CN112229512A - 基于n×m肖特基二极管阵列的太赫兹探测器 - Google Patents

基于n×m肖特基二极管阵列的太赫兹探测器 Download PDF

Info

Publication number
CN112229512A
CN112229512A CN202010916120.1A CN202010916120A CN112229512A CN 112229512 A CN112229512 A CN 112229512A CN 202010916120 A CN202010916120 A CN 202010916120A CN 112229512 A CN112229512 A CN 112229512A
Authority
CN
China
Prior art keywords
schottky diode
detector
terahertz
nxm
transmission line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010916120.1A
Other languages
English (en)
Inventor
马建国
周绍华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202010916120.1A priority Critical patent/CN112229512A/zh
Publication of CN112229512A publication Critical patent/CN112229512A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器，通过将传统探测器中用作接收太赫兹信号的单频点天线替换成多频点天线(每个频点的带宽可根据实际需求设计为窄带)，可以实现一个探测器支持不同频点的探测。而传统的探测器针对不同频点的探测则需要更换不同频点的探测器，本发明可根据实际需求设计任意不同频点的多频点太赫兹天线，从而在不用更换太赫兹探测器的情况下就能实现一个探测器支持多个频点的探测，有效降低了探测的成本。另外，通过将传统探测器中用作检波的单个肖特基二极管替换成N×M的肖特基二极管阵列，可进一步提高探测灵敏度。

Description

基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器
技术领域
本发明涉及太赫兹探测器的技术领域，尤其涉及到基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器。
背景技术
太赫兹(THz)波是指频率在0.1-10THz(波长为3000-30um)范围内的电磁波(1THz＝1012Hz)。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置,其长波段方向与毫米波(亚毫米波)相重合,而在短波段方向与红外线相重合。由于多种科学技术原因,特别是THz波源和探测器的问题未能很好地解决,太赫兹波科学技术的发展受到很大的限制,从而使其应用潜能未能充分发挥出来。因此，太赫兹技术研究的重点在于提高辐射源和探测器的性能。
肖特基二极管具有速度快、良好的非线性效应、能够在常温下工作和容易集成等优点，所以常被用作太赫兹探测器中的检波二极管。传统的基于肖特基二极管的太赫兹探测器通常采用单个肖特基二极管和单个单频点天线结构。基于单个肖特基二极管和单个单频点天线结构的太赫兹探测器探测灵敏度低且无法满足一个探测器支持多个不同频点探测的需求。因此，发展高灵敏度、多频点的太赫兹探测技术尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高灵敏度、多频点、低成本的基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器，包括多频点太赫兹天线、N×M肖特基二极管阵列、包括有传输线TL1、TL2和TL3的匹配网络、隔直电容C1、探测器和读出电路测试开关、读出电路；
其中，所述匹配网络中的传输线TL1与多频点太赫兹天线连接，传输线TL2的右端与N×M肖特基二极管阵列相连，传输线TL3的下端分别与隔直电容C1的一端、探测器和读出电路测试开关、读出电路相连接；
所述隔直电容C1的另一端接地。
进一步地，所述N×M肖特基二极管阵列包括N×M个纵横排列的肖特基二极管单元、N个行选开关以及M个列选开关；
每个肖特基二极管单元均包括肖特基二极管、偏置电压Vb1、偏置电阻Rb1以及NMOSFET；
每个肖特基二极管单元中，肖特基二极管的阳极分别与偏置电阻Rb1的一端、NMOSFET的MSEL端连接，肖特基二极管的阴极接地；所述偏置电阻Rb1的另一端与偏置电压Vb1连接，用于给肖特基二极管供电；
每个肖特基二极管单元中NMOSFET的SEL端均与所在列的列选开关连接；
每个肖特基二极管单元中NMOSFET的Vout端均与所在行的行选开关连接。
进一步地，所述匹配网络采用接地共面波导传输线。
进一步地，所述多频点太赫兹天线的端口阻抗与传输线TL1的左端口阻抗一致，传输线TL1的左端口阻抗与传输线TL2的右端口阻抗一致，传输线TL2的右端口阻抗与N×M肖特基二极管阵列的端口阻抗一致。
进一步地，所述读出电路包括低噪声斩波放大器和高分辨率模数转换器；所述低噪声斩波放大器连接于传输线TL3和高分辨率模数转换器之间，将接收到的太赫兹信号进行放大并利用斩波电路技术来减少放大器自身的offset和1/f噪声；所述高分辨率模数转换器将放大后的太赫兹信号进行数字化，以便进行后端信号处理。
进一步地，所述探测器和读出电路测试开关包括探测器测试开关S1和读出电路测试开关S2；所述探测器测试开关S1和读出电路测试开关S2分别连接于所述传输线TL3和读出电路之间。
与现有技术相比，本方案原理及优点如下：
1.通过将传统探测器中用作检波的单个肖特基二极管替换成N×M的肖特基二极管阵列，可进一步提高探测灵敏度。
2.通过将传统探测器中用作接收太赫兹信号的单频点天线替换成多频点天线(每个频点的带宽可根据实际需求设计为窄带)，可以实现一个探测器支持不同频点的探测。而传统的探测器针对不同频点的探测则需要更换不同频点的探测器，本方案可根据实际需求设计任意不同频点的多频点太赫兹天线，从而在不用更换太赫兹探测器的情况下就能实现一个探测器支持多个频点的探测，有效降低了探测的成本。
3.引入探测器和读出电路测试开关，可在电路出现故障时分别对探测器单元和读出电路进行测试，有利于迅速找到电路具体故障的原因和位置。
附图说明
为了更清楚地说明本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服务作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器，包括多频点太赫兹天线、N×M肖特基二极管阵列、包括有传输线TL1、TL2和TL3的匹配网络、隔直电容C1、探测器和读出电路测试开关、读出电路。
其中，多频点太赫兹天线：该天线可接收不同频点(每个频点的带宽可根据实际需求设计为窄带)的太赫兹信号，多频点太赫兹天线的端口阻抗与传输线TL1的左端口阻抗一致，传输线TL1的左端口阻抗与传输线TL2的右端口阻抗一致，传输线TL2的右端口阻抗与N×M肖特基二极管阵列的端口阻抗一致。
匹配网络(传输线TL1、TL2和TL3)采用接地共面波导(GCPW)传输线，传输线TL1与多频点太赫兹天线连接，传输线TL2的右端与N×M肖特基二极管阵列相连，传输线TL3的下端分别与隔直电容C1的一端、探测器和读出电路测试开关、读出电路相连接；隔直电容C1的另一端接地。
具体地，所述N×M肖特基二极管阵列包括N×M个纵横排列的肖特基二极管单元(D11、D12、D13、…、DNM)、N个行选开关(Row1、Row2、Row3、…、RowN)以及M个列选开关(Column1、Column2、Column3、…、ColumnM)；
每个肖特基二极管单元均包括肖特基二极管、偏置电压Vb1、偏置电阻Rb1以及NMOSFET；
每个肖特基二极管单元中，肖特基二极管的阳极分别与偏置电阻Rb1的一端、NMOSFET的MSEL端连接，肖特基二极管的阴极接地；所述偏置电阻Rb1的另一端与偏置电压Vb1连接，用于给肖特基二极管供电；
每个肖特基二极管单元中NMOSFET的SEL端均与所在列的列选开关连接；
每个肖特基二极管单元中NMOSFET的Vout端均与所在行的行选开关连接。
具体地，上述的读出电路包括低噪声斩波放大器和高分辨率模数转换器；所述低噪声斩波放大器连接于传输线TL3和高分辨率模数转换器之间，将接收到的太赫兹信号进行放大并利用斩波电路技术来减少放大器自身的offset和1/f噪声；所述高分辨率模数转换器将放大后的太赫兹信号进行数字化，以便进行后端信号处理。
探测器和读出电路测试开关包括探测器测试开关S1和读出电路测试开关S2；探测器测试开关S1和读出电路测试开关S2分别连接于传输线TL3和读出电路之间。主要是方便在电路故障过程中分别对探测器和读出电路进行测试，以便确定具体故障原因和位置。
本实施例中，基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器的具体工作过程如下：
当阵列的行选开关和列选开关闭合(如行选开关Row1和列选开关Column1闭合)、探测器测试开关S1断开、读出电路测试开关S2断开时，探测器接收到的太赫兹信号经过斩波放大器放大后，进入高分辨率模数转换器进行数字化处理，然后从Dout处输出；
当阵列的行选开关和列选开关闭合(如行选开关Row1和列选开关Column1闭合)、探测器测试开关S1闭合、读出电路测试开关S2断开时，进行探测器性能测试，如果可以接收到太赫兹信号说明由肖特基二极管单元D11构成的探测器工作正常，反之探测器工作故障；
当阵列的行选开关和列选开关断开(如行选开关和列选开关全部断开)、探测器测试开关S1断开、读出电路测试开关S2闭合时，进行读出电路性能测试，如果Dout处正常输出经过高分辨率模数转换器数字化处理的信号说明读出电路工作正常，反之读出电路工作故障。
通过将传统探测器中用作接收太赫兹信号的单频点天线替换成多频点天线(每个频点的带宽可根据实际需求设计为窄带)，可以实现一个探测器支持不同频点的探测。而传统的探测器针对不同频点的探测则需要更换不同频点的探测器，本实施例可根据实际需求设计任意不同频点的多频点太赫兹天线，从而在不用更换太赫兹探测器的情况下就能实现一个探测器支持多个频点的探测，有效降低了探测的成本。
另外，通过将传统探测器中用作检波的单个肖特基二极管替换成N×M的肖特基二极管阵列，可进一步提高探测灵敏度。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器，其特征在于，包括多频点太赫兹天线、N×M肖特基二极管阵列、包括有传输线TL1、TL2和TL3的匹配网络、隔直电容C1、探测器和读出电路测试开关、读出电路；
其中，所述匹配网络中的传输线TL1与多频点太赫兹天线连接，传输线TL2的右端与N×M肖特基二极管阵列相连，传输线TL3的下端分别与隔直电容C1的一端、探测器和读出电路测试开关、读出电路相连接；
所述隔直电容C1的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器，其特征在于，所述N×M肖特基二极管阵列包括N×M个纵横排列的肖特基二极管单元、N个行选开关以及M个列选开关；
每个肖特基二极管单元均包括肖特基二极管、偏置电压Vb1、偏置电阻Rb1以及NMOSFET；
每个肖特基二极管单元中，肖特基二极管的阳极分别与偏置电阻Rb1的一端、NMOSFET的MSEL端连接，肖特基二极管的阴极接地；所述偏置电阻Rb1的另一端与偏置电压Vb1连接，用于给肖特基二极管供电；
每个肖特基二极管单元中NMOSFET的SEL端均与所在列的列选开关连接；
每个肖特基二极管单元中NMOSFET的Vout端均与所在行的行选开关连接。
3.根据权利要求1所述的基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器，其特征在于，所述匹配网络采用接地共面波导传输线。
4.根据权利要求1所述的基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器，其特征在于，所述多频点太赫兹天线的端口阻抗与传输线TL1的左端口阻抗一致，传输线TL1的左端口阻抗与传输线TL2的右端口阻抗一致，传输线TL2的右端口阻抗与N×M肖特基二极管阵列的端口阻抗一致。
5.根据权利要求1所述的基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器，其特征在于，所述读出电路包括低噪声斩波放大器和高分辨率模数转换器；所述低噪声斩波放大器连接于传输线TL3和高分辨率模数转换器之间，将接收到的太赫兹信号进行放大并利用斩波电路技术来减少放大器自身的offset和1/f噪声；所述高分辨率模数转换器将放大后的太赫兹信号进行数字化，以便进行后端信号处理。
6.根据权利要求1所述的基于N×M肖特基二极管阵列的太赫兹探测器，其特征在于，所述探测器和读出电路测试开关包括探测器测试开关S1和读出电路测试开关S2；所述探测器测试开关S1和读出电路测试开关S2分别连接于所述传输线TL3和读出电路之间。
CN202010916120.1A 2020-09-03 2020-09-03 基于n×m肖特基二极管阵列的太赫兹探测器 Pending CN112229512A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010916120.1A CN112229512A (zh) 2020-09-03 2020-09-03 基于n×m肖特基二极管阵列的太赫兹探测器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010916120.1A CN112229512A (zh) 2020-09-03 2020-09-03 基于n×m肖特基二极管阵列的太赫兹探测器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112229512A true CN112229512A (zh) 2021-01-15

Family

ID=74116019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010916120.1A Pending CN112229512A (zh) 2020-09-03 2020-09-03 基于n×m肖特基二极管阵列的太赫兹探测器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112229512A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102983388B (zh) 太赫兹混频天线和准光混频模块
CN109556714A (zh) 太赫兹光谱芯片
CN102680091B (zh) 一种太赫兹波的高速探测方法及装置
CN112268616B (zh) 一种基于肖特基接触光栅化结构的n×m太赫兹探测器阵列成像系统
CN112229512A (zh) 基于n×m肖特基二极管阵列的太赫兹探测器
CN102946256A (zh) 太赫兹准光混频器
CN109405860B (zh) 基于天线直接匹配的锗硅异质结双极晶体管探测器
CN112284532B (zh) 基于n×m多频太赫兹天线阵列的sbd探测器
CN110808788B (zh) 新型高集成超导热电子外差接收机
CN110132425B (zh) 辐射计前端以及终端设备
US5325129A (en) Millimeter wavelength energy detector pixel having intermediate frequency amplification
CN110231096B (zh) 辐射计前端结构和终端设备
CN207475555U (zh) 一种用于微波光子系统的超宽带多通道光电一体化探测器
CN112284526B (zh) 一种基于多频天线结构的n×m太赫兹探测器阵列成像系统
CN112229511B (zh) 一种基于肖特基接触光栅化结构的太赫兹探测器
CN112230297B (zh) 基于n×m多频天线阵列和sbd阵列的探测器
CN110763333A (zh) 超宽带准光型2×2像元超导热电子混频器阵列接收机
Selvanayagam et al. Sensitivity boost to the ooty radio telescope: a new phased array of 1056 dipoles with 1056 low noise amplifiers
CN113671264A (zh) 一种开关式多通道辐射计
CN110187195B (zh) 辐射计前端和终端设备
CN108155878A (zh) 一种用于质谱仪的高频微信号倍数连续可调的放大器
CN112284534A (zh) 一种新型的太赫兹频谱仪
CN114719967B (zh) 一种基于场效应晶体管和双天线结构的太赫兹波探测器
CN211205524U (zh) 一种太赫兹光谱数据采集模块
CN116519626B (zh) 用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination