Детектирующая антенна

(51) МПК (2006) 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 Залесский Валерий Борисович Кравченко Владимир Михайлович Зыков Григорий Люцианович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Детектирующая антенна, содержащая на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки двухплечевую металлическую антенну, плечи которой связаны первым выпрямительным элементом, отличающаяся тем, что введен второй выпрямительный элемент, причем тыльная сторона диэлектрической подложки выполнена металлизированной и заземлена, первое плечо антенны, соединенное с анодом первого выпрямительного элемента, заземлено, второе плечо выполнено в виде ромба, соединенного одним углом с катодом первого выпрямительного элемента, а противоположным углом - с анодом второго выпрямительного элемента, катод которого соединен с выходом детектирующей антенны, при этом в металлизированном слое подложки напротив второго выпрямительного элемента выполнено отверстие, размеры которого задаются величиной выбранного диапазона детектируемого электромагнитного излучения. 2. Детектирующая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что выпрямительные элементы подключены к острым углам ромбической антенны. 3. Детектирующая антенна по п. 2, отличающаяся тем, что толщина базы выпрямительных элементов выбрана субмикронных размеров. 56372009.10.30 4. Детектирующая антенна по п. 2, отличающаяся тем, что полупроводниковый материал выпрямительных элементов выбран высоколегированным. 5. Детектирующая антенна по п. 2, отличающаяся тем, что отверстие в металлизированном слое подложки выполнено в форме эллипса. Предлагаемая полезная модель относится к области техники дальнего инфракрасного диапазона и может быть использована при разработке многоканальных высокоэффективных и высокоинформативных датчиков электромагнитного излучения с длиной волны 0,250,65 мм, а также для прямого преобразования излучения окружающей среды в данном диапазоне, в том числе и излучения космического пространства. Известно устройство 1, которое включает множество ИК-сенсоров, каждый из которых связан с несколькими плечами одной из антенн, причем антенны выполнены из четырех или восьми равномерно по углу диаметрально расположенных плеч, соединенных по два или по четыре, предназначенных для приема ИК-излучения различной поляризации,при этом проводящие шины электрически связывают выполненные в виде диодов ИКсенсоры, вместе с соответствующими антеннами расположенные в шахматном порядке неперекрывающихся строк и столбцов матричной структуры, образуя информационный канал. Данное устройство имеет низкую резонансную частоту и эффективность преобразования электромагнитного излучения ИК-диапазона в электрический сигнал, так как в каждой антенне все плечи электрически соединены между собой параллельно по два или по четыре, что увеличивает выходную емкость каждой антенны. Более того, отсутствие информации на выходе устройства о поляризации входного ИК-излучения, снижает его информативность и ограничивает область применения. Наиболее близким 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 низкую эффективность преобразования энергии электромагнитного излучения в энергию электрического сигнала. Техническая задача - повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения в электрический сигнал за счет расширения диапазона детектируемого электромагнитного излучения, в частности использования дальнего ИК диапазона. Поставленная техническая задача решается тем, что детектирующая антенна, содержащая на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки двухплечевую металлическую антенну, плечи которой связаны первым выпрямительным элементом, содержит второй выпрямительный элемент, причем тыльная сторона диэлектрической подложки выполнена металлизированной и заземлена, первое плечо антенны, соединенное с анодом первого выпрямительного элемента заземлено, второе плечо выполнено в виде ромба, соединенного одним углом с катодом первого выпрямительного элемента, а противоположным углом - с анодом второго выпрямительного элемента, катод которого соединен с выходом детектирующей антенны, при этом в металлизированном слое подложки напротив второго выпрямительного элемента выполнено отверстие, размеры которого задаются величиной выбранного диапазона детектируемого электромагнитного излучения. 2 56372009.10.30 Для эффективного решения поставленной технической задачи выпрямительные элементы подключены к острым углам ромбической антенны. Для эффективного решения поставленной технической задачи толщина базы выпрямительных элементов выбрана субмикронных размеров. Для эффективного решения поставленной технической задачи полупроводниковый материал выпрямительных элементов выбран высоколегированным. Для эффективного решения поставленной технической задачи отверстие в металлизированном слое подложки выполнено в форме эллипса. Совокупность указанных признаков позволяет решить техническую задачу за счет расширения диапазона детектируемых частот. Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой приведена схема расположения и соединения элементов заявляемого устройства, где 1 - диэлектрическая подложка,2 - первый выпрямительный элемент,3 - первое плечо антенны,4 - второе плечо антенны,5 - второй выпрямительный элемент,6 - выход детектирующей антенны,7 - отверстие. Элементы детектирующей антенны расположены на лицевой стороне диэлектрической подложки 1. В детектирующей антенне анод первого выпрямительного элемента 2 подключен к заземленному первому плечу антенны 3, а катод - к второму плечу антенны 4, которое соединено с анодом второго выпрямительного элемента 5. Катод второго выпрямительного элемента 5 подключен к выходу детектирующей антенны 6. Тыльная сторона диэлектрической подложки 1 металлизирована. В этом слое металлизации диэлектрической подложки 1 выполнено отверстие 7 и материал диэлектрической подложки 1, находящийся над отверстием 7, в совокупности выполняют функцию диэлектрического резонатора. Второй выпрямительный элемент 5 расположен напротив центра отверстия 7, поэтому одна его часть имеет емкостную связь с выходом детектирующей антенны 6, а вторая противоположная часть - с вторым плечом антенны 4. В конкретном исполнении диэлектрическая подложка 1 - это фольгированный фторопласт на лицевой стороне которого выполнены травлением элементы детектирующей антенны первое плечо 3, второе плечо 4 и выход 6. Первый выпрямительный элемент 2 и второй выпрямительный элемент 5 представляют собой диоды Шоттки, выполненные в бескорпусном варианте из сильнолегированного арсенида галлия (до 2,1018 см-3) с толщиной базы 120 нм. Последовательное сопротивление одного выпрямительного элемента с площадью 1,5 мкм 2 не превышало 12 Ом. Монтаж выпрямительных элементов 2, 5 осуществлялся гибридной сборкой. Второе плечо антенны 4 - это два электрически соединенных металлических электрода диодов Шоттки, представляющих собой золотые ромбические пластины толщиной 3 мкм. Выход детектирующей антенны 6 - это полосковый электрод шириной 0,1 мм, выполненный травлением на лицевой поверхности диэлектрической подложки 1, прозрачной для электромагнитного излучения в дальнем ИК диапазоне. Отверстие 7 металлизации на тыльной стороне диэлектрической подложки 1 выполнено диаметром 0,4 мм. Работает детектирующая антенна следующим образом. Пусть электромагнитное излучение дальнего ИК-дианазона с длинами волн 250-600 мкм поступает на лицевую поверхность диэлектрической подложки 1. Для коротковолновой части этого диапазона длин приемной резонансной структурой является второе плечо антенны 4, т.е. в нем осуществляется поглощение энергии электромагнитного поля указанной части спектрального диапазона длин волн. Так как оба остроугольных конца ромба - второго плеча антенны 4 нагружены - один через первый выпрямительный элемент 2 на заземленное первое плечо 3 56372009.10.30 антенны 3, второй - через второй выпрямительный элемент 5 - на выход детектирующей антенны 6, то поглощенное электромагнитное излучение вызывает периодические изменения зарядов на электродах первого выпрямительного элемента 2 и второго выпрямительного элемента 5. Другими словами, осуществляется преобразование энергии электромагнитного поля в энергию тока частоты электромагнитных волн этого поля. На нелинейных участках вольт-амперных характеристик выпрямительных элементов 2 и 5 осуществляется детектирование этих высокочастотных токов. Выбор рабочей точки вольт амперных характеристик выпрямительных элементов 2 и 5 осуществляется подачей напряжения смещения на их электроды. В результате на первом выпрямительном элементе 2 и втором выпрямительном элементе 5 возникают выпрямленные напряжения. Так как выпрямительные элементы 2 и 5 последовательно электрически соединены через проводящий материал второго плеча антенны 4, то на выходе детектирующей антенны 6 выходные напряжения их суммируются. Для второй длинноволновой части рассматриваемого диапазона длин волн приемной резонансной структурой является диэлектрик над отверстием 7. Поглощаемое электромагнитное излучение, соответствующее собственным резонансным частотам этой структуры - вызывает поляризацию его материала с частотой,соответствующей частоте поглощенного электромагнитного поля. Поэтому появившиеся токи смещения соответствующей частоты индуцируют противоположное по направлению перемещение зарядов (токи проводимости) во втором плече антенны 4 и на выходе детектирующей антенны 6, так как проводники этих элементов устройства непосредственно примыкают к поверхности диэлектрика над отверстием 7. Полученные высокочастотные токи детектируются вторым выпрямительным элементом 5 и поступают на выход детектирующей антенны 6. Таким образом, предлагаемая детектирующая антенна позволяет существенно расширить частотный диапазон принимаемых электромагнитных волн за счет одновременного оптимального согласования наноразмерных выпрямительных элементов с приемной антенной (вторым плечом антенны 4) и диэлектрическим резонатором (структуры диэлектрика над отверстием 7). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4