Интегральный модуль

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(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. Интегральный модуль, содержащий на прямоугольной подложке антенну в виде, по меньшей мере, одной проводящей фигуры, подключенной через входной волновод к полупроводниковой матрице, при этом длина большей стороны подложки меньше 0,2, где- максимальная рабочая длина волны антенны в свободном пространстве, отличающийся тем, что антенна дополнительно содержит, по меньшей мере, одну диэлектрическую фигуру, выполненную в виде разомкнутой ломаной кривой, длина которой/2, гдеэффективный показатель преломления антенны, а проводящая фигура антенны выполнена в виде разомкнутой ломаной кривой такой же длины, что и разомкнутая ломаная кривая диэлектрической фигуры, звенья которых связаны друг с другом емкостной связью, причем звенья диэлектрических разомкнутых ломаных кривых расположены на краях 15906 1 2012.06.30 подложки и выполнены микро- или наноструктурированными с отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями, а на внешней и внутренней поверхностях звеньев диэлектрических разомкнутых ломаных кривых выполнены кольца с разрезами и прямые проводники. 2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что звенья диэлектрических разомкнутых ломаных кривых выполнены из одного материала, а их ширина выполнена изменяющейся по линейному закону. Изобретение относится к области интегральной микроэлектроники и может использоваться при разработке антенных устройств как для традиционных, так и для мобильных средств связи, а также в датчиках систем безопасности. Известна антенна 1, в которой, по меньшей мере, одна из ее частей сформирована в виде кривой, заполняющей пространство (далее КЗП), причем указанная КЗП определяется как непериодическая кривая, состоящая, по меньшей мере, из десяти соединенных прямых сегментов, длина каждого из которых меньше чем одна десятая рабочей длины волны в свободном пространстве, и пространственно они расположены таким образом, что ни один из расположенных рядом друг с другом и соединенных сегментов не формирует другого, более длинного прямого сегмента и не пересекает другой сегмент, и в которой КЗП обладает таким свойством, что размер подсчета ее клеток больше единицы, причем указанный размер подсчета клеток подсчитывается как наклон прямой части графика с логарифмическим масштабом на обеих осях, в котором такая прямая часть, по существу,определяется как прямой сегмент в пределах, по меньшей мере, октавы шкал горизонтальных осей графика с логарифмическим масштабом на обеих осях. Данное устройство не обладает высокой эффективностью преобразования электромагнитного излучения в выходной электрический сигнал, так как равномерно распределенная кривая, заполняющая пространство, создает по сравнению с внешней средой перепад диэлектрической проницаемости, из-за которого часть излучения, поступающего на антенну из внешней среды, отражается. Наиболее близким по технической сущности является интегральный модуль 2, содержащий, как минимум, по одному полупроводниковую матрицу, вход, подложку,включающую, как минимум, один слой с антенной, выполненной из проводящей фигуры,соединенной, как минимум, с одной ее частью, в которую включена охватывающая ее кривая, все из которых установлены внутри прямоугольной области, у которой длинная сторона меньше чем 0,2 самой большой рабочей длины волны антенны в свободном пространстве, причем охватывающая кривая состоит, как минимум, из пяти сегментов, образующих между собой углы, два, как минимум, из которых меньше 115 градусов, при этом,как минимум, три сегмента должны быть меньше 0,1 рабочей длины волны антенны в свободном пространстве, а один сегмент которой через вход соединен с полупроводниковой матрицей. Устройство не обладает достаточно высокой эффективностью преобразования электромагнитного излучения в режиме приема-передачи, так как проводящая фигура создает значительный перепад диэлектрической проницаемости на своих краях, из-за которого часть излучения, поступающего на антенну в/из внешней среды, отражается. Техническая задача - повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения в режимах приема-передачи. Поставленная техническая задача решается тем, что в интегральном модуле, содержащем на прямоугольной подложке антенну в виде, по меньшей мере, одной проводящей фигуры, подключенной через входной волновод к полупроводниковой матрице, при этом длина большей стороны подложки меньше 0,2, где- максимальная рабочая длина вол 2 15906 1 2012.06.30 ны антенны в свободном пространстве, антенна дополнительно содержит, по меньшей мере, одну диэлектрическую фигуру, выполненную в виде разомкнутой ломаной кривой,длина которой/2, где- эффективный показатель преломления антенны, а проводящая фигура антенны выполнена в виде разомкнутой ломаной кривой такой же длины,что и разомкнутая ломаная кривая диэлектрической фигуры, звенья которых связаны друг с другом емкостной связью, причем звенья диэлектрических разомкнутых ломаных кривых расположены на краях подложки и выполнены микро- или наноструктурированными с отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями, а на внешней и внутренней поверхностях звеньев диэлектрических разомкнутых ломаных кривых выполнены кольца с разрезами и прямые проводники. Для эффективного решения поставленной технической задачи звенья диэлектрических разомкнутых ломаных кривых выполнены из одного материала, а их ширина выполнена изменяющейся по линейному закону. Совокупность указанных признаков позволяет решить техническую задачу за счет оптимального согласования антенны по коэффициенту стоячей волны. Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где приведен один из вариантов расположения антенны на подложке, а на фиг. 2 представлен фрагмент микро- и наноструктурированного звена диэлектрической ломаной разомкнутой кривой, где 1 - подложка,2 - входные волноводы,3 - полупроводниковая матрица,4 - антенна,5 - проводящие фигуры,6 - диэлектрические фигуры,7 - проводящие звенья,8 - кольца с разрезами,9 - диэлектрические звенья,10 - прямые проводники. В интегральном модуле на подложке 1 расположены входные волноводы 2, электрически подключенные к полупроводниковой матрице 3 и первым проводящим фигурам 5 антенны 4. Проводящие звенья 7 проводящих фигур 5 последовательно связаны друг с другом гальванически. Диэлектрические фигуры 6 - это ломаные разомкнутые кривые,выполненные в виде последовательно расположенных диэлектрических звеньев 9. Все фигуры антенны 4 расположены на прямоугольной подложке 1, длинная сторона которой меньше 0,2, где- максимальная рабочая длина волны антенны в свободном пространстве. Диэлектрические звенья 9 диэлектрических разомкнутых ломаных кривых 6 расположены на краях подложки и выполнены микро- и наноструктурированными с отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями. Элементарные блоки этих диэлектрических звеньев 9 представляют собой прямые проводники 10 и кольца с разрезами 8 (фиг. 2). В конкретном исполнении подложка 1 выполнена из ламината 9000, представляющего собой тефлон, армированный стеклотканью. Входные волноводы 2 - это выполненные травлением медные полосковые волноводы. Полупроводниковая матрица 3 - это серийно выпускаемая микросхема, содержащая приемные и выходные тракты интегрального модуля, например диодный коммутатор рабочих диапазонов частот в мобильном телефоне. Проводящие фигуры 5 выполнены методом фотолитографии из меди. Диэлектрические фигуры 6 выполнены методом фотолитографии из диэлектрика, например фоторезиста. Диэлектрические звенья 9, расположенные на краях подложки, содержат на внешней и внутренней поверхностях фоторезистора медные кольца с разрезами 8 и прямые проводники 10, выполненные методом фотолитографии (фиг. 2). 15906 1 2012.06.30 В связи с тем что антенны выполняют взаимообратные функции - излучения и приема электромагнитных колебаний с сохранением неизменными их параметров, рассмотрим работу интегрального модуля в режиме приема. Входное излучение широкого спектрального диапазона поступает на диэлектрические фигуры 6 и проводящие фигуры 5. Часть входного излучения, поступающего на лицевую и тыльную стороны подложки 1, отражается, так как по этим направлениям на границе раздела окружающая среда - антенна 4 имеется перепад показателей преломления. Та часть входного излучения, которая поступает по направлению плоскости антенны 4, проходит в антенну 4 без отражения, так как диэлектрические звенья 9 диэлектрических фигур 6 в этих направлениях выполнены микро- и наноструктурированными с отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями. Дальше это излучение распространяется вдоль всех фигур, антенны 4 и поглощается проводящими звеньями 7 проводящих фигур 5, а также поляризует диэлектрические звенья 9 диэлектрических фигур 6 и подложку 1. В результате этого в проводящих фигурах 5 появляется соответствующие высокочастотные электрические токи проводимости, поступающие через входные волноводы 2 в полупроводниковую матрицу 3, а в диэлектрических фигурах 6 возникают соответственно токи смещения. Поэтому резонансное динамическое взаимодействие проводящих звеньев 7 с диэлектрическими звеньями 9, имеющими емкостную связь, вызывает на соответствующих частотах увеличение выходного сигнала антенны 4. Аналогично преобразуется входное излучение, прошедшее в антенну 4 через лицевую и тыльную стороны. Источники информации 1. Патент РФ 2263378. 2. Патент США 7095372 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4