CN103594820A - 一种基于共振隧穿机制的锥形缝隙天线 - Google Patents

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李建雄
李运祥
陈晓宇
蒋昊林
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Abstract

本发明公开了一种基于共振隧穿机制的锥形缝隙天线，属于天线领域。本发明包括锥形缝隙天线，共振隧穿二极管(RTD)；共振隧穿二极管作为激励器件，用于产生太赫兹(THz)波；锥形缝隙天线作为电磁波发射器件，用于把共振隧穿二极管产生的太赫兹波发射出去。所述RTD的上电极通过热沉与锥形缝隙天线的左电极相连；所述RTD的下电极与锥形缝隙天线的右电极相连。本发明可以实现RTD芯片与其它芯片之间的水平功率传输，在超高速数据链路传输、无线通信和军事国防等领域具有重要应用。

Description

一种基于共振隧穿机制的锥形缝隙天线
技术领域
本发明涉及天线技术和太赫兹技术，特别涉及锥形缝隙天线技术。
背景技术
太赫兹(THz)波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03mm到3mm范围内，介于毫米波与红外之间。但是由于THz波在空气中较高的损耗，需要高增益的发射源和足够灵敏的探测天线，使其无法在通信领域商业化，制约了技术的发展，因此这一频段是有待开发的空白频段，也被称为THz间隙。
由于THz所处的特殊电磁波谱位置，使其具有很多优越的特性并具有非常重要的学术和应用价值，如THz成像和THz波谱学在物理学、化学、生物医学、天文学、材料科学等方面的应用，以及在国家安全检查、反恐缉毒等方面具有的独特应用价值。目前，THz技术被认为是改变未来世界的十大技术之一。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点和不足：
目前国内THz技术的研究主要针对太赫兹辐射源的研究，如半导体THz源、基于光子学的THz发生器、基于真空电子学的THz辐射源。而对于以隧穿振荡二极管作为THz发生器，并与天线有效结合来实现芯片与芯片之间水平通信的研究，国内还是一片空白。
发明内容
为了实现以隧穿振荡二极管作为激励器件，以天线作为电磁波发射器件，来实现芯片之间的水平通信，本发明实施提供了一种锥形缝隙天线，所述技术方案如下：
集成RTD的锥形缝隙天线包括：振荡器，锥形天线。
整个天线设计和RTD的结合以半掺杂的Si-1nP作为基质，其中锥形缝隙天线的左右电极和热沉分别由Au／Pd／Ti金属构成；RTD的上电极通过热沉与缝隙天线的左电极相连；RTD的下电极与缝隙天线的右电极相连；天线末端的左右电极之间插入二氧化硅，形成了MIM反射器；振荡器与锥形天线的宽度不同，高频电磁波在MIM反射器和锥形天线之间形成驻波；THz波由振荡器产生后，最终可以通过锥形天线实现RTD芯片与其它芯片之间的水平通信。
所述锥形缝隙天线的左右电极和热沉为Au／Pd／Ti金属，也可以全部使用Au来代替；缝隙天线末端的左右电极之间插入二氧化硅，也可用硅代替；波导可以改用其他形式，高频电磁波在MIM反射器和锥形天线之间形成驻波；锥形天线可以改成矩形喇叭和圆锥喇叭来实现芯片之间的水平通信。
附图说明：
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造劳动性的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1是本发明的锥形缝隙天线设计实例。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了实现以隧穿振荡二极管作为激励器件，以天线作为电磁波发射器件结合在来实现芯片之间的水平通信，本发明实施提供了一种锥形缝隙天线，详见下文描述：
目前国内THz技术的研究主要针对太赫兹辐射源的研究，如半导体THz源、基于光子学的THz发生器、基于真空电子学的THz辐射源。而对于以隧穿振荡二极管作为THz发生器，并与天线有效结合而形成的太赫兹振荡器的研究，国内还是一片空白。本发明基于共振隧穿机制，提出了一种锥形缝隙天线，实现了RTD芯片与其它芯片之间的水平通信。
图1是本发明的锥形缝隙天线设计实例。参照图1，其包括：振荡器、锥形天线、半掺杂的Si-1nP基质。半掺杂的Si-1nP基质的厚度为200um，整个天线的面积为500um*1200um，左右电极及热沉可以由Au代替。当振荡器缝隙长度为200um，锥形天线长度为700um。可以调整振荡器、锥形天线的尺寸，来满足不同频段THz频段的要求，同时实现RTD与天线结合后满足最大的辐射效率。
进一步地，为了实现缝隙天线与RTD的阻抗达到匹配，提高辐射效率，可以改变整个锥形缝隙天线的尺寸，具体实现时，本发明实施例对此不作限制。
进一步地，为了适应工程设计要求，锥形天线可以采用矩形喇叭和圆形喇叭，具体实现时，本发明实施例对此不作限制。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于共振隧穿机制的锥形缝隙天线，该天线可以实现芯片之间的水平通信。该发明将在超高速数据链路传输、无线通信和军事国防等领域具有重要应用。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优先实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于共振隧穿机制的锥形缝隙天线，该系统包括：振荡器、锥形天线，其特征是：
所述共振隧穿二极管(RTD)的上电极通过热沉与锥形缝隙天线的左电极相连；所述RTD的下电极与锥形缝隙天线的右电极相连；左右电极之间插入二氧化硅，形成MIM(金属-绝缘介质-金属)反射器；振荡器与锥形天线的宽度不同，高频电磁波在MIM反射器和锥形天线之间形成驻波；太赫兹(THz)波由振荡器产生后，最终可以通过锥形天线实现RTD芯片与其它芯片之间的水平通信。
2.根据权利1要求，所述天线为锥形缝隙天线，其特征是在振荡器末端开锥形口，实现水平通信，该锥形天线可以是矩形喇叭、圆锥形喇叭。
3.根据权利1要求，高频电磁波在MIM反射器与锥形天线之间形成驻波。
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