую задачу за счет увеличения пространственной апертуры и обеспечения синфазного сбора всего электромагнитного излучения, попадающего в нее при приеме, что улучшает диаграмму направленности. Сущность изобретения поясняется фигурой, где 1 - прозрачная диэлектрическая подложка,2 - плечи детектирующей антенны,2 72202011.04.30 3 - выпрямительный элемент,4 - внутренняя часть плеча,5 - внешняя часть плеча,6 - волноводные резонансные директоры. В детектирующей антенне терагерцового диапазона на прозрачной диэлектрической подложке 1 расположены плечи детектирующей антенны 2, внутренние части плеч 4 выполнены виде равнобедренных трапеций с углами при основании 67,5 из неоднородных волноводных линий. Внешние части плеч 5 выполнены в виде аподизированных дифракционных решеток и электрически соединены с внутренними частями плеч 4 большими основаниями трапеций, малые основания трапеций электрически соединены с выпрямительным элементом 3. Волноводные резонансные директоры 6 выполнены в виде -й структуры и расположены на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки 1. В конкретном исполнении прозрачная диэлектрическая подложка 1 выполнена методами фотолитографии из полиимида. Плечи детектирующей антенны 2 выполнены по интегральной технологии из тонкого 50 нм слоя золота. Выпрямительный элемент 3 представляет собой диод Шоттки, выполненный по интегральной технологии на основе арсенида галлия . Внешние части плеч 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. Волноводные резонансные директоры 6 представляют собой -е структуры из двух металлических плоских волноводов, выполненных из золотой пленки толщиной 50 нм, обеспечивающие емкостную связь между ними. Работает детектирующая антенна терагерцового диапазона следующим образом. Электромагнитное излучение терагерцового диапазона (12,5 ТГц) поступает из окружающего пространства на плечи детектирующей антенны 2. В связи с тем что внешние части плеч 5 детектирующей антенны выполнены в виде аподизированных дифракционных решеток,на границе раздела их с окружающей средой перепад эффективной диэлектрической проницаемости незначительный, т.е. имеем режим оптимального согласования. Следовательно, от поверхности внешних частей плеч 5 детектирующей антенны отражается лишь несущественная часть (доли процентов) энергии поступающего электромагнитного излучения. Таким образом, почти все поступающее электромагнитное излучение участвует в процессе преобразования его в электрический ток соответствующей частоты. Следовательно, во всех металлических частях детектирующей антенны терагерцового диапазона, в том числе и в волноводных резонансных директорах 6, возникают электрические токи соответствующих частот. Полученные переменные токи поступают через внутренние части плеч 4 на выпрямительный элемент 3, с которого снимается выходной сигнал. Полученный электрический сигнал на выходе выпрямительного элемента 3 будет пропорционален энергии преобразуемого электромагнитного излучения. Увеличение пространственной апертуры детектирующей антенны терагерцового диапазона за счет эффективного взаимодействия ее с волноводными резонансными директорами 6 позволяет решить поставленную техническую задачу - повысить коэффициент направленного действия детектирующей антенны за счет увеличения эффективной площади при одновременном сохранении частотных свойств и геометрических размеров. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3