一種基于共振隧穿機制的失調饋送縫隙陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于共振隧穿機制的失調饋送縫隙陣列天線，屬于天線領域。本發明包括失調饋送縫隙陣列天線，兩個共振隧穿二極管(RTD)。共振隧穿二極管作為激勵器件，用于產生太赫茲(THz)波；失調饋送縫隙陣列天線作為電磁波發射器件，用于把共振隧穿二極管產生的太赫茲波發射出去。所述RTD1和RTD2的上電極通過熱沉與分別與對應的失調饋送縫隙天線的左電極相連；所述RTD1和RTD2的下電極分別與對應的失調饋送縫隙天線的右電極相連。本發明可以大幅度提高RTD與失調饋送縫隙天線結合后形成的THz振蕩器的輸出功率，在超高速數據鏈路傳輸、無線通信和軍事國防等領域具有重要應用。
【專利說明】一種基于共振隧穿機制的失調饋送縫隙陣列天線【技術領域】
[0001]本發明涉及天線技術和太赫茲(THz)技術，特別涉及失調饋送縫隙陣列天線技術。
【背景技術】
[0002]THz波是指頻率在0.1THz到IOTHz范圍的電磁波，波長大概在0.03mm到3mm范圍內，介于毫米波與紅外之間。但是由于THz波在空氣中較高的損耗，需要高增益的發射源和足夠靈敏的探測天線，使其無法在通信領域商業化，制約了技術的發展，因此這一頻段是有待開發的空白頻段，也被稱為THz間隙。
[0003]由于THz所處的特殊電磁波譜位置，使其具有很多優越的特性并具有非常重要的學術和應用價值，如THz成像和THz波譜學在物理學、化學、生物醫學、天文學、材料科學等方面的應用，以及在國家安全檢查、反恐緝毒等方面具有的獨特應用價值。目前，THz技術被認為是改變未來世界的十大技術之一。
[0004]發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術至少存在以下缺點和不足:
[0005]目前國內THz技術的研究主要針對太赫茲輻射源的研究，如半導體THz源、基于光子學的THz發生器、基于真空電子學的THz輻射源。而對于以共振隧穿二極管(RTD)作為THz發生器，與天線有效結合后形成的THz振蕩器并實現其較大輸出功率的研究，國內還是 一片空白。
【發明內容】
[0006]為了提高共振隧穿二極管與天線結合后形成的THz振蕩器的輸出功率，本發明實施提供了一種失調饋送縫隙陣列天線，所述技術方案如下:
[0007]集成RTD的失調饋送縫隙陣列天線包括:兩個失調饋送縫隙天線、兩個共振隧穿二極管(RTD)以及在右電極上開T型縫隙起到耦合作用的MIM反射器。
[0008]整個天線設計和RTD的結合以半摻雜的S1-1nP作為基質，其中失調饋送縫隙陣列天線的左右電極和熱沉分別由Au/Pd/Ti金屬構成；RTD1和RTD2的上電極通過熱沉分別與失調縫隙天線I和失調饋送縫隙天線2的左電極相連；RTD1和RTD2的下電極分別與失調饋送縫隙天線I和失調饋送縫隙天線2的右電極相連；左右電極之間插入二氧化硅，形成MIM(金屬-絕緣介質-金屬)反射器；兩個失調饋送縫隙天線之間引入一個MIM反射器，同時在MIM反射器的右電極開了一個T型縫隙，T型縫隙起到耦合作用；RTD1和RTD2與對應的失調饋送縫隙天線I和失調饋送縫隙天線2結合后形成兩個THz振蕩器，二者要同時振蕩并且頻率相同,這樣振蕩陣列可以產生一個較大的輸出功率。
[0009]所述失調饋送縫隙陣列天線的左右電極和熱沉為Au/Pd/Ti金屬，也可以全部使用Au來代替；縫隙天線末端的左右電極之間插入二氧化硅，也可用硅代替；兩失調饋送縫隙天線之間的T型縫隙可以由H型縫隙或n型縫隙代替；可以增加失調饋送縫隙天線的單元數，變成其它形式的陣列，例如一維線陣，二維面陣。【專利附圖】
【附圖說明】:
[0010]為了更清楚地說明發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一個實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造勞動性的前提下，還可以根據附圖獲得其他的附圖。
[0011]圖1是本發明的失調饋送縫隙陣列天線設計實例。
[0012]圖2是本發明的T型縫隙設計實例。
【具體實施方式】:
[0013]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0014]為了提高共振隧穿二極管與天線結合后形成的THz振蕩器的輸出功率，本發明實施提供了一種失調饋送縫隙陣列天線，詳見下文描述:
[0015]目前國內THz技術的研究主要針對太赫茲輻射源的研究，如半導體THz源、基于光子學的THz發生器、基于真空電子學的THz輻射源。而對于以共振隧穿二極管作為THz發生器，與天線有效結合后形成的THz振蕩器并實現其較大輸出功率的研究，國內還是一片空白。本發明基于共振隧穿機制，提出了一種失調饋送縫隙陣列天線，可以大幅度提高THz振蕩器輸出功率。
[0016]圖1是本發明的失調饋送縫隙陣列天線設計實例，圖2是本發明的T型縫隙設計實例。參照圖1，其包括=RTDl和RTD2與對應的失調饋送縫隙天線I和失調饋送縫隙天線2結合后形成兩個THz振蕩器、在右電極上開T型縫隙起到耦合作用的MIM反射器、半摻雜的S1-1nP基質。半摻雜的S1-1nP基質的厚度為200um，整個天線的面積為500um*1800um，左右電極及熱沉可以由Au代替。兩個失調饋送縫隙天線的長度為lOOum，T型縫隙的長度為10um。RTDl與失調饋送縫隙天線I形成的THz振蕩器單獨振蕩時的振蕩頻率為308GHz，輸出功率為1.6uff ；RTD2與失調饋送縫隙天線2形成的THz振蕩器單獨振蕩時的振蕩頻率為312GHz，輸出功率為2.3uff ;而二者通過失調饋送縫隙陣列天線結合后同時振蕩的振蕩頻率為300GHz，輸出功率為4.8uW。可以調整失調饋送縫隙天線的尺寸以及RTD在失調饋送縫隙天線的位置，來滿足不同頻段THz頻段的要求，同時實現RTD與天線結合后的最大輸出功率。
[0017]進一步地，為了實現失調饋送縫隙天線與RTD的阻抗匹配，可以改變整個失調饋送縫隙陣列天線的尺寸，具體實現時，本發明實施例對此不作限制。
[0018]進一步地，為了提高失調饋送縫隙陣列天線的增益，可以增加陣列單元的數目，組成一維線陣或二維面陣，具體實現時，本發明實施例對此不作限制。
[0019]進一步地，為了適應工程設計要求，T型縫隙可以采用H型縫隙和n型縫隙，具體實現時，本發明實施例對此不作限制。
[0020]綜上所述，本發明實施例提供了一種基于共振隧穿機制的失調饋送縫隙陣列天線，該天線可以大幅度提高RTD與失調饋送縫隙天線結合后形成的THz振蕩器的輸出功率。該發明將在超高速數據鏈路傳輸、無線通信和軍事國防等領域具有重要應用。[0021]本領域技術人員可以理解附圖只是一個優先實施例的示意圖，上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0022]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于共振隧穿機制的失調饋送縫隙陣列天線，該天線系統包括兩個失調饋送縫隙天線，兩個共振隧穿二極管(RTD)，其特征是: 所述陣列天線由兩個失調饋送縫隙天線構成，所謂失調饋送縫隙天線，就是通過改變RTD偏離縫隙中心的距離，可以滿足RTD在不同頻段的振蕩，從而實現RTD與失調饋送縫隙天線結合形成的THz振蕩器滿足發射不同頻段的太赫茲(THz)波的要求；所述RTDl和RTD2的上電極通過熱沉分別與失調縫隙天線I和失調饋送縫隙天線2的左電極相連；所述RTDl和RTD2的下電極分別與失調饋送縫隙天線I和失調饋送縫隙天線2的右電極相連；左右電極之間插入二氧化硅，形成MM(金屬-絕緣介質-金屬)反射器；兩個失調饋送縫隙天線之間引入一個MIM反射器，同時在MIM反射器的右電極開了一個T型縫隙，T型縫隙起到耦合作用；RTD1和RTD2與對應的失調饋送縫隙天線I和失調饋送縫隙天線2結合后形成兩個THz振蕩器，二者要同時振蕩并且頻率相同,這樣振蕩陣列可以產生一個較大的輸出功率。
2.根據權利I要求，所述天線為失調饋送縫隙陣列天線，其特征是由兩個失調饋送縫隙天線構成，通過改變RTD偏離縫隙中心的距離，可以滿足RTD在不同頻段的振蕩，從而實現RTD與失調饋送縫隙天線結合后滿足發射不同頻段THz波的要求，該失調饋送縫隙陣列天線可以增加單元，變成其它形式的陣列，如一維的線陣、二維的面陣。
3.根據權利I要求，所述RTDl和RTD2與對應的失調饋送縫隙天線I和失調饋送縫隙天線2結合后形成兩個THz振蕩器，二者要同時振蕩并且振蕩頻率相同，這樣可以產生一個較大的輸出功率。
4.根據權利I要求，兩個失調饋送縫隙天線之間通過T型縫隙耦合，T型縫隙可以換成H型縫隙、n型縫隙等。
【文檔編號】H01Q5/10GK103618148SQ201310631828
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】李建雄, 李運祥, 陳曉宇, 劉崇, 袁文東, 馮鑫 申請人:天津工業大學