Антенный приемник терагерцового излучения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ АНТЕННЫЙ ПРИЕМНИК ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(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. Антенный приемник терагерцового излучения, содержащий на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки двухплечевую металлическую антенну, плечи которой состоят из двух частей внешней в виде как минимум одной аподизированной металлической дифракционной решетки и как минимум одной внутренней из неоднородной волноводной линии в виде равнобедренной трапеции с углом при основании в 67,5, электрически соединенных между собой через выпрямительный элемент и большими основаниями с внешними частями плеч как минимум четыре волноводных резонансных директора, выполненных в виде -образной структуры, ось симметрии которых находится под углом 22,5 относительно продольной оси симметрии устройства, и имеющих емкостную связь только с внешними частями плеч, отличающийся тем, что внутренние части плеч антенны выполнены полностью в виде комплементарных метаматериалов, а внешние частично со сторон, прилегающих к большим основаниям внутренних плеч. 2. Антенный приемник терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что комплементарные метаматериалы выполнены в виде микрорезонансных элементов разных размеров, имеющих форму левых и правых спиралей, которые расположены в строгом геометрическом порядке на расстоянии друг от друга 0,05 , где- внешний размер соответствующих микрорезонансных элементов. 86402012.10.30 Полезная модель относится к области антенной техники терагерцового диапазона электромагнитных волн и может быть использована при разработке многоканальных высокоэффективных датчиков электромагнитного излучения, допускающих матричное исполнение. Известна детектирующая антенна 1, 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 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. Устройство имеет недостаточную способность концентрировать принимаемую мощность в определенном направлении, что обусловлено малыми размерами детектирующей антенны терагерцового диапазона по одной из координат и ее неоптимальной формой. Наиболее близкой по технической сущности является детектирующая антенна терагерцового диапазона 2, 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, также содержит размещенные на лицевой стороне подложки как минимум четыре волноводных резонансных директора, выполненных в виде образной структуры, ось симметрии которых находится под углом 22,5 относительно продольной оси симметрии устройства, и все директоры имеют емкостную связь только с внешними частями плеч, а внутренние части плеч выполнены в виде равнобедренных трапеций с углами при основании в 67,5 и электрически соединены большими основаниями с внешними частями плеч. Устройство имеет недостаточную эффективность преобразования энергии электромагнитного излучения в выходной электрический сигнал. Техническая задача - увеличение эффективности преобразования энергии электромагнитного излучения в выходной электрический сигнал при одновременном расширении частотного диапазона принимаемого излучения и сохранении геометрических размеров устройства. Поставленная техническая задача решается тем, что в антенный приемник терагерцового излучения, содержащий на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки двухплечевую металлическую антенну, плечи которой состоят из двух частей внешней в виде как минимум одной аподизированной металлической дифракционной решетки и как минимум одной внутренней - из неоднородной волноводной линии в виде равнобедренной трапеции с углом при основании в 67,5, электрически соединенных между собой через выпрямительный элемент и большими основаниями с внешними частями плеч как минимум четыре волноводных резонансных директора, выполненных в виде -образной структуры, ось симметрии которых находится под углом 22,5 относительно продольной оси симметрии устройства, и имеющих емкостную связь только с внешними частями плеч внутренние части плеч антенны выполнены полностью в виде комплементарных метаматериалов, а внешние - частично со сторон, прилегающих к большим основаниям внутренних плеч. Для эффективного решения поставленной технической задачи комплементарные метаматериалы выполнены в виде микрорезонансных элементов разных размеров, имеющих форму левых и правых спиралей, которые расположены в строгом геометрическом поряд 2 86402012.10.30 ке на расстоянии друг от друга 0,05 , где- внешний размер соответствующих микрорезонансных элементов. Совокупность указанных признаков позволяет уменьшить коэффициент отражения принимаемого электромагнитного излучения и тем самым увеличить эффективность преобразования энергии этого излучения в выходной электрический сигнал при одновременном расширении частотного диапазона и сохранении геометрических размеров устройства. Сущность полезной модели поясняется фигурой, где 1 - прозрачная диэлектрическая подложка,2 - плечи антенны,3 - выпрямительный элемент,4 - внутренние части плеч,5 - внешние части плеч,6 - волноводные резонансные директоры,7 - микрорезонансные элементы. В антенном приемнике терагерцового излучения на прозрачной диэлектрической подложке 1 расположены плечи 2 антенны, внутренние части 4 которых выполнены в виде равнобедренных трапеций с углом при основании 67,5, представляющих собой неоднородные волноводные линии. Внешние части плеч 5 выполнены в виде аподизированных дифракционных решеток и электрически соединены с внутренними частями плеч 4 большими основаниями трапеций, а малые основания трапеций электрически соединены с выпрямительным элементом 3. Волноводные резонансные директоры 6 выполнены в виде образной структуры, и расположены на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки 1 и имеют емкостную связь с внешними частями плеч 5. Микрорезонансные элементы 7, выполненные в виде отверстий, размещенных в строгом геометрическом порядке внутри металлических внутренних частей плеч 4, расстояние между которыми равно 0,05 , где- внешний размер соответствующих микрорезонансных элементов. В конкретном исполнении прозрачная диэлектрическая подложка 1 выполнена методами фотолитографии из полиимида. Плечи 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, выполненных из тонкого 50 нм слоя золота в виде периодической решетки, как в 2. Волноводные резонансные директоры 6 представляют собой-образные структуры из двух металлических плоских волноводов, выполненных из золотой пленки толщиной 50 нм. Микрорезонансные элементы 7 расположены внутри плеч антенны 2 и выполнены в едином технологическом цикле вместе с ними в виде вытравленных отверстий соответствующей формы внутри них, представляющих собой комплементарные метаматериалы. Работает антенный приемник терагерцового излучения следующим образом. Электромагнитное излучение терагерцовых диапазонов с резонансными частотами 0,6 ТГц и 6 ТГц принимается внешними частями плеч 5 антенны, а с резонансными частотами 1,2 ТГц и 1,8 ТГц - внутренними частями плеч 4. Значения резонансных частот задаются геометрическими размерами соответствующих элементов плеч антенны 2. В связи с тем что внешние части плеч 5 антенны выполнены в виде аподизированных дифракционных решеток, внутри которых выполнены микрорезонансные элементы 7 в виде отверстий, то на границе раздела их с окружающей средой перепад эффективной диэлектрической проницаемости незначительный, т.е. имеем режим оптимального согласования для электромагнитного излучения с резонансными частотами 0,6 ТГц и 6 ТГц. Наличие микрорезонансных элементов 7 во внутренних частях плеч 4, представляющих собой метаматериал, обеспечивает оптимальный прием электромагнитного излучения с резонансными частотами 1,2 ТГц и 1,8 ТГц. Наведенные соответствующие переменные токи по 3 86402012.10.30 внешней поверхности внутренних частей плеч 4 поступают на выпрямительный элемент 3 и детектируются им. Повышение эффективности преобразования принимаемого электромагнитного излучения достигается за счет уменьшения коэффициента отражения принимаемого электромагнитного излучения и соответственного увеличения поглощения во всех элементах устройства, включая микрорезонансные. А расширение частотного диапазона устройства осуществляется за счет параллельного преобразования различных резонансных частот в выходной электрический сигнал. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4