RU2662908C1 - Radio receiver - Google Patents

Radio receiver Download PDF

Info

Publication number
RU2662908C1
RU2662908C1 RU2017129368A RU2017129368A RU2662908C1 RU 2662908 C1 RU2662908 C1 RU 2662908C1 RU 2017129368 A RU2017129368 A RU 2017129368A RU 2017129368 A RU2017129368 A RU 2017129368A RU 2662908 C1 RU2662908 C1 RU 2662908C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radio
recess
receiving device
substrate
cathode
Prior art date
Application number
RU2017129368A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич Сауров
Сергей Николаевич Козлов
Алексей Васильевич Живихин
Александр Александрович Павлов
Андрей Петрович Орлов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук
Priority to RU2017129368A priority Critical patent/RU2662908C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2662908C1 publication Critical patent/RU2662908C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/24Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06Receivers

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.SUBSTANCE: use to create elements and instruments of radio receivers. Essence of the invention is that a radio receiver comprising a substrate with at least one dielectric layer applied thereto, in the dielectric layer and the substrate, a recess is made, on the surface of the dielectric layer,with adjacent to the recess on its sides,there are performed a cathode, an anode, a radio electrode and a control electrode with no electrical contact between them, an array of carbon nanotubes is formed on the side surface of the cathode adjacent to the recess, the region with a recess is closed by a sealing plate.EFFECT: providing the possibility of increasing the amplitude of the output low-frequency signal by increasing the field emission current, improving the stability of the operation and the lifetime of the radio receiving device.10 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к радиоприемным устройствам с применением углеродных нанотрубок (УНТ). Изобретение может быть использовано для создания элементов и приборов радиоприемной аппаратуры.The invention relates to radio receivers using carbon nanotubes (CNTs). The invention can be used to create elements and devices of radio reception equipment.

В заявке на патент US 2010144296 (А1) «Саrbon Nanotubes for Wireless Communication and Radio Transmission» (МПК H04B 1/16, опубликовано 10.06.2010 г.) описано технические решение реализации демодулятора радиоприемного устройства, состоящего из подложки, двух электродов, которые соединены между собой с помощью УНТ. Недостатком данного технического решения является возможность использования УНТ только в качестве демодулятора радиосигнала.The patent application US 2010144296 (A1) “Carbon Nanotubes for Wireless Communication and Radio Transmission” (IPC H04B 1/16, published June 10, 2010) describes a technical solution for implementing a demodulator of a radio receiving device consisting of a substrate, two electrodes that are connected with each other using CNTs. The disadvantage of this technical solution is the possibility of using CNTs only as a radio signal demodulator.

В патенте США US 8717046 (В2) «Nanotube Resonator Devices» (МПК G01R 27/04; Н03Н 9/24, опубликовано 06.05.2014 г.) описано радиоприемное устройство, состоящее из анода и катода, на поверхности которого зафиксирована одиночная углеродная нанотрубка. Электрический контакт между катодом и анодом отсутствует. Для работы радиоприемного устройства необходимо размещение устройства в вакуумированном объеме для обеспечения условий протекания автоэлектронной эмиссии из УНТ. Недостатком данного технического решения является отсутствие управляющего электрода, наличие которого позволяет повысить стабильность тока автоэлектронной эмиссии без изменения напряжения между катодом и анодом, изменение которого приводит к изменению резонансной частоты УНТ и ухудшению приема радиосигнала.US Pat. No. 8717046 (B2) Nanotube Resonator Devices (IPC G01R 27/04; H03H 9/24, published May 6, 2014) describes a radio receiving device consisting of an anode and a cathode, on the surface of which a single carbon nanotube is fixed. There is no electrical contact between the cathode and the anode. For the operation of the radio receiving device, it is necessary to place the device in a vacuum volume to ensure the conditions for the flow of field emission from CNTs. The disadvantage of this technical solution is the lack of a control electrode, the presence of which allows to increase the stability of the field emission current without changing the voltage between the cathode and the anode, the change of which leads to a change in the resonant frequency of the CNT and a deterioration in the reception of the radio signal.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков (прототипом) изобретения является техническое решение, описанное в патенте США на изобретение US 8022791 (В2) «Radio frequency device comprising a vibratile carbon nanotube and a vibratile tuning electrode» (МПК H03H 9/24; H03H 9/46; H04B 1/16 опубликовано 20.09.2011 г.). В изобретении описано радиоприемное устройство, состоящее из подложки №1, на поверхности которой располагается катод с углеродной нанотрубкой, подложки №2, на поверхности которой сформирован анод с осциллирующим электродом и управляющий электрод, и подложки №3, на поверхности которой размещаются подложка №1 и подложка №2 лицевой стороной друг напротив друга, и вакуумного корпуса, где размещаются элементы радиоприемного устройства. Недостатками данного технического решения являются: применение одиночной УНТ, это ограничивает максимальную плотность тока эмиссии данного эмиттера, не позволяя добиться высоких коэффициентов усиления и больших выходных величин детектируемого низкочастотного сигнала; использование в конструкции трех подложек и внешнего вакуумного корпуса усложняет процесс изготовления и накладывает ограничения на миниатюризацию радиоприемного устройства; отсутствие в конструкции радиоэлектрода для подключения напрямую к линии передачи или внешней антенны с целью обеспечения устойчивой работы устройства, в случае слабого источника радиосигнала и необходимость использования радиопрозрачных материалов в конструкции вакуумного корпуса радиоприемного устройства.The closest set of essential features (prototype) of the invention is the technical solution described in US patent for invention US 8022791 (B2) "Radio frequency device comprised a vibratile carbon nanotube and a vibratile tuning electrode" (IPC H03H 9/24; H03H 9 / 46; H04B 1/16 published September 20, 2011). The invention describes a radio receiving device consisting of substrate No. 1, on the surface of which there is a cathode with a carbon nanotube, substrate No. 2, on the surface of which an anode with an oscillating electrode and a control electrode are formed, and substrate No. 3, on the surface of which substrate No. 1 and substrate No. 2 with the front side opposite to each other, and the vacuum housing, where the elements of the radio receiver are located. The disadvantages of this technical solution are: the use of a single CNT, this limits the maximum current density of the emission of this emitter, not allowing to achieve high gain and large output values of the detected low-frequency signal; the use of three substrates and an external vacuum housing in the design complicates the manufacturing process and imposes restrictions on the miniaturization of the radio receiver; the lack of a radio electrode in the design for connecting directly to the transmission line or an external antenna in order to ensure stable operation of the device in case of a weak radio signal source and the need to use radio-transparent materials in the design of the vacuum housing of the radio receiving device.

Технической проблемой изобретения является разработка конструкции радиоприемного, устройства с применением массивов УНТ, с обеспечением размещения элементов радиоприемного устройства на одной подложке, с обеспечением формирования вакуумированного объема в рабочей области радиоприемного устройства и группы электродов для ввода управляющих и радиочастотных сигналов в вакуумированный объем устройства.The technical problem of the invention is the development of the design of a radio receiving device using CNT arrays, ensuring that the elements of the radio receiving device are placed on one substrate, with the formation of a vacuum volume in the working area of the radio receiving device and a group of electrodes for inputting control and radio frequency signals into the vacuum volume of the device.

Технический результат заключается в увеличении амплитуды выходного низкочастотного сигнала посредством увеличения автоэмиссионного тока за счет использования массивов УНТ, в совокупности с повышением стабильности работы и срока службы радиоприемного устройства с применением углеродных нанотрубок.The technical result consists in increasing the amplitude of the output low-frequency signal by increasing the field emission current due to the use of CNT arrays, together with an increase in the stability and service life of the radio receiving device using carbon nanotubes.

Для достижения вышеуказанного технического результата радиоприемное устройство содержит подложку с нанесенным на нее, по меньшей мере, одним диэлектрическим слоем, в диэлектрическом слое и подложке выполнено углубление, на поверхности диэлектрического слоя с примыканием к углублению на его противоположных сторонах выполнены катод, анод, радиоэлектрод и управляющий электрод с отсутствием электрического контакта между ними. На боковой поверхности катода, примыкающей к углублению, сформирован массив углеродных нанотрубок, область с углублением закрыта герметизирующей пластиной.To achieve the above technical result, the radio receiving device comprises a substrate with at least one dielectric layer deposited on it, a recess is made in the dielectric layer and the substrate, a cathode, anode, radio electrode and a control electrode are made on the surface of the dielectric layer adjacent to the recess on its opposite sides electrode with no electrical contact between them. An array of carbon nanotubes is formed on the side surface of the cathode adjacent to the recess; the region with the recess is closed by a sealing plate.

От прототипа радиоприемное устройство отличается тем, что в диэлектрическом слое и подложке выполнено углубление, на боковой поверхности катода, примыкающей к углублению сформирован массив УНТ, в конструкции присутствует радиоэлектрод, а область с углублением закрыта герметизирующей пластиной.The radio receiving device differs from the prototype in that a recess is made in the dielectric layer and the substrate, a CNT array is formed on the side surface of the cathode adjacent to the recess, a radio electrode is present in the structure, and the region with the recess is closed by a sealing plate.

Формирование углубления в диэлектрическом слое и подложке, размещение на поверхности диэлектрического слоя с примыканием к углублению на его противоположных сторонах: катода, анода, радиоэлектрода и управляющего электрод, формирование на боковой поверхности катода, примыкающей к углублению, массива УНТ, вакуумирование области с углублением посредством герметизирующей пластины обеспечивает размещение анода, катода с массивом УНТ, радиоэлектрода и управляющего электрода в одной плоскости, что упрощает процесс изготовления с минимизацией габаритов устройства. Таким образом, формируется радиоприемное устройство, с размещенным в вакуумированном объеме массивом УНТ, это обеспечивает высокую плотность рабочего эмиссионного тока, возможность работы в области с большой крутизной характеристики, что позволяет повысить коэффициент усиления устройства и получить на выходе более высокую величину амплитуды низкочастотного сигнала. Наличие в конструкции дополнительного управляющего электрода позволяет управлять плотностью эмиссионного тока, для фокусировки потока электронов и стабилизации рабочего режима детектора (рабочей точки на эмиссионной ВАХ), а радиоэлектрода позволяет подключить внешнюю антенну для обеспечения приема слабого источника радиосигнала или для согласования входного импеданса с выходами различных радиочастотных устройств и линий связи. Формы конструкции управляющего электрода и радоэлектрода, для оптимального взаимодействия электромагнитных полей с массивом УНТ, могут быть выполнены в виде нескольких отдельных частей, разнесенных по обе стороны (симметрично) относительно осевой линии от катода до анода, реализующих планарную фокусирующую-стабилизирующую систему для получения нужной плотности потока электронов из УНТ.The formation of a recess in the dielectric layer and the substrate, the placement on the surface of the dielectric layer adjacent to the recess on its opposite sides: a cathode, anode, radio electrode and a control electrode, the formation of a CNT array on the side surface of the cathode adjacent to the recess, evacuation of the region with the recess by means of a sealing the plate provides the placement of the anode, cathode with an array of CNTs, a radio electrode and a control electrode in one plane, which simplifies the manufacturing process with a minimum iey device size. Thus, a radio receiving device is formed with a CNT array placed in the evacuated volume, this ensures a high density of the working emission current, the ability to work in a region with a large steepness, which allows to increase the device gain and to obtain a higher amplitude of the low-frequency signal at the output. The presence of an additional control electrode in the design allows you to control the density of the emission current to focus the electron flow and stabilize the detector’s operating mode (operating point on the emission I – V characteristic), and the radio electrode allows you to connect an external antenna to ensure the reception of a weak radio signal source or to match the input impedance with the outputs of different radio frequency devices and communication lines. The design forms of the control electrode and the radio electrode, for optimal interaction of electromagnetic fields with a CNT array, can be made in the form of several separate parts spaced on both sides (symmetrically) relative to the center line from the cathode to the anode, realizing a planar focusing-stabilizing system to obtain the desired density electron flow from CNTs.

В частных случаях выполнения изобретения углубление в подложке выполнено в форме прямоугольного параллелепипеда площадью основания от 1 до 100 мкм2.In particular cases of the invention, the recess in the substrate is made in the form of a rectangular parallelepiped with a base area of 1 to 100 μm 2 .

В частных случаях выполнения изобретения углубление в подложке выполнено глубиной от 0,1 мкм до 20 мкм.In particular cases of the invention, the recess in the substrate is made with a depth of 0.1 μm to 20 μm.

В частных случаях выполнения изобретения торец катода, анода, радиоэлектрода и управляющего электрода, примыкающий к углублению, выполнен в виде прямоугольника или трапеции.In particular cases of the invention, the end face of the cathode, anode, radio electrode and control electrode adjacent to the recess is made in the form of a rectangle or trapezoid.

В частных случаях выполнения изобретения длина массива углеродных нанотрубок составляет от 0,5 до 8 мкм.In particular cases of the invention, the length of the carbon nanotube array is from 0.5 to 8 microns.

В частных случаях выполнения изобретения катод, анод, радиоэлектрод и управляющий электрод могут быть выполнены, по меньшей мере, из одного слоя титана и/или молибдена, и/или золота, и/или платины, и/или алюминия, и/или меди, и/или хрома, и/или вольфрама.In particular cases of the invention, the cathode, anode, radio electrode and control electrode can be made of at least one layer of titanium and / or molybdenum, and / or gold, and / or platinum, and / or aluminum, and / or copper, and / or chromium and / or tungsten.

В частных случаях выполнения изобретения подложка состоит, по меньшей мере, из одного слоя кремния и/или оксида кремния, и/или ситалла, и/или стекла, и/или оксида алюминия.In particular cases of the invention, the substrate consists of at least one layer of silicon and / or silicon oxide, and / or glass, and / or glass, and / or aluminum oxide.

В частных случаях выполнения изобретения диэлектрический слой выполнен из оксида кремния, и/или оксида алюминия, и/или нитрида кремния толщиной от 50 нм до 3 мкм.In particular cases of the invention, the dielectric layer is made of silicon oxide and / or aluminum oxide and / or silicon nitride with a thickness of 50 nm to 3 μm.

В частных случаях выполнения изобретения герметизирующая пластина выполнена из кремния и/или оксида кремния, и/или ситала, и/или стекла, и/или оксида алюминия толщиной от 0,1 мм до 1 мм.In particular cases of carrying out the invention, the sealing plate is made of silicon and / or silicon oxide, and / or glass, and / or glass, and / or aluminum oxide with a thickness of 0.1 mm to 1 mm.

В частных случаях выполнения изобретения герметизирующая пластина соединена с поверхностью подложки методом сращивания посредством стеклянного припоя.In particular cases of the invention, the sealing plate is connected to the surface of the substrate by splicing by means of glass solder.

В частных случаях выполнения изобретения сформированном вакуумированном объеме с помощью герметизирующей пластины создается давление не более 1×10-3 Па.In special cases of the invention, the formed evacuated volume using a sealing plate creates a pressure of not more than 1 × 10 -3 Pa.

Совокупность признаков, характеризующих изобретение, позволяет получить радиоприемное устройство с увеличенным значением, коэффициента усиления и выходной амплитуды низкочастотного сигнала, с повышенной надежностью функционирования и увеличенным сроком службы.The combination of features characterizing the invention, allows to obtain a radio receiver with an increased value, gain and output amplitude of a low-frequency signal, with increased reliability and extended service life.

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 - схематическое изображение радиоприемного устройства вид сверху;in FIG. 1 is a top view of a radio receiver;

на фиг. 2 - схематическое изображение среза радиоприемного устройства вдоль штриховой линии;in FIG. 2 is a schematic illustration of a slice of a radio receiver along a dashed line;

на фиг. 3 - функциональная электрическая схема;in FIG. 3 - functional electrical circuit;

на фиг. 4 - осциллограмма для случая, когда частота несущего модулированного сигнала, не совпадает с частотой собственных колебаний массива УНТ;in FIG. 4 - an oscillogram for the case when the frequency of the carrier modulated signal does not coincide with the natural frequency of the CNT array;

на фиг. 5 - осциллограмма для случая, когда частота несущего модулированного сигнала, совпадает с частотой собственных колебаний массива УНТ.in FIG. 5 is an oscillogram for the case when the frequency of the carrier modulated signal coincides with the natural frequency of the CNT array.

Радиоприемное устройство содержит подложку 1 с нанесенным на нее диэлектрическим слоем 2, катод 3, анод 4, радиоэлектрод 5 и управляющий электрод 6, массив углеродных нанотрубок 7, герметизирующую пластину 8 (фиг. 1 и фиг. 2).The radio receiving device comprises a substrate 1 with a dielectric layer 2 deposited thereon, a cathode 3, an anode 4, a radio electrode 5 and a control electrode 6, an array of carbon nanotubes 7, a sealing plate 8 (Fig. 1 and Fig. 2).

В подложке 1 с нанесенным на нее диэлектрическим слоем 2 выполнено углубление, на поверхности диэлектрического слоя 2 с примыканием к углублению на его противоположных сторонах сформированы катод 3, анод 4, радиоэлектрод 5 и управляющий электрод 6. Между катодом 3, анодом 4, радиоэлектродом 5 и управляющим электродом 6 отсутствуют электрические контакты. На боковой поверхности катода 3, примыкающей к углублению выращен массив углеродных нанотрубок 7, область с углублением закрыта герметизирующей пластиной 8.A recess is made in the substrate 1 with a dielectric layer 2 deposited on it, a cathode 3, anode 4, a radio electrode 5 and a control electrode 6 are formed on the surface of the dielectric layer 2 adjacent to the recess on its opposite sides. Between the cathode 3, anode 4, radio electrode 5 and control electrode 6 there are no electrical contacts. An array of carbon nanotubes 7 is grown on the side surface of the cathode 3 adjacent to the recess; the region with the recess is closed by a sealing plate 8.

Подложка 1 состоит, по меньшей мере, из одного слоя кремния и/или оксида кремния, и/или ситалла, и/или стекла, и/или оксида алюминия, диэлектрический слой 2 выполнен из оксида кремния, и/или оксида алюминия, и/или нитрида кремния толщиной от 50 нм до 3 мкм. Углубление в подложке 1 выполнено в форме прямоугольного параллелепипеда площадью основания от 1 до 100 мкм2, глубиной от 0,1 мкм до 20 мкм. Катод 3, анод 4, радиоэлектрод 5 и управляющий электрод 6 могут быть выполнены, по меньшей мере, из одного слоя титана и/или молибдена, и/или золота, и/или платины, и/или алюминия, и/или меди, и/или хрома, и/или вольфрама. Торцы катода 3, анода 4, радиоэлектрода 5 и управляющего электрода 6, примыкающие к углублению, могут быть выполнены в виде прямоугольника или трапеции. Длина массива углеродных нанотрубок 7 составляет от 0,5 до 8 мкм. Герметизирующая пластина 8 может быть выполнена из кремния и/или оксида кремния, и/или ситала, и/или стекла, и/или оксида алюминия толщиной от 0,1 мм до 1 мм и соединяется с поверхностью подложки 1 методом сращивания посредством стеклянного припоя 9. В сформированном вакуумированном объеме с помощью герметизирующей пластины 8 создается давление не более 1×10-3 Па.The substrate 1 consists of at least one layer of silicon and / or silicon oxide, and / or glass, and / or glass, and / or aluminum oxide, the dielectric layer 2 is made of silicon oxide and / or aluminum oxide, and / or silicon nitride with a thickness of 50 nm to 3 μm. The recess in the substrate 1 is made in the form of a rectangular parallelepiped with a base area of 1 to 100 μm 2 , a depth of 0.1 μm to 20 μm. The cathode 3, anode 4, the radio electrode 5 and the control electrode 6 can be made of at least one layer of titanium and / or molybdenum, and / or gold, and / or platinum, and / or aluminum, and / or copper, and / or chromium and / or tungsten. The ends of the cathode 3, the anode 4, the radio electrode 5 and the control electrode 6, adjacent to the recess, can be made in the form of a rectangle or trapezoid. The length of the array of carbon nanotubes 7 is from 0.5 to 8 microns. The sealing plate 8 may be made of silicon and / or silicon oxide, and / or glass, and / or glass, and / or aluminum oxide with a thickness of 0.1 mm to 1 mm and is connected to the surface of the substrate 1 by splicing by means of glass solder 9 . In the formed evacuated volume using a sealing plate 8 creates a pressure of not more than 1 × 10 -3 Pa.

Радиоприемное устройство работает следующим образом. The radio device operates as follows.

При подаче модулированного радиосигнала в случае совпадения несущей частоты радиосигнала, с частотой собственных колебаний массива УНТ 7 в цепи анода 4 помимо постоянного эмиссионного тока, в цепи возникнет переменный ток, связанный с вынужденными колебаниями УНТ, при этом во время резонанса амплитуда этого тока резко возрастет. Вследствие нелинейной характеристики рабочего элемента (эмиссионной ячейки из УНТ), мгновенное значение этого тока в области низких частот будет подчиняться закону модуляции принимаемого (детектируемого) радиосигнала, в частности для амплитудной модуляции (AM), значение низкочастотного переменного тока будет повторять огибающую АМ-сигнала. В статье (Barkaline V., Abramov I., Belogurov E., Chashynski A. Simulation of Carbon Nanotubes and Resonant Excitation of their Mechanical Vibrations by Electromagnetic Field for Nanoradio // Applications Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2012. Vol. 15, no. 1. PP. 23-42.) на основании теоретических расчетов показана возможность возбуждения колебаний массива УНТ как единого целого, что подтверждает возможность использования массива УНТ в качестве активного элемента при создании радиоприемного устройства с применением УНТ. Для проверки работоспособности радиоприемного устройства с применением УНТ можно использовать функциональную схему, представленную на фиг. 3. Для демонстрации работы радиоприемного устройства необходим источник постоянного напряжения Е1, измеритель постоянного тока РА1, источник напряжения с управлением Е2 и дифференциальный усилитель DA1. Резисторы в цепи анода R1 и управляющего электрода R2, необходимы для ограничения максимального тока, протекающего через устройство. Так же допускается их исключение из схемы.When a modulated radio signal is supplied if the carrier frequency of the radio signal coincides with the natural oscillation frequency of the CNT 7 array in the anode 4 circuit, in addition to the constant emission current, an alternating current will arise in the circuit due to the forced oscillations of the CNT, while the amplitude of this current will sharply increase during resonance. Due to the nonlinear characteristics of the working element (emission cell from CNTs), the instantaneous value of this current in the low-frequency region will obey the law of modulation of the received (detected) radio signal, in particular for amplitude modulation (AM), the value of the low-frequency alternating current will repeat the envelope of the AM signal. In the article (Barkaline V., Abramov I., Belogurov E., Chashynski A. Simulation of Carbon Nanotubes and Resonant Excitation of their Mechanical Vibrations by Electromagnetic Field for Nanoradio // Applications Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2012. Vol. 15, no 1. PP. 23-42.) Based on theoretical calculations, the possibility of exciting the CNT array as a whole is shown, which confirms the possibility of using the CNT array as an active element when creating a radio receiving device using CNTs. To verify the operability of a radio receiving device using CNTs, one can use the functional diagram shown in FIG. 3. To demonstrate the operation of the radio receiver, a constant voltage source E1, a constant current meter PA1, a voltage source with E2 control and a differential amplifier DA1 are required. Resistors in the circuit of the anode R1 and the control electrode R2 are necessary to limit the maximum current flowing through the device. Their exclusion from the scheme is also allowed.

Для генерации радиосигнала предлагается использовать ВЧ генератор с модуляцией, чтобы через излучающую антенну передать тестовый сигнал с информационной составляющей непосредственно на массив УНТ 7 или радиоэлектрод 5, подключенный к антенне. В качестве регистрирующего устройства предлагается использовать осциллограф или иное записывающее (обрабатывающее, анализирующее) информационный сигнал устройство.To generate a radio signal, it is proposed to use an RF generator with modulation to transmit a test signal with an information component directly to an array of CNTs 7 or a radio electrode 5 connected to the antenna through a radiating antenna. It is proposed to use an oscilloscope or other recording (processing, analyzing) information signal device as a recording device.

Для регистрации информационного сигнала, предлагается в цепь анода 4 включить резистор R3, измеряемое на нем переменное напряжение будет пропорционально протекающему эмиссионному току, возникающему в результате детектирования. Конденсаторы С1 и С2 необходимы для блокировки попадания постоянного напряжения на вход усилителя. В качестве системы питания радиоприемного устройства был использован двухканальный источник-измеритель с низким уровнем шума, такой прибор позволяет одновременно установить и контролировать рабочее напряжение устройства, стабилизировать его рабочий ток, используя канал обратной связи. Дифференциальный усилитель должен обеспечить необходимую полосу пропускания для информационного сигнала и усиление для конченого регистрирующего устройства, например осциллографа.To register the information signal, it is proposed to include a resistor R3 in the circuit of the anode 4, the alternating voltage measured on it will be proportional to the flowing emission current resulting from the detection. Capacitors C1 and C2 are necessary to block the ingress of direct voltage to the amplifier input. A two-channel source meter with a low noise level was used as a power system for a radio receiving device. Such a device allows you to simultaneously set and control the operating voltage of the device, stabilize its operating current using a feedback channel. The differential amplifier must provide the necessary bandwidth for the information signal and gain for the finished recording device, such as an oscilloscope.

Для обеспечения правильной работы устройства, источник-измеритель достаточно использовать в режиме источника напряжения. Первый канал этого прибора подключается к аноду 4. Второй канал подключается к управляющему электроду 6. Катод 3, является общим для обоих источников. Необходимое напряжение на аноде 4 задается источником постоянного напряжения Е1, а ток (IA) в цепи анода 4 измеряется амперметром РА1. Значение этого напряжения выбирается таким образом, чтобы получить устойчивый эмиссионный ток (IE), значение этого тока контролируются РА1. Величина напряжения (VU) на управляющем электроде 6 устанавливается вторым источником напряжения Е2 и в дальнейшем, автоматический подстраивается в процессе работы радиоприемного устройства, чтобы протекающий постоянный ток через резистор R3 в цепи анода 4 имел фиксированную величину, равную заданному вначале рабочему току эмиссии, IA→IЕ0. В качестве алгоритма регулировки, предлагается использовать следующую формулу:To ensure the correct operation of the device, the source-meter is sufficient to use in the mode of the voltage source. The first channel of this device is connected to the anode 4. The second channel is connected to the control electrode 6. The cathode 3 is common to both sources. The required voltage at the anode 4 is set by a constant voltage source E1, and the current (I A ) in the circuit of the anode 4 is measured by an ammeter PA1. The value of this voltage is selected in such a way as to obtain a stable emission current (I E ), the value of this current is controlled by PA1. The voltage value (V U ) at the control electrode 6 is set by the second voltage source E2 and subsequently, it is automatically adjusted during the operation of the radio receiving device so that the direct current flowing through the resistor R3 in the anode 4 circuit has a fixed value equal to the emission emission current set at the beginning, I A → IE 0 . As an adjustment algorithm, it is proposed to use the following formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где β - коэффициент обратной связи, определяющий глубину и диапазон регулировки рабочего тока для устройства. На практике, при работе устройства, источник Е2 должен обеспечить подстроку напряжения VU пропорционально разности тока IA-IE0, где ток IA измеряется РА1. Данная стабилизация рабочего тока необходима для компенсации нестабильности эмиссионного тока из массива УНТ 7. Для правильного функционирования стабилизации, на обратную связь между источником Е2 и измерителем РА2, наложены определенные ограничения по скорости работы. Постоянная времени обратной связи не должна быть очень большой, иначе не будут отслеживаться быстрые флуктуации эмиссионного тока, с другой стороны, она не должна быть меньше по времени, самых медленных (низко частных) процессов в информационном сигнале.where β is the feedback coefficient that determines the depth and range of adjustment of the operating current for the device. In practice, when the device is operating, the source E2 must provide a voltage substring V U in proportion to the current difference I A -I E0 , where the current I A is measured by PA1. This stabilization of the operating current is necessary to compensate for the instability of the emission current from the CNT 7 array. For the stabilization to function correctly, certain restrictions on the speed of operation are imposed on the feedback between the E2 source and the PA2 meter. The feedback time constant should not be very large, otherwise fast fluctuations of the emission current will not be monitored, on the other hand, it should not be less in time than the slowest (lowest private) processes in the information signal.

ПримерExample

Радиоприемное устройство с применением углеродных нанотрубок содержит подложку из кремния с нанесенным на ее поверхность оксидом кремния толщиной 2 мкм, в диэлектрическом слое и подложке выполнено углубление в виде прямоугольного параллелепипеда со сторонами основания 5 мкм на 5 мкм глубинной 4 мкм, на поверхности диэлектрического слоя с примыканием к углублению на его противоположных сторонах выполнены катод, анод, радиоэлектрод и управляющий электрод из титана толщиной 500 нм, торцы которых выполнены в виде прямоугольника шириной 4 мкм, на боковой поверхности катода, примыкающей к углублению выращен массив углеродных нанотрубок длинной до 4 мкм, область с углублением закрыта герметизирующей пластиной из кремния посредством сращивания подложки и пластины с помощью слоя стеклянного припоя толщиной 50 мкм при давлении не выше 5×10-4 Па.A carbon nanotube receiving device contains a silicon substrate with 2 μm thick silicon oxide deposited on its surface, a recess in the form of a rectangular parallelepiped with sides of the base 5 μm to 5 μm deep 4 μm deep, on the surface of the dielectric layer adjacent to the recess on its opposite sides, a cathode, anode, radio electrode and a control electrode of titanium with a thickness of 500 nm are made, the ends of which are made in the form of a rectangle 4 μm wide, An array of carbon nanotubes up to 4 μm long is grown on the side surface of the cathode adjacent to the recess; the region with the recess is closed by a silicon sealing plate by splicing the substrate and the plate using a 50 mm thick glass solder layer at a pressure of no higher than 5 × 10 -4 Pa.

На фиг. 4 представлена рабочая осциллограмма для случая, когда частота несущего модулированного сигнала, не совпадает с частотой собственных колебаний массива УНТ. Серым цветом изображен AM модулированный ВЧ сигнал, для контроля измеряемый с выхода тестового генератора. Черным цветом изображен выходной сигнал устройства, соответствующий переменному току в цепи анода, имеющий шумовой характер, вследствие, протекающей автоэмиссии из УНТ. На фиг. 5 представлена рабочая осциллограмма для другого случая, когда частота несущей передаваемого модулированного сигнала, совпадает с частотой собственных колебаний массива УНТ. Серым цветом изображен AM модулированный ВЧ сигнал, для контроля измеренный на выходе генератора, черным цветом изображен детектируемый в реальном времени сигнал, соответствующий переменному току в цепи анода. При совпадении несущей частоты радиосигнала с резонансной частотой массива УНТ в цепи анода возникнет сильный и различимый ток, соответствующий огибающей ВЧ сигнала, происходит детектирование сигнала, как показано на осциллограмме (фиг. 5).In FIG. Figure 4 shows a working oscillogram for the case when the frequency of the carrier modulated signal does not coincide with the natural frequency of the CNT array. The gray color shows the AM modulated RF signal, for control measured from the output of the test generator. Black color shows the output signal of the device corresponding to an alternating current in the anode circuit, having a noise character, due to leakage field emission from CNTs. In FIG. Figure 5 shows a working oscillogram for another case when the carrier frequency of the transmitted modulated signal coincides with the natural frequency of the CNT array. The AM modulated RF signal is shown in gray, for measurement it is measured at the generator output, and the real-time detection signal corresponding to the alternating current in the anode circuit is shown in black. If the carrier frequency of the radio signal coincides with the resonant frequency of the CNT array, a strong and distinguishable current will appear in the anode circuit, corresponding to the envelope of the RF signal, and the signal will be detected, as shown in the oscillogram (Fig. 5).

Claims (10)

1. Радиоприемное устройство, содержащее подложку с нанесенным на нее, по меньшей мере одним, диэлектрическим слоем, в диэлектрическом слое и подложке выполнено углубление, на поверхности диэлектрического слоя с примыканием к углублению на его сторонах выполнены катод, анод, радиоэлектрод и управляющий электрод с отсутствием электрического контакта между ними, на боковой поверхности катода, примыкающей к углублению, сформирован массив из углеродных нанотрубок, область с углублением закрыта герметизирующей пластиной.1. A radio receiving device containing a substrate with at least one dielectric layer deposited on it, a recess is made in the dielectric layer and the substrate, a cathode, anode, radio electrode and a control electrode are made on the sides of the dielectric layer adjacent to the recess, with no electrical contact between them, on the side surface of the cathode adjacent to the recess, an array of carbon nanotubes is formed, the region with the recess is closed by a sealing plate. 2. Радиоприемное устройство по п. 1, отличающееся тем, что углубление в подложке выполнено в форме прямоугольного параллелепипеда площадью основания от 1 до 100 мкм2.2. The radio receiving device according to claim 1, characterized in that the recess in the substrate is made in the form of a rectangular parallelepiped with a base area of 1 to 100 μm 2 . 3. Радиоприемное устройство по п. 1, отличающиеся тем, что углубление в подложке выполнено глубиной от 0,1 мкм до 20 мкм.3. The radio receiving device according to claim 1, characterized in that the recess in the substrate is made from a depth of 0.1 μm to 20 μm. 4. Радиоприемное устройство по п. 1, отличающееся тем, что торец катода, анода, радиоэлектрода и управляющего электрода, примыкающий к углублению, выполнен в виде прямоугольника или трапеции.4. The radio receiving device according to claim 1, characterized in that the end face of the cathode, anode, radio electrode and control electrode adjacent to the recess is made in the form of a rectangle or trapezoid. 5. Радиоприемное устройство по п. 1, отличающиеся тем, что длина массива углеродных нанотрубок составляет от 0,5 до 8 мкм.5. The radio receiver according to claim 1, characterized in that the length of the carbon nanotube array is from 0.5 to 8 microns. 6. Радиоприемное устройство по п. 1, отличающееся тем, что катод, анод, радиоэлектрод и управляющий электрод могут быть выполнены, по меньшей мере, из одного слоя титана и/или молибдена, и/или золота, и/или платины, и/или алюминия, и/или меди, и/или хрома, и/или вольфрама.6. The radio receiving device according to claim 1, characterized in that the cathode, anode, radio electrode and control electrode can be made of at least one layer of titanium and / or molybdenum, and / or gold, and / or platinum, and / or aluminum and / or copper and / or chromium and / or tungsten. 7. Радиоприемное устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложка состоит, по меньшей мере, из одного слоя кремния и/или оксида кремния, и/или ситалла, и/или стекла, и/или оксида алюминия.7. The radio receiver according to claim 1, characterized in that the substrate consists of at least one layer of silicon and / or silicon oxide, and / or glass, and / or glass, and / or aluminum oxide. 8. Радиоприемное устройство по п. 1, отличающееся тем, что диэлектрический слой выполнен из оксида кремния, и/или оксида алюминия, и/или нитрида кремния толщиной от 50 нм до 3 мкм.8. The radio receiving device according to claim 1, characterized in that the dielectric layer is made of silicon oxide and / or aluminum oxide and / or silicon nitride with a thickness of 50 nm to 3 μm. 9. Радиоприемное устройство по п. 1, отличающееся тем, что герметизирующая пластина выполнена из кремния и/или оксида кремния, и/или ситала, и/или стекла, и/или оксида алюминия толщиной от 0,1 мм до 1 мм.9. The radio receiving device according to claim 1, characterized in that the sealing plate is made of silicon and / or silicon oxide, and / or glass, and / or glass, and / or aluminum oxide with a thickness of 0.1 mm to 1 mm. 10. Радиоприемное устройство по п. 1, отличающееся тем, что герметизирующая пластина соединена с поверхностью подложки методом сращивания посредством стеклянного припоя с образованием в области углубления вакуума с давлением не более 1×10-3 Па.10. The radio receiving device according to claim 1, characterized in that the sealing plate is connected to the surface of the substrate by splicing by means of glass solder with the formation in the region of the deepening vacuum with a pressure of not more than 1 × 10 -3 Pa.
RU2017129368A 2017-08-17 2017-08-17 Radio receiver RU2662908C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129368A RU2662908C1 (en) 2017-08-17 2017-08-17 Radio receiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129368A RU2662908C1 (en) 2017-08-17 2017-08-17 Radio receiver

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2662908C1 true RU2662908C1 (en) 2018-07-31

Family

ID=63142385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017129368A RU2662908C1 (en) 2017-08-17 2017-08-17 Radio receiver

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2662908C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1807567A1 (en) * 1990-04-04 1993-04-07 Leonid V Belokurov Radio receiver
WO2002080361A1 (en) * 2001-03-30 2002-10-10 California Institute Of Technology Carbon nanotube array rf filter
US8022791B2 (en) * 2008-12-03 2011-09-20 Electronics And Telecommunications Research Institute Radio frequency device comprising a vibratile carbon nanotube and a vibratile tuning electrode
RU125003U1 (en) * 2012-05-25 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") RADIO RECEIVER
US8717046B2 (en) * 2007-10-11 2014-05-06 The Regents Of The University Of California Nanotube resonator devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1807567A1 (en) * 1990-04-04 1993-04-07 Leonid V Belokurov Radio receiver
WO2002080361A1 (en) * 2001-03-30 2002-10-10 California Institute Of Technology Carbon nanotube array rf filter
US8717046B2 (en) * 2007-10-11 2014-05-06 The Regents Of The University Of California Nanotube resonator devices
US8022791B2 (en) * 2008-12-03 2011-09-20 Electronics And Telecommunications Research Institute Radio frequency device comprising a vibratile carbon nanotube and a vibratile tuning electrode
RU125003U1 (en) * 2012-05-25 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") RADIO RECEIVER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tatu et al. Ka-band analog front-end for software-defined direct conversion receiver
FI101505B (en) Method for improving power measurement through a directional switch at low power levels
US8493160B2 (en) Electromagnetic signal power limiter and method of designing the power limiter
JP2013005115A (en) Radio transmission apparatus
RU2662908C1 (en) Radio receiver
Kim et al. Giant magnetoimpedance receiver with a double-superheterodyne topology for magnetic communication
US1775886A (en) Electron-discharge device
US2313886A (en) Electronic valve device
US3111634A (en) Strip transmission line modulator
US2493091A (en) Frequency modulation system
US3166696A (en) Vibrating capacitor
CN111399258A (en) Optical modulator chip, resistance module adjusting method and optical modulator
US2166124A (en) Method of detecting high-frequency oscillations
US2141292A (en) Radio receiver
Salzberg et al. Recent developments in miniature tubes
US3210595A (en) Infinite impedance amplifier tube of cathode ray tube type
US3041543A (en) Wave detector
US20180224487A1 (en) Signal processor
EP1042875B1 (en) An optical transmitter
US1886990A (en) Receiving system
US4190787A (en) Phosphorus luminescent display tube
US2456422A (en) High-frequency oscillator
JP2004004317A (en) Optical modulator
EP0672979B1 (en) Method and device for controlling a travelling wave tube
Lavoo Transadmittance and Input Conductance of a Lighthouse Triode at 3000 Megacycles